DE102019120122A1 - Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere aus einem kompressiblen, zusammenpressbaren Material sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn (4) mittels einer Vorrichtung (1) aufweisend mindestens:- einen Aufwickelraum (2) zur Aufnahme einer mindestens teilweise aufgewickelten Materialbahnrolle (Wickelrolle (3)) aufweisend ein Wickelzentrum (Z);- Einrichtungen zum Transport und/oder zur Manipulation der Materialbahn vor und/oder während des Aufwickelns;mit den folgenden Schritten:a) Betreiben der Vorrichtung (1);b) Beobachten der Materialbahn (4) und/oder der entstehenden Wickelrolle (3) mittels mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung (30) zum Erhalt mindestens eines Momentanzustandes (Ist-Zustandes) der Materialbahn (4) und/oder der Wickelrolle (3);c) Vergleichen mindestens eines Ist-Zustandes mit mindestens einem in einer Datenbank hinterlegten zum Ist-Zustand korrespondierenden Soll-Zustand und Ermitteln mindestens einer Abweichung des Ist-Zustandes vom korrespondierenden Soll-Zustand;d) bei Überschreiten/Unterschreiten der Abweichung über mindestens einen vorbestimmten Grenzwert /unter mindestens einen vorbestimmten Grenzwert Durchführen einer Korrektur von mindestens einem Betriebsparameter der Vorrichtung (1), welcher wenigstens mitursächlich für die Abweichung ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum insbesondere kernfreien Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere aus einem kompressiblen, zusammenpressbaren Material sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
• Aus der DE 698 00 627 T2 ist eine Vorrichtung zum Aufrollen von zusammenpressbaren Faserstoffmaterialien bekannt. Eine solche Vorrichtung weist einen Aufwickelraum auf, in dem eine kernfreie Wickelrolle aus dem zusammenpressbaren Faserstoffmaterial hergestellt wird. Das zusammenpressbare Faserstoffmaterial liegt bahnenförmig vor und wird mit einer ersten Transporteinrichtung auf den Aufwickelraum zubewegt. Der ersten Transporteinrichtung gegenüberliegend und dem Aufwickelraum vorgelagert ist eine Vorpresseinrichtung vorgesehen, mittels der das bandförmige Fasermaterial von einer ersten Dicke in Förderrichtung vor der Vorpresseinrichtung auf eine zweite (dünnere) Dicke nach der Vorpresseinrichtung verpressbar ist. Des Weiteren ist eine zweite Transporteinrichtung vorgesehen, welche tangential an der Aufwickelrolle angreifend angeordnet ist und winklig zur ersten Transportvorrichtung angeordnet ist. Des Weiteren ist ein Aufnahmeorgan, z. B. eine Rolle, vorgesehen, welches zusammen mit den beiden Transporteinrichtungen den Aufwickelraum bildet. Das Aufnahmeorgan ist entlang einer Geraden (Winkelhalbierenden der Transportvorrichtungen) zueinander verschieblich und motorisch antreibbar ausgestaltet. Aus dieser Druckschrift ist es bekannt, dass ein Abstand D zwischen dem Umfang der aufzuwickelnden Rolle und der Vorpresseinrichtung im Wesentlichen unverändert gehalten werden soll. Hierzu werden mittels geeigneten Messaufnehmern der Durchmesser der Wickelrolle bestimmt und die Vorpresseinrichtung entsprechend einer während des Wickelvorgangs anwachsenden Wickelrolle verschoben, so dass der Abstand D möglichst konstant bleibt. Mit einer solchen Vorrichtung ist es nicht möglich, den Abstand D der Vorpresseinrichtung in Abhängigkeit einer Wickelgüte der Wickelrolle einzustellen.
• Weiterhin ist aus der EP 2 328 746 B 1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Abstandsmessung an aufgerollten Materialien bekannt. Hierbei wird ein auf einer Rolle aufgewickeltes Material von einer Lichtquelle, insbesondere einer Laserlichtquelle beschienen. Ein auf dem bahnförmig aufgewickelten Material sich ergebendes Höhenmuster wird mittels einer Bilderfassungseinrichtung (Kamera) erfasst und ausgewertet. Durch Auswertung einer Laserlinie kann ein Stufensprung beim Überlappen zweier Windungen detektiert werden und somit festgestellt werden, wann ein Gegenstand vollständig oder noch nicht vollständig umwickelt ist.
• Aus der DE 102 18 509 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Tissue-Bahn bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Tissue-Bahn durch einen zwischen einem Trockenzylinder und einer Gegeneinheit gebildeten Presspalt geführt. Die Tissue-Bahn wird im Anschluss an den Presspalt mittels einer Aufwickelvorrichtung aufgewickelt, wobei die Härte des entstehenden Wickels in vorgebbarer Weise beeinflusst, insbesondere gesteuert und/oder geregelt werden kann. Hierzu ist vorgesehen, zur Regelung der Linienkraft im Wickelspalt den Bereich des Wickelspaltes mittels einer CCT-Kamera zu überwachen. Hierbei wird bevorzugt der Abstand zwischen der Tragtrommel und dem Tambour bzw. dem darauf gebildeten Wickel erfasst. Durch eine derartige Beobachtung des Wickelspaltbereiches ergibt sich eine Möglichkeit zur Kontrolle und Einstellung der Wickelkraft. Anhand einer Auswertung eines solchen Bildes lässt sich ein Soll-Wert für den die verfahrbare Wickelrolle beeinflussenden Hydraulikzylinderdruck erreichen.
