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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn auf eine Wickelhülse zu einer Wickelrolle in Rollenschneidmaschinen nach dem Längsschneiden einer, von einer Mutterrolle abgewickelten Materialbahn, wobei die Mutterrolle und die Wickelrolle angetrieben werden und der Bahnzug der Materialbahn zwischen Mutterrolle und Wickelrolle gemessen wird und in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Antrieb der Mutterrolle oder mindestens ein Antrieb der Tragwalzen der Wickelrolle so erfolgt, dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt.
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Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, umfassend zwei achsparallel zueinander angeordnete Tragwalzen zur Abstützung der Wickelrolle unter Ausbildung zweier Wickelspalte, wobei im ersten Wickelspalt die Materialbahn zur Wickelrolle unter zumindest teilweiser Umschlingung der ersten Tragwalze geführt ist und die der ersten Tragwalze in Materialbahnlaufrichtung nachgeordnete zweite Tragwalze frei von einer Umschlingung durch die Materialbahn ist und der Mutterrolle sowie der mindestens einen Tragwalze jeweils mindestens ein Antrieb mit Steuereinheit zugeordnet ist und zwischen der Mutterrolle und der ersten Tragwalze wenigstens ein den Bahnzug erfassender Sensor angeordnet ist. Der Sensor ist von der Maschinensteuerung in Abhängigkeit des Betriebszustandes entweder mit der Steuereinheit des Antriebs der Mutterrolle oder der Steuereinheit des Antriebs der Tragwalze verbindbar und ermöglicht eine Umschaltung der Bahnzugregelung in Abhängigkeit des Betriebszustandes auf die entsprechende Steuereinheit des Antriebes. Dies bedeutet, dass die Daten des Bahnzug erfassenden Sensors sowohl für den Antrieb der Mutterrolle als auch für die Antriebe der Tragwalzen der Wickelrolle bereitgestellt werden können und je nach Betriebszustand in der Maschinensteuerung auf den entsprechenden Antrieb zur Regelung mit eingebunden bzw. überlagert ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit der Behandlung einer Papierbahn erläutert. Sie ist jedoch auch bei anderen Materialbahnen entsprechend anwendbar, die ähnlich zu handhaben sind. Dabei handelt es sich beispielsweise, jedoch nicht erschöpfend, um Bahnen aus Karton, Pappe, Kunststoff- oder Metallfolien.
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Papierbahnen werden in relativ großen Breiten von bis zu über 11 m in einer Papiermaschine produziert. Die Produktion erfolgt quasi endlos. Dabei definiert die Warenlaufrichtung der Papiermaschine für alle in der Papierfabrik befindlichen Maschinen und Einrichtungen die Längs- und in horizontaler Ebene senkrecht dazu die Querrichtung.
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Am Ende der Papiermaschine wird die erzeugte Papierbahn in voller Breite auf einen Wickelkern aufgewickelt. Dieser Wickelkern wird zyklisch, in aller Regel bei laufender Produktion, ersetzt. Die auf diese Weise entstehende, bahnbreite Wickelrolle wird üblicherweise als Mutterrolle oder Volltambour bezeichnet.
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Um für einen späteren Verwender, beispielsweise eine Druckerei, handhabbar zu sein, muss die auf einer Mutterrolle gewickelte Papierbahn in mehrere parallel verlaufende Teilbahnen geschnitten werden, deren Breiten für den jeweiligen späteren Verwender geeignet sind. Diese Breiten können fallweise stark variieren, so dass die Aufteilung der Papierbahn üblicherweise nach einem individuell definierbaren Schnittmuster vorgenommen wird.
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Die Teilbahnen werden dann zu Wickelrollen aufgewickelt, die man Teilbahn- oder Fertigrollen nennt und die gemeinsam als sogenannter Rollenwurf ausgegeben werden. Das Schnittmuster ist von Rollenwurf zu Rollenwurf änderbar. Das Längsschneiden und Aufwickeln erfolgt zweckmäßigerweise in einer einzigen Maschine, die dann häufig als Rollenschneidvorrichtung bezeichnet wird.