• Die Erfindung befasst sich konkret, ohne darauf beschränkt zu sein, mit dem Aufwickeln von Bahnen aus faserigem Isoliermaterial, und ganz konkret mit dem Aufwickeln von Bahnen aus einem Mineralwollevlies (Glas- und/oder Steinwolle). In einem solchen Vlies liegen in die Fasern in einer bestimmten Vorzugsrichtung vor und sind mittels eines Bindemittels gebunden. Während des Aufwickelns erfährt das Vlies eine unvermeidbare geringfügige Schädigung. Für eine gleichbleibende Qualität des Mineralwollevlieses ist es daher wichtig, dass diese Schädigung über die Länge der Bahn möglichst unverändert bleibt. Der Aufwickelvorgang ist entsprechend zu steuern. Dieses geschieht bisher durch den Maschinenführer. Er schaut sich die aufgewickelte Bahn an und stellt aufgrund seiner Erfahrung bestimmte Prozessparameter nach.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn mittels einer Vorrichtung anzugeben, welches insbesondere geeignet ist für zusammenpressbare Materialbahnen, insbesondere kompressible Materialbahnen aus Fasermaterial, z. B. Isolierstoffbahnen und dergleichen. Das Verfahren soll ein qualitätsoptimiertes Wickelergebnis bereitstellen, wobei das Verfahren automatisiert betrieben werden soll, so dass das Verfahren den aktiven Eingriff eines Maschinenbedieners möglichst überflüssig macht.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens anzugeben.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben.
• Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist im Anspruch 11 angegeben.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn mittels einer Vorrichtung aufweisend ortsfeste und ortsveränderliche Einrichtungen, die einen Aufwickelraum zur Aufnahme einer mindestens teilweise aufgewickelten Materialbahnrolle (Wickelrolle) aufweisend ein Wickelzentrum und Einrichtungen zum Transport und/oder zur Manipulation der Materialbahn vor und während des Aufwickelns aufweist, hat die folgenden Schritte:
• - Betreiben der Vorrichtung;
• - Beobachten der Materialbahn und/oder der entstehenden Wickelrolle mittels mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Erhalt mindestens eines Momentanzustandes (Ist-Zustandes) der Materialbahn und/oder der Wickelrolle;
• - Vergleichen des mindestens einen Ist-Zustandes mit mindestens einem in einer Datenbank hinterlegten korrespondierenden Soll-Zustand und Ermitteln mindestens einer Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand;
• - bei Überschreiten/Unterschreiten der mindestens eine Abweichung über mindestens einen vorbestimmten Grenzwert/ unter mindestens einen vorbestimmten Grenzwert Durchführen einer Korrektur von mindestens einem Betriebsparameter der Vorrichtung, welcher wenigstens mitursächlich für die Abweichung ist.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Wickelqualität einer Wickelrolle, gebildet aus einem insbesondere kompressiblen/zusammenpressbaren Material zu verbessern, wobei insbesondere ein konstanter Enddurchmesser der Wickelrolle erreichbar ist.
• Weiterhin ist ein Grad der Zusammenpressung/Komprimierung der Materialbahn in hohem Maße konstant über die gesamte aufgewickelte Bahnlänge.
• Des Weiteren kann gewährleistet werden, dass ein Wickelzentrum, der aufgewickelten Materialbahn in hohem Maße zentrisch zum Umfang der Wickelrolle angeordnet ist.
• Des Weiteren wird sichergestellt, dass ein Umfang der Wickelrolle in hohem Maße (bis auf einen Materialdickensprung) (vgl. 3) kreisförmig ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beobachten derart, dass
• - ein Umfang der Wickelrolle um deren Wickelzentrum erfasst wird und/oder
• - eine Bahnform der Materialbahn in einer Höhenrichtung vor dem Erreichen der Wickelrolle erfasst wird und/oder
• - eine Lage des Wickelzentrums der Wickelrolle relativ zum Umfang der Wickelrolle erfasst wird.
• Durch diese Maßnahmen kann in besonders einfacher Art und Weise eine Fehlwickelung bzw. eine in eine Fehlwicklung abwandernde Wicklungsqualitätstendenz festgestellt werden. Durch das Beobachten des Umfangs der Wickelrolle und/oder einer Bahnform der Materialbahn können effektive Vergleiche mit Soll-Zuständen durchgeführt werden, aus denen Rückschlüsse zur Änderung bestimmter Betriebsparameter gefolgert werden können.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Beobachten der Materialbahn und der Wickelrolle einzeln oder kumulativ an nachfolgend aufgeführten Orten:
• - Beobachtungsbereich A zwischen einer ersten Transportvorrichtung und einer zweiten Transportvorrichtung;
• - Beobachtungsbereich B zwischen der zweiten Transportvorrichtung und einem Wickelarm einer Aufwickelrolle;
• - Beobachtungsbereich C zwischen der Aufwickelrolle und der ersten Transportvorrichtung;
• - wobei die Beobachtungsbereiche A, B, C jeweils in der Nachbarumgebung des momentanen Umfanges U der Wickelrolle angeordnet sind.
• Für die Erfassung des Umfanges der Wickelrolle und einer Bahnform der Materialbahn haben sich die genannten Beobachtungsorte, also die örtlichen Beobachtungsschwerpunkte als besonders effektiv erwiesen.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Vergleich des Ist-Zustandes mit dem Soll-Zustand durch Vergleich von Ist-Umfangskonturen mit Soll-Umfangskonturen der Wickelrolle und/oder der Materialbahn.
• Für ein gleichbleibend gutes Wickelergebnis ist insbesondere der Vergleich des Ist-Zustandes mit dem Soll-Zustand auf der Basis von Umfangskonturen der Wickelrolle und/oder der Materialbahn hilfreich. Diese Parameter beeinflussen direkt die Qualität der Wicklung.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Reduzierung der ermittelten Abweichungen mindestens ein Betriebsparameter, ausgewählt aus nachfolgenden Betriebsparametern, korrigiert und/oder angepasst:
• - Höhe h eines Vorpressspaltes einer Vorpresseinrichtung;
• - Abstand D einer in Förderrichtung weisenden freien Endkante der Vorpressleiste vom Umfang der Wickelrolle;
• - eine Fördergeschwindigkeit v₁ der ersten Transportvorrichtung;
• - eine Fördergeschwindigkeit v₂ der zweiten Transportvorrichtung;
• - eine Anpresskraft F der Aufwickelrolle auf den Umfang der Wickelrolle;
• - einen Winkel α zwischen einer ersten Förderrichtung der ersten Transportvorrichtung und einer zweiten Förderrichtung der zweiten Transportvorrichtung;
• - eine Bewegungskurve des Wickelarmes;
• - eine Umfangsgeschwindigkeit der Aufwickelrolle;
• - eine dritte Fördergeschwindigkeit v₃ der Vorpresseinrichtung.
• Mit den angegebenen Betriebsparametern der Vorrichtung kann in besonders effektiver Art und Weise einer ungewollten Abweichung zwischen verschiedenen Ist- und Soll-Zuständen entgegengewirkt werden.
• In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beobachten, der Vergleich und/oder die Korrektur kontinuierlich.
• Durch die genannten Maßnahmen ist es möglich, bereits eine beginnende Abweichung, welche sie sich aus einem Toleranzfeld heraus zu bewegen droht, frühzeitig zu erkennen.
• In einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für den Vergleich ein Mittelwert über mehrere, zeitlich aufeinanderfolgende Ist-Zustände verwendet.
• Alternativ kann für den Vergleich ein Mittelwert über mehrere diskrete Ist-Zustände, d. h. insbesondere diskrete Beobachtungszeitpunkte verwendet werden. Dies trägt dazu bei, die erforderliche Rechenleistung zu vermindern oder bei gegebener Rechenleistung einer Steuerung die Berechnungszeit zu vermindern.
• In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Korrektur/ein Anpassen der Betriebsparameter dann, wenn:
• - bei kontinuierlicher Beobachtung des Ist-Zustandes eine Abweichung über eine Mindestzeitdauer hinweg erfasst wird und ein Grenzwertüber-/-unterschreiten der Abweichung während der Mindestdauer vorliegt oder
• - bei diskontinuierlicher Beobachtung ein Mittelwert mehrerer Abweichungen den korrespondierenden Grenzwert über-/unterschreitet.
• Mit diesen Maßnahmen werden zwei Alternativen angegeben, die zweckmäßig sind, um eine Abweichung als relevant zu klassifizieren, um zu vermeiden, dass ein einzelner Ist-Zustand oder ein kurzes Zeitfenster als eine Falsch-Positiv-Grenzwertüberschreitung/- unterschreitung bewertet wird.
• In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Beobachten der Materialbahn und/oder der entstehenden Wickelrolle mittels mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung zusätzlich das Beobachten wenigstens eines Teils der Vorrichtung, insbesondere wenigstens eines Teils der ortsveränderlichen Einrichtungen.
• Mit dieser zusätzlich zum Merkmal b) des Anspruchs 1 durchzuführenden Maßnahme können Fehlervorhersagen bezüglich des Wickelergebnisses und/oder Überprüfungen von durchgeführten Einstellungen oder Änderungen der Vorrichtung bzw. deren ortsfesten und/oder ortsveränderlichen Einrichtungen besser vorgenommen werden und deren Auswirkung auf die Wickelqualität beobachtet und gegebenenfalls ausgewertet werden.
• Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens aufweisend:
• - einen Aufwickelraum zur Aufnahme einer mindestens teilweise aufgewickelten Materialbahnrolle (Wickelrolle) aufweisend ein Wickelzentrum;
• - Einrichtungen zum Transport und/oder zur Manipulation der Materialbahn vor und/oder während des Aufwickelns;
• - mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Beobachtung der Materialbahn und/oder der Wickelrolle;
• - mindestens eine Auswerteeinheit, welche Bildinformationen von Ist-Zuständen mit hinterlegten Soll-Zuständen vergleicht und Abweichungen ermittelt;
• - mindestens eine Korrektureinheit zur Korrektur von mindestens einem Betriebsparameter der Vorrichtung;
• - Mittel zum Einstellen des mindestens einen korrigierten Betriebsparameters an der Vorrichtung.
• Mit dieser Vorrichtung gelingt es, in einfacher Art und Weise das Verfahren durchzuführen. Insbesondere sind nur geringe Hardware-Überwachungsmittel notwendig. Im einfachsten Fall sind eine kostengünstige Digitalkamera und ein Rechner ausreichend.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Speichereinrichtung mindestens zum Speichern von Bilddaten betreffend Soll-Zustände der Vorrichtung oder der Wickelrolle auf.
• In einer besonderen Ausführungsform besitzt die Vorrichtung selbst einen Speicher für entsprechende Soll-Zustände. Alternativ kann ein solcher Speicher auch außerhalb der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
• 1: schematisch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Seitenansicht;
• 2a bis 2c: fehlerhafte (2a, 2b) Zustände und einen nichtfehlerhaften ( 2c) Zustand einer Wickelrolle bzw. einer Materialbahn vor dem Aufwickeln auf die Wickelrolle;
• 3a, 3b: einen Soll-Zustand einer Wickelrolle (3b) und einen ersten unerwünschten Abweichungszustand einer Wickelrolle (3a) mit einem exzentrisch angeordneten Wickelzentrum Z;
• 4a: ein Fehlerbild der Wickelrolle mit einer zu geringen Fördergeschwindigkeit v₂ der zweiten Transportvorrichtung;
• 4b: einen Soll-Zustand der Wickelrolle mit einer korrekten Fördergeschwindigkeit v₂ der zweiten Transportvorrichtung;
• 5a: ein Fehlerbild der Wickelrolle mit einer zu großen Rotationsgeschwindigkeit einer Aufwickelrolle;
• 5b: einen Soll-Zustand der Wickelrolle bei einer korrekten Rotationsgeschwindigkeit der Aufwickelrolle;
• 6: bevorzugte Beobachtungsbereiche zur Überwachung der Wickelrollenkontur.
• Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufwickeln einer Materialbahn mittels einer Vorrichtung sei zunächst die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens anhand der 1 beispielhaft näher erläutert.
• Eine Vorrichtung 1 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen offenen Aufwickelraum 2 zur Aufnahme einer aufgewickelten Materialbahnrolle (Wickelrolle 3) auf. Die Wickelrolle 3 wird insbesondere kernlos aufgewickelt, d. h. die Wickelrolle 3 enthält keinen Starrkörper um den herum die aufzuwickelnde Materialbahn 4 aufgewickelt wird.
• Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin Einrichtungen zum Transport und/oder zur Manipulation der Materialbahn 4, die vor und/oder während des Aufwickelns der Materialbahn 4 auf diese oder die entstandene Wickelrolle 3 mechanisch einwirken. Die Vorrichtung 1 umfasst hierzu eine erste Transporteinrichtung 5, welche insbesondere als Bandförderer mit einem Fördergurt 6 ausgebildet ist. Die Materialbahn 4 liegt im Transportzustand auf einem Zugtrum 7 des Fördergurtes 6 auf, wobei sich der Zugtrum 7 mit einer Fördergeschwindigkeit v₁ in die gezeigte Pfeilrichtung (Förderrichtung) bewegt.
• Eine zweite Transportvorrichtung 8 ist ebenfalls als Bandförderer mit einem Fördergurt 9 ausgebildet. Ein Zugtrum 10 der zweiten Transportvorrichtung 8 bewegt sich mit einer Fördergeschwindigkeit v₂ in die gezeigte Pfeilrichtung (Förderrichtung). Der erste Zugtrum 6 und der zweite Zugtrum 10 schließen zueinander in einer Seitenansicht einen Winkel α ein und umgrenzen jeweils einen Teil des Aufwickelraums 3.
• In der Förderrichtung (Richtung der Geschwindigkeit v₁ ) der Materialbahn 4 dem Aufwickelraum 2 vorgelagert weist die Vorrichtung 1 eine Vorpresseinrichtung 11 auf. Die Vorpresseinrichtung 11 besitzt einen Gurtförderer 12 und eine Vorpressleiste 13. Die Vorpressleiste 13 weist eine freie Endkante 14 auf, welche zur Wickelrolle 3 hinweisend gerichtet ist. Die freie Endkante 14 kann in einer X-Richtung (Doppelpfeil 15) und in einer Z-Richtung (Doppelpfeil 16) relativ zum Aufwickelraum bzw. zum Zugtrum 7 der ersten Transporteinrichtung verlagert werden. Insbesondere ist die Verlagerung motorisch antreibbar möglich.
• Weiterhin kann ein Winkel β zwischen dem Gurtförderer 12 der Vorpresseinrichtung 11 und dem Zugtrum 7 der ersten Transportvorrichtung eingestellt, insbesondere motorisch angetrieben eingestellt werden.