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Allen oben beschriebenen Aufwickeleinrichtungen, also denen zur Erzeugung von Mutterrollen wie auch denen zur Erzeugung von Teilbahn- oder Fertigrollen, ist gemeinsam, dass die zur Ausbildung einer Wickelrolle aufzuwickelnde Bahn einen Wickelspalt mit mindestens einer Wickelwalze bildet, an der sie sich abstützt oder an der sie an- oder aufliegt und die dementsprechend als Stütz- oder Tragwalze bezeichnet wird. Diese, unmittelbar mit den sich bildenden Wickelrollen in Kontakt stehenden Wickelwalzen, stellen somit auch die unmittelbar wirkenden Werkzeuge dar, mittels derer die Wickelgüte beeinflussbar ist.
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Üblicherweise durchläuft eine Rollenschneidmaschine im Abwicklungsprozess fünf normale Betriebszustände, dazu gehören der Stillstand, das Kriechen oder der Kriechgang, das Beschleunigen, das Produzieren oder die Produktionsgeschwindigkeit und das Abbremsen.
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Während üblicherweise der Hauptantrieb der Wickelrolle drehzahlgesteuert ist und die Geschwindigkeit der Rollenschneidmaschine bestimmt, erfolgt der Antrieb der Mutterrolle drehmomentgesteuert mit überlagerter Bahnzugregelung. Insbesondere beim Beschleunigen und Abbremsen des Abwickelns kommt es dabei zu Schwankungen im Bahnzug, was das Wickelergebnis beeinträchtigt. Dabei hat die Schwungmasse der Mutterrolle eine wesentliche Bedeutung.
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Die Mutterrolle ist bezüglich des spezifischen Gewichts aber relativ inhomogen, da diese im Kern meist härter gewickelt ist als außen. Daher ist die Berechnung der Schwungmasse und folglich die Steuerung des Antriebsmomentes beim Beschleunigen und Abbremsen sehr ungenau.
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Im Dokument
WO2020/177910 A1 (Voith Patent GmbH), 10.09.2020, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, welche mit einer Messeinrichtung bzw. Sensor den Bahnzug der Materialbahn zwischen Mutterrolle und Wickelrolle erfassen und je nach Betriebszustand abwechselnd mit den Daten aus der Messeinrichtung für den Bahnzug entweder die Regelung der Antriebe der Tragwalzen der Wickelrolle oder die Regelung des Antriebes der Mutterrolle beeinflussen, um damit ein reproduzierbares und gleichmäßiges Wickelergebnis zu erhalten. Die Regelung der Antriebe der Mutter- und Wickelrolle erfolgt in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Rollenschneidmaschine hierbei entweder drehmomentgesteuert/-geregelt oder drehzahlgesteuert/-geregelt und zusätzlich in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Rollenschneidmaschine mit überlagerten Bahnzugsensor so, dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn auf eine Wickelrolle für eine Rollenschneidmaschine derart weiterzuentwickeln, dass auch bei starken Schwankungen der Kräfteverhältnisse im Bereich zwischen der Ab- und Aufwicklung und damit den Eingangsgrößen, insbesondere des Bahnzugs und der daraus resultierenden Bahnspannung der Materialbahn zwischen Mutterrolle und Wickelroll, ein leicht reproduzierbares und gleichbleibendes Wickelergebnis auf den Wickelrollen resultiert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in allen Betriebszuständen der Antrieb der Mutterrolle und mindestens einer der Antriebe einer Tragwalze der Wickelrolle in allen Betriebszuständen drehzahlgesteuert/- geregelt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Hinsichtlich der Vorrichtung ist wesentlich, dass die Steuereinheit des Antriebs der Mutterrolle und mindestens eine Steuereinheit der Antriebe der Tragwalzen, insbesondere der Hauptantrieb, ausgeführt sind so dass die Steuereinheiten drehzahlgesteuert/-geregelt werden können.
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Auf diese Weise können die Schwankungen der Kräfteverhältnisse im Bereich zwischen der Abrollung und der Aufrollung reduziert werden. Die Verhältnisse im Aufwickelbereich sind somit stabil und reproduzierbar.