• Aus der Verlagerung der Vorpresseinrichtung 11 in der Doppelpfeilrichtung 16 ergibt sich eine Höhe h eines Vorpressspaltes 17 (vgl. 2a) zwischen der Vorpressleiste 13 und dem Fördergurt 6 der ersten Transporteinrichtung 5.
• Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine motorisch angetriebene Aufwickelrolle 18, deren Drehachse in etwa auf der Winkelhalbierenden des Winkels α angeordnet ist. Die Aufwickelrolle 18 ist an einem Wickelarm 19 befestigt, welcher um eine Schwenkachse 20 schwenkbar und insbesondere motorisch verstellbar angetrieben angeordnet ist.
• Die Transporteinrichtungen 5, 8 sind in den Doppelpfeilrichtungen 15, 16 während des Wickelvorganges ortsfest. Der Winkel α zwischen den Zugtrumen 7 und 10 ist bei Bedarf variabel und gegebenenfalls motorisch angetrieben einstellbar. Die Schwenkachse 20 ist in Richtung des Doppelpfeils 16 ortsveränderlich. Die Aufwickelrolle 18 ist motorisch um ihre Achse antreibbar und derart angeordnet, dass sie auf einem Umfang U der Wickelrolle 3 der bereits aufgewickelten Materialbahn 4 anliegt und mit der wachsenden Wickelrolle 3 um die Achse 20 verschwenkt werden kann. Der Anpressdruck (Kraft F) der Wickelrolle 3 auf den Umfang der Wickelrolle 3 ist mittels des Wickelarmes 19 einstellbar. Der erste Zugtrum 7, der zweite Zugtrum 10 sowie die Aufwickelrolle 18 definieren den Aufwickelraum 2 für die entstehende Wickelrolle 3.
• Für eine Begutachtung der Wickelgüte der aufgewickelten Wickelrolle 3 sind insbesondere Beobachtungsbereiche in der Umgebung der Wickelrolle 3 von großem Interesse. Diese Beobachtungsbereiche sind in den Figuren mit den Buchstaben A, B, C gekennzeichnet. Durch Beobachtung dieser Beobachtungsbereiche A, B, C können inhaltlich fundierte Aussagen über die Wickelqualität der Wickelrolle 3 gemacht werden.
• Die Materialbahn 4 ist beispielsweise eine Materialbahn aus faserigem, zusammenpressbarem Material, wie z. B. eine Faserisoliermaterialbahn. Gleichwohl können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sämtliche Materialbahnen, die in einer Dickenrichtung zusammenpressbar sind, verarbeitet werden.
• Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 1 mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung 30 auf, welche derart im Raum angeordnet und hinsichtlich ihrer Blickrichtung ausgerichtet ist, dass insbesondere die Beobachtungsbereiche A, B, C überwacht werden können. Die Bildaufnahmeeinrichtung 30 kann beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine anderweitige, bevorzugt elektronische Bilddaten liefernde Bildaufnahmeeinrichtung 30 sein.
• Des Weiteren kann die mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung 30 derart ausgerichtet sein, um zusätzlich oder alternativ Teilbereiche der Vorrichtung außerhalb der Beobachtungsbereiche A, B, C zu beobachten.
• Die oben angesprochene, zusätzliche oder alternativ durchgeführte Beobachtung von Teilbereichen der Vorrichtung außerhalb der Beobachtungsbereiche A, B, C dient dabei dazu, gegebenenfalls vorrichtungsspezifische Überwachungsmaßnahmen durchzuführen, beispielsweise ob sich eine automatisch eingestellte Korrektur eines der Parameter auch eingestellt hat.
• Es bleibt zu betonen, dass zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe lediglich ein Beobachten der Materialbahn und/oder der entstehenden Wickelrolle gemäß Merkmal b) des Anspruchs 1 erforderlich ist. Eine zusätzliche Beobachtung der Vorrichtung selbst kann eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen. Insbesondere können einzelne Einrichtungen der Vorrichtung, wie z. B. ortsfeste und ortsveränderliche Einrichtungen der Vorrichtungen, welche Einfluss auf die Materialbahn und/oder die entstehende Wickelrolle haben oder mit der Materialbahn und/oder der entstehenden Wickelrolle zusammenwirken, beobachtet werden. Eine solche zweckmäßige aber für die Verwirklichung der Erfindung nicht wesentliche zusätzliche Beobachtung der Vorrichtung selbst bzw. einzelner Vorrichtungseinrichtungen kann zusätzlich zur Beobachtung der Materialbahn und/oder der entstehenden Wickelrolle gemäß Merkmal b) erfolgen, so dass sich die erfinderische Wirkung einstellt, wenn entweder die Materialbahn und/oder die entstehende Wickelrolle oder die Materialbahn und/oder die entstehende Wickelrolle und die Vorrichtung oder Vorrichtungseinrichtungen derselben beobachtet werden.
• Die Bildaufnahmeeinrichtung 30 ist mit mindestens einer Auswerteeinheit 40 verbunden, welche Bildinformationen von Ist-Zuständen der Wickelrolle 3 mit hinterlegten Soll-Zuständen der Wickelrolle 3 vergleicht und Abweichungen zwischen diesen Zuständen ermittelt. Zum Zwecke der Hinterlegung von Soll-Zuständen besitzt die Vorrichtung 1 zweckmäßigerweise eine Speichereinheit 45, welche erforderliche Daten betreffend Soll-Zustände bereithält und gegebenenfalls der Auswerteeinheit 40 zur Verfügung stellt.
• Weiterhin besitzt die Vorrichtung mindestens eine Korrektureinheit 50, welche aus den von der Auswerteeinheit 40 ermittelten Abweichungen notwendige Korrekturen von mindestens einem Betriebsparameter der Vorrichtung 1 ermittelt. Die Korrektureinheit 50 veranlasst Mittel zum Einstellen des mindestens einen korrespondierenden Betriebsparameters an der Vorrichtung, den zugehörigen Betriebsparameter zu verändern. Als Betriebsparameter kommen beispielsweise in Betracht:
• - einen Abstand D (vgl. 2a) der in Förderrichtung (Richtung der Geschwindigkeit v₁ ) weisenden freien Endkante 14 der Vorpressleiste 13 von einem Einlaufbereich 21 der Wickelrolle 3 oder der Höhe h;
• - die Höhe der Geschwindigkeiten v₁ , v₂ ;
• - eine Anpresskraft F der Aufwickelrolle 18 auf den Umfang U der Wickelrolle 3;
• - die Umfangsgeschwindigkeit mit der die Aufwickelrolle 18 angetrieben wird;
• - die dritte Fördergeschwindigkeit v₃ des Gurtförderers 12;
• - die Bewegungskurve des Wickelarmes 19 um die Schwenkachse 20;
• - den Winkel α zwischen der ersten Transporteinrichtung 5 und der zweiten Transporteinrichtung 8.
• Zusammenhänge, insbesondere Wirkzusammenhänge, Korrelationen und/oder Kausalitäten zwischen auftretenden Abweichungen der Ist- von den Soll-Zuständen der Wickelrolle 3 und den Betriebsparametern sind als Informationen einer Wissensdatenbank in der Speichereinheit 45 abgelegt.
• Zusammenhänge zwischen den Betriebsparametern und den Ist-Zuständen der Wickelrolle 3 werden nachfolgend anhand der 2a bis 6 beispielhaft aber nicht abschließend anhand ausgewählter Betriebsparameter erläutert.
• 2a zeigt den Vorpressspalt 17 sowie dessen Höhe h. Ausschnittsweise sind die erste Transportvorrichtung 5 mit dem ersten Zugtrum 7 dargestellt, auf dem die Materialbahn 4 mit der Fördergeschwindigkeit v₁ zugeführt wird.
• Weiterhin ist die zweite Transportvorrichtung 8 mit dem zweiten Zugtrum 10 ausschnittsweise dargestellt.
• Ferner sind die Vorpresseinrichtung 11 mit der Vorpressleiste 13 dargestellt, deren freie Endkante 14 einen bestimmten Abstand D vom Einlaufbereich 21 der Materialbahn 4 in eine Umfangsbahn der Wickelrolle 3 aufweist. Erkennbar sind von einer Zylinderform abweichende Auswulstungen 100 der Wickelrolle 3 im Bereich der Aufwickelrolle 18. Ein derartiges Fehlerbild tritt beispielsweise auf, wenn die Bewegungskurve des Wickelarmes 19 für die spezifisch aufzuwickelnde Materialbahn 4 mit zu geringer Öffnungsgeschwindigkeit gewählt ist. Eine Ursache kann in einer falsch gewählten, zu hohen Höhe h des Vorpressspaltes liegen. Ein derartiges Fehlerbild (Auswulstungen 100) kann die Bildaufnahmeeinrichtung 30 erfassen (Beobachtung der Bereiche B und C).
• Die Auswulstungen 100 entstehen durch eine ungenügende Vorpressung der verpressbaren Materialbahn 4 durch die Vorpresseinrichtung 11, so dass ein zu großer Durchmesserzuwachs der Rolle pro Windung entsteht. Ein solcher zu großer Durchmesser äußert sich in den Auswulstungen 100 in der Umgebung der Aufwickelrolle 18.
• 2b zeigt eine weitere Auswulstung 101 in einem Bereich zwischen der freien Endkante 14 der Vorpressleiste 13 und dem Einlaufbereich 21 der Materialbahn 4 in die Wickelrolle 3. Ein derartiges Fehlerbild zeigt sich bei einem zu großem Abstand D zwischen der freien Endkante 14 und dem Einlaufbereich 21.
• 2c zeigt den korrigierten Zustand der 2b, welcher keine Auswulstung 101 mehr aufweist. Der Abstand D zwischen dem Einlaufbereich 21 und der freien Endkante 14 ist gegenüber denjenigen in der 2b deutlich verkleinert.
• 3a zeigt eine ideale Wickelrolle 3 mit einem Wickelzentrum Z, welches zentrisch in Bezug auf den Umfang U der Wickelrolle 3 angeordnet ist.
• 3b zeigt ein möglicherweise auftretendes Fehlerbild der Wickelrolle 3, bei dem das Wickelzentrum Z relativ zum Umfang U der Wickelrolle exzentrisch nach oben (in der Ansicht gemäß 3b) verschoben ist. Des Weiteren sind in dem Rollenteilbereich oberhalb des Zentrums Z die Windungen, d. h. die Wickellagen der Wickelrolle 3 stärker verpresst und haben eine dünnere Dicke als im Bereich unterhalb des Wickelzentrums Z.