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Da Änderungen des Bahnzuges und der resultierenden Bahnspannung der Materialbahn beispielsweise bei Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen besonders stark auftreten, ist es vorteilhaft bei den Betriebszuständen Beschleunigen und Abbremsen des Abwickelns, dass mindestens ein Antrieb einer der Tragwalzen der Wickelrollen das Regeln des Bahnzugs übernimmt und dabei primär drehzahlgeregelt ist. Der Antrieb der Mutterrolle bestimmt dabei hauptsächlich drehzahlgeregelt die Anlagengeschwindigkeit.
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Gleiches ist beim Kriechgang von Vorteil. Gleiches ist auch beim Stillstand von Vorteil.
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Wegen des wesentlich geringeren Gewichts der Wickelrollen ist auch der Einfluss der wirksamen Schwungmasse wesentlich niedriger als bei der Mutterrolle.
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Bei Produktionsgeschwindigkeit des Abwickelns ist es vorteilhaft, den Antrieb der Mutterrolle drehzahlgesteuert/-geregelt zu regeln und mit überlagerter Bahnzugregelung auch das Regeln des Bahnzuges zu übernehmen. Mindestens ein Antrieb der Tragwalzen der Wickelrollen bestimmt bei dem Betriebszustand Produktionsgeschwindigkeit drehzahlgesteuert/-geregelt die Anlagengeschwindigkeit.
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Erfindungsgemäß soll die Mutterrolle und die Wickelrolle über deren entsprechenden Antriebe, während aller Betriebszustände wie Stillstand, des Kriechgangs, beim Beschleunigen oder beim Abbremsen und bei Produktionsgeschwindigkeit des Abwickelns drehzahlgesteuert/-geregelt angetrieben werden.
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Vorteilhaft kann in dieser Ausführungsform die höhere Dynamik eines Drehzahlreglers im Vergleich zu einem Drehmomentregler genutzt werden und es ermöglichen, dass die vorgegebenen Sollwerte sich in allen Betriebszuständen schnell einstellen und somit zu einem besseren und reproduzierbaren Aufwickelergebnis führen.
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Besonders vorteilhaft kann die höhere Dynamik eines Drehzahlreglers im Vergleich zu einem Drehmomentregler genutzt werden für die Regelung bei Betriebszuständen mit schnell ändernden Randbedingungen bzw. Eingabegrößen wie beim Beschleunigen, Abbremsen und im Kriechgang.
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Weiter vorteilhaft kann sich zeigen, dass durch die Verwendung einer hauptsächlichen Drehzahlsteuerung/-regelung der Antriebe die Notwendigkeit entfällt eine Beschleunigungs- und Reibungskompensationen in den Steuereinheiten zu integrieren.
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Weiter vorteilhaft kann sein, dass der üblicherweise nicht exakt bestimmbare Parameter Schwungmasse der Mutterrolle nicht mehr direkt in die Steuereinheit mit eingebunden werden muss.
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Weiter vorteilhaft kann sich zeigen, dass die Bahnzugregelung in schwierig zu berechneten Situationen, insbesondere durch nicht exakt bestimmbare Parameter der Mutterrolle und/oder Wickelrolle und/oder Antriebe, immer von dem Antrieb mit konstanten mechanischen Verhältnissen übernommen wird.
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Weiter vorteilhaft kann sich zeigen, dass der üblicherweise aufgewendete Zeitraum für die Inbetriebnahme einer dem Stand der Technik entsprechenden Regelung deutlich verkürzt wird.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Aufbau einer Rollenschneidmaschine.
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Die in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rollenwickelvorrichtung ist im Zusammenhang mit einer als Tragwalzenwickelvorrichtung ausgebildeten Rollenschneidvorrichtung realisiert.
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Wesentliche Bestandteile dieser Rollenschneidvorrichtung sind eine Abwickeleinrichtung 15, in der die Materialbahn 1, in ihrer Breite im Wesentlichen der Arbeitsbreite einer der Rollenschneidvorrichtung vorgeordneten und hier nicht dargestellten Papiermaschine entsprechenden, von einer Mutterrolle 4 abgezogen wird, eine Schneidpartie 17, in der die Materialbahn 1 zur Erzeugung von Teilbahnen in wählbare Breitenformate ihrer Laufrichtung nach längs geteilt wird und eine im Bereich ihrer Aufwicklung angesiedelte Wickelanordnung 16.
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Der Mutterrolle 4 ist dabei ein eigener Antrieb 8 mit Steuereinheit zugeordnet.