• Eine Korrektur der unterschiedlichen Wanddicken aller Windungen und damit einhergehend eine korrekte Anordnung des Wickelzentrums Z im Zentrum der Wickelrolle 3 ist direkt abhängig von der Schwenkposition des Wickelarmes 19. Ein Anpressdruck der Aufwickelrolle 18 kann durch Schwenkung des Wickelarmes, der motorisch um die Schwenkachse 20 antreibbar ist, direkt beeinflusst werden. Die Schwenkverlagerung des Wickelarmes 19 um die Schwenkachse 20 und deren Ausmaß z. B. pro Umdrehung der Wickelrolle 3 hat einen Einfluss auf die lokale Materialbahndicke und damit die Lage des Wickelzentrums Z. Durch eine Beeinflussung der Bewegungskurve des Wickelarmes 19 durch Anpassung entsprechender Betriebsparameter kann auf ein eventuell derartig auftretendes Fehlerbild reagiert werden.
• 4a zeigt ein Fehlerbild der Wickelrolle 3 im Bereich des Beobachtungsbereiches A. Hier entsteht eine unerwünschte Auswulstung 102 in den Beobachtungsbereich A hinein.
• Grund für eine derartige Abweichung ist z. B. eine zu geringe Fördergeschwindigkeit v₂ des Zugtrums 10 der zweiten Transportvorrichtung 8.
• Die Auswulstung 102 kann, wie aus der Darstellung in 4b hervorgeht, durch eine Erhöhung der Fördergeschwindigkeit v₂ (dickerer Pfeil) vermieden werden. Bei Auftreten eines Fehlerbildes gemäß 4a stellt somit die erfindungsgemäße Vorrichtung durch Erhöhen des Betriebsparameters v₂ eine ordnungsgemäße Aufwicklung sicher.
• Ein weiteres mögliches Fehlerbild, d. h. eine mögliche Abweichung des Ist-Zustandes der Wickelrolle 3 von einem gewünschten Soll-Zustand zeigt 5a. Im Beobachtungsbereich C tritt eine ungewünschte Auswulstung 103 auf. Eine derartige unerwünschte Auswulstung 103 ist verursacht durch eine zu hohe Antriebsgeschwindigkeit (dicker Kurvenpfeil) der Aufwickelrolle 18.
• 5b zeigt den korrigierten Zustand, bei dem im Beobachtungsbereich C in gewünschter Art und Weise keine Auswulstung 103 mehr auftritt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Aufwickelrolle 18 (dünner Pfeil) ist entsprechend abgesenkt worden.
• Überblicksartig zeigt 6 eine Idealkontur 200 der Wickelrolle 3 (durchgezogene Linie) und einen ersten Abweichungszustand 201 des Umfanges der Wickelrolle (gestrichelte Linie). Der erste Abweichungszustand 201 zeichnet sich durch Durchmesservergrößerungen/Konturveränderungen der Wickelrolle 3 nach außen in die Beobachtungsbereiche A, B, C hinein aus.
• Einen zweiten Abweichungszustand 202 zeigt die strichpunktierte Linie in 6, bei der in den Beobachtungsbereichen A, B, C ein jeweils zu geringer Durchmesser vorliegt.
• Im Folgenden wird anhand der Vorrichtung gemäß der 1 das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst insbesondere die Schritte:
1. a) Betreiben einer Vorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung 1 gemäß 1;
2. b) Beobachtung der Materialbahn 4 und/oder der entstehenden Wickelrolle 3 mittels mindestens der einen Bildaufnahmeeinrichtung 30, um einen Ist-Zustand der Wickelrolle 3 zu erhalten.
• Zu einem bestimmten Stadium der Aufwicklung sind entsprechende Soll-Zustände (Wunschzustände) der entstehenden Wickelrolle 3 vorbekannt. Diese Soll-Zustände sind bevorzugt in einer Datenbank, insbesondere in der Speichereinrichtung 45 abgelegt. Die von der Bildaufnahmeeinrichtung 30 aufgenommenen Ist-Zustände werden mit korrespondierenden Soll-Zuständen, d. h. mit den zeitlich korrespondierenden Soll-Zuständen, z. B. einem Zustand in dem die Rolle eine bestimmte Anzahl X Windungen aufweist, verglichen. Werden Abweichungen erkannt, die über eine bestimmte Toleranz hinausgehen, so wird mittels einer Korrektureinheit 50 Einfluss auf ausgewählte Betriebsparameter der Vorrichtung 1 genommen. Die Auswahl des betreffenden Betriebsparameters und die Richtung und der Betrag der Änderung dieses Betriebsparameters (Geschwindigkeit, Winkel, Anpresskraft, Anordnung im Raum) wird entsprechend korrigiert. Dabei kann es sein, dass einem Fehlerbild eindeutig ein falsch eingestellter Betriebsparameter zuordenbar ist. Gleichwohl kann es aber auch sein, dass mehrere falsche Betriebsparameter zu einem bestimmten Fehlerbild führen und diese dann gemäß den Erkenntnissen der Wissensdatenbank in der Speichereinrichtung 45 geändert werden.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist es möglich, das Auftreten von bekannten Abweichungen von Ist-Zuständen zu Soll-Zuständen der entstehenden Wickelrolle 3 zu erfassen und automatisch durch geänderten Betrieb der Vorrichtung 1 zu korrigieren. Ein korrigierender Eingriff eines Maschinenbedieners ist somit nicht mehr notwendig.
• Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von besonderem Vorteil, dass die Überwachung kontinuierlich oder in sehr kurzen Zeitintervallen erfolgen kann, so dass beim Auftreten eines Wickelfehlers (zu große Abweichungen) sofort reagiert werden kann und eine Ausschusswicklung vermieden wird.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Aufwickelraum