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Die Schneidpartie 17 umfasst dazu als wesentliche Bestandteile meist scheibenförmige Schneideinrichtungen, die hier in Form von aneinander wirksam werdenden Obermessern 18 und Untermessern 19 dargestellt sind.
Um Vibrationen der laufenden Materialbahn 1 im Bereich der Schneidpartie 17 zu verhindern, wird dieser Bereich im dargestellten Beispiel von Umlenkrollen 20 begrenzt.
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Neben den beiden Tragwalzen 5,6 bilden die mindestens eine zu wickelnde Wickelrolle 3 und die Auflagewalze 21 wesentliche Elemente der Wickelanordnung 16. Obwohl in der Figur nur die Stirnseite einer einzigen Wickelrolle 3 sichtbar ist, wird hier davon ausgegangen, dass sich in der in die Bildebene erstreckenden Y-Richtung weitere Wickelrollen 3 hinter der dargestellten Wickelrolle 3, in dem aus den beiden Tragwalzen 5,6 gebildeten Wickelbett befinden.
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Die sich im Verlauf des Wickelprozesses bildenden Wickelrollen 3 bestehen in ihrem Kern jeweils aus einer Wickelhülse 2, mit dem der Anfang eines endlichen Abschnittes einer Teilbahn der Materialbahn 1 verbunden und dann durch fortwährendes Umwickeln unter Ausbildung von so genannten Wickellagen umspannt wird.
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Die zwei achsparallel zueinander angeordneten Tragwalzen 5,6 dienen zur Abstützung der Wickelrolle 3 unter Ausbildung zweier Wickelspalte 11,12, wobei im ersten Wickelspalt 11 die Materialbahn 1 zur Wickelrolle 3 unter teilweiser Umschlingung der ersten Tragwalze 5 geführt wird und die, der ersten Tragwalze 5 in Bahnlaufrichtung 7 nachgeordnete zweite Tragwalze 6 frei von einer Umschlingung durch die Materialbahn 1 ist.
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Die in Drehrichtung der Wickelrolle 3 am Außenumfang dieser den zweiten Wickelspalt 12 bildende, zweite Tragwalze 6 ist immer über die Wickelrolle 3 mit der ersten Tragwalze 5 mechanisch gekoppelt.
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Beiden Tragwalzen 5,6 ist jeweils ein Antrieb 9,10 mit Steuereinheit zugeordnet. Dabei hat es sich bewährt, wenn die, in Bahnlaufrichtung 7 der Materialbahn 1, erste Tragwalze 5 drehzahlgeregelt und die zweite Tragwalze 6 drehmomentgeregelt ist, wobei die Drehmomentregelung der zweiten Tragwalze 6 unabhängig vom Einfluss des Istwertes der Drehzahl der ersten Tragwalze 5 erfolgt und die Lastaufteilung so erfolgt, dass die Wickelrolle 3 überwiegend drehzahlgeregelt angetrieben wird.
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Zur Dämpfung von Schwingungen können die Tragwalzen 5,6 eine elastische Lagerung aufweisen. Ebenso kann mindestens eine der beiden Tragwalzen 5,6 eine, an der Materialbahn 1 wirksam werdende Beschichtung oder Ummantelung aufweisen.
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Zur Gewährleistung eines kontinuierlichen Ab- und Aufwickelvorganges mit optimalem Wickelergebnis ist es erforderlich, dass der Bahnzug der Materialbahn 1 zwischen der Abwicklung und der Aufwicklung im Wesentlichen konstant ist, damit keine Beschädigungen an der Materialbahn 1 auftreten. Auf einen nicht gleichmäßigen Bahnzug zurückzuführende Wickelfehler können sich beispielsweise in Rissen oder Faltenbildung widerspiegeln und auch entsprechende Folgeschäden verursachen.
Insbesondere bei Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen kann es jedoch zu relativ stark auftretenden Änderungen des Bahnzugs kommen.
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Ab- und Aufwickelungsprozess sind daher aneinander anzupassen.