3

Wickelrolle

4

Materialbahn

5

erste Transporteinrichtung

6

Fördergurt

7

Zugtrum

8

Zweite Transporteinrichtung

9

Gurtförderer

10

Zugtrum

11

Vorpresseinrichtung

12

Gurtförderer

13

Vorpressleiste

14

freie Endkante

15

Doppelpfeil (X-Richtung)

16

Doppelpfeil (Z-Richtung)

17

Vorpressspalt

18

Aufwickelrolle

19

Wickelarm

20

Schwenkachse

21

Einlaufbereich

30

Bildaufnahmeeinrichtung

40

Auswerteeinheit

45

Speichereinheit

50

Korrektureinheit

100

Auswulstung

101

Auswulstung

102

Auswulstung

103

Auswulstung

200

Idealzustand

201

erster Abweichungszustand

202

zweiter Abweichungszustand

v₁

Fördergeschwindigkeit

v₂

Fördergeschwindigkeit

v₃

Fördergeschwindigkeit

h

Höhe

U

Umfang

D

Abstand

A, B, C

Beobachtungsbereiche

α, β

Winkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 69800627 T2 [0002]
• EP 2328746 [0003]
• DE 10218509 A1 [0004]

Claims (11)

1. Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn (4) mittels einer Vorrichtung (1) mit ortsfesten und ortsveränderlichen Einrichtungen aufweisend mindestens: - einen Aufwickelraum (2) zur Aufnahme einer mindestens teilweise aufgewickelten Materialbahnrolle (Wickelrolle (3)) aufweisend ein Wickelzentrum (Z); - Einrichtungen zum Transport und/oder zur Manipulation der Materialbahn vor und/oder während des Aufwickelns; mit den folgenden Schritten: a) Betreiben der Vorrichtung (1); b) Beobachten der Materialbahn (4) und/oder der entstehenden Wickelrolle (3) mittels mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung (30) zum Erhalt mindestens eines Momentanzustandes (Ist-Zustandes) der Materialbahn (4) und/oder der Wickelrolle (3); c) Vergleichen des mindestens einen Ist-Zustandes mit mindestens einem in einer Datenbank hinterlegten zum Ist-Zustand korrespondierenden Soll-Zustand und Ermitteln mindestens einer Abweichung des Ist-Zustandes vom korrespondierenden Soll-Zustand; d) bei Überschreiten/Unterschreiten der Abweichung über mindestens einen vorbestimmten Grenzwert /unter mindestens einen vorbestimmten Grenzwert Durchführen einer Korrektur von mindestens einem Betriebsparameter der Vorrichtung (1), welcher wenigstens mitursächlich für die Abweichung ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachten derart erfolgt, dass ein Umfang (U) der Wickelrolle (3) um deren Wickelzentrum (Z) erfasst wird und/oder eine Bahnform der Materialbahn (4) in einer Höhenrichtung (16) vor dem Erreichen der Wickelrolle (3) erfasst wird und/oder eine Lage des Wickelzentrums (Z) der Wickelrolle (3) relativ zum Umfang (U) der Wickelrolle (3) erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachten der Materialbahn (4) und der Wickelrolle (3) einzeln oder kumulativ an nachfolgend aufgeführten Orten erfolgt: - Beobachtungsbereich (A) zwischen einer ersten Transportvorrichtung (5) und einer zweiten Transportvorrichtung (8); - Beobachtungsbereich (B) zwischen der zweiten Transportvorrichtung (8) und einem Wickelarm (19) einer Aufwickelrolle (18); - Beobachtungsbereich (C) zwischen der Aufwickelrolle (18) und der ersten Transportvorrichtung (5); - wobei die Beobachtungsbereiche (A, B, C) jeweils in der Nachbarumgebung des momentanen Umfanges (U) der Wickelrolle (3) angeordnet sind.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des Ist-Zustandes mit dem Soll-Zustand durch Vergleich von Ist-Umfangskonturen mit Soll-Umfangskonturen der Wickelrolle (3) und/oder der Materialbahn (4) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der ermittelten Abweichungen mindestens ein Betriebsparameter, ausgewählt aus nachfolgenden Betriebsparametern, korrigiert wird: - Höhe (h) eines Vorpressspaltes (17) einer Vorpresseinrichtung (11); - Abstand D einer in Förderrichtung weisenden freien Endkante (14) der Vorpressleiste (13) vom Umfang (U) der Wickelrolle (3); - eine Fördergeschwindigkeit (v₁) der ersten Transportvorrichtung (5); - eine Fördergeschwindigkeit (v₂) der zweiten Transportvorrichtung (8); - eine Anpresskraft F der Aufwickelrolle (18) auf den Umfang (U) der Wickelrolle (3); - einen Winkel (α) zwischen einer ersten Förderrichtung der ersten Transportvorrichtung (5) und einer zweiten Förderrichtung der zweiten Transportvorrichtung (8); - eine Bewegungskurve des Wickelarmes (19); - eine Umfangsgeschwindigkeit der Aufwickelrolle (18); - eine dritte Fördergeschwindigkeit (v₃) der Vorpresseinrichtung (11).
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachten, der Vergleich und/oder die Korrektur kontinuierlich erfolgen.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergleich ein Mittelwert über mehrere, zeitlich aufeinanderfolgende Ist-Zustände verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des mindestens einen Betriebsparameters erfolgt, wenn: a) bei kontinuierlicher Beobachtung des Ist-Zustandes eine Abweichung über eine Mindestzeitdauer hinweg erfasst wird und ein Grenzwertüber-/-unterschreiten der Abweichung während der Mindestdauer vorliegt, oder b) bei diskontinuierlicher Beobachtung ein Mittelwert mehrerer Abweichungen den korrespondierenden Grenzwert über-/unterschreitet.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beobachten der Materialbahn (4) und/oder der entstehenden Wickelrolle (3) mittels mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung (30) zusätzlich das Beobachten wenigstens eines Teils der Vorrichtung (1), insbesondere wenigstens eines Teils der ortsveränderlichen Einrichtungen umfasst.
10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend die Vorrichtungsmerkmale gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: - mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung (30) zur Beobachtung der Materialbahn (4) und/oder der Wickelrolle (3); - mindestens eine Auswerteeinheit (40), welche Bildinformationen von Ist-Zuständen mit hinterlegten Soll-Zuständen vergleicht und Abweichungen ermittelt; - mindestens eine Korrektureinheit (50) zur Korrektur von mindestens einem Betriebsparameter der Vorrichtung (1); - Mittel zum Einstellen des mindestens einen korrigierten Betriebsparameters an der Vorrichtung (1).
11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinrichtung (45) mindestens zum Speichern von Bilddaten betreffend Soll-Zustände der Vorrichtung (1) oder der Wickelrolle (3) vorhanden ist.

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