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Hierzu sind der Antrieb 8 der Mutterrolle 4 sowie die Antriebe 9,10 der Tragwalzen 5,6 über ihre jeweilige Steuereinheit mit der Maschinensteuerung 14 verbunden. Darüber hinaus wird der Bahnzug der Materialbahn 1 zwischen der Mutterrolle 4 und der ersten Tragwalze 5 von einem Sensor 13 erfasst und an die Maschinensteuerung 14 übermittelt.
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Unter einer Steuerung werden hier die Gesamtheit der zur Ausführung von Steuerungs- und Regelungsaufgaben erforderlichen Funktionskomponenten und deren Verknüpfungen verstanden. Dazu gehören Steuergeräte, Regler, Einrichtungen zur Erfassung von Istwerten, Störgrößen und Stelleinrichtungen sowie deren Verbindungen untereinander.
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Über die Maschinensteuerung 14 soll gewährleistet werden, dass je nach Betriebszustand der Antrieb 8 der Mutterrolle 4 oder einer der Antriebe 9,10 der Wickelrollen 3 so erfolgt, dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt. Hierzu wird der Sensor 13 von der Maschinensteuerung 14 je nach Betriebszustand für eine übergeordnete Bahnzugregelung mit der Steuereinheit des Antriebs 8 der Mutterrolle 4 oder mindestens einer Steuereinheit der Antriebe 9,10 der Tragwalzen 5,6 verbunden.
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Im Betriebszustand Normalbetrieb, d.h. bei Produktionsgeschwindigkeit des Abwickelns erfolgt der Antrieb 8 der Mutterrolle 4 drehzahlgeregelt mit übergeordneter Bahnzugregelung, so dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt und mindestens einer der Antriebe 9,10 der Tragwalzen 5,6 wird dabei auch drehzahlgeregelt.
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Im Unterschied hierzu erfolgt bei Betriebszuständen wie im Kriechgang sowie im Stillstand und beim Beschleunigen oder Abbremsen des Abwickelns mindestens einer der Antriebe 9,10 der ersten und zweiten Tragwalze 5,6 drehzahlgeregelt mit übergeordneter Bahnzugregelung, so dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt und der Antrieb 8 der Mutterrolle 4 ist dabei auch drehzahlgeregelt. Dies bedeutet, dass die Mutterrolle 4 und die Wickelrolle 3 in den Betriebszuständen Stillstand, Kriechen, Beschleunigen, Abbremsen und Produktionsgeschwindigkeit, also in allen Betriebszuständen, überwiegend drehzahlgeregelt angetrieben werden.
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Während des kritischen Kriechens, Beschleunigens und Abbremsens wird die relevante Schwungmasse so im Wesentlichen von der gegenüber der Mutterrolle 4 wesentlich leichteren Wickelrolle 3 bestimmt, was die Schwankungen der des Bahnzuges und der daraus resultierenden Bahnspannung in der Materialbahn minimiert.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform erfolgt in allen Betriebszuständen (Stillstand, Kriechen, Beschleunigen, Abbremsen und Produktionsgeschwindigkeit) des Abwickelns der Antrieb 8 der Mutterrolle 4 drehzahlgeregelt mit überlagerter Bahnzugregelung, so dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt. Mindestens einer der Antriebe 9,10 der Tragwalzen 5,6 wird dabei drehzahlgeregelt.
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In einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform erfolgt in allen Betriebszuständen (Stillstand, Kriechen, Beschleunigen, Abbremsen und Produktionsgeschwindigkeit) des Abwickelns mindestens einer der Antriebe 9,10 der Tragwalzen 5,6 der Wickelrolle drehzahlgeregelt mit überlagerter Bahnzugregelung, so dass der Bahnzug in einem vorgegebenen Intervall liegt. Der Antrieb 8 der Mutterrolle 4 wird dabei drehzahlgeregelt.
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In einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird der Antrieb 9 der Tragwalze 5 der Wickelrolle 3 drehzahlgesteuert/-geregelt.
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In einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird der Antrieb 10 der Tragwalze 6 der Wickelrolle 3 drehmomentgesteuert/-geregelt.
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In einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausführungsform erfolgt der Antrieb 9 der Tragwalze 5 der Wickelrolle 3 drehzahlgesteuert/-geregelt und der Antrieb 10 der Tragwalze 6 der Wickelrolle 3 drehmomentgesteuert/-geregelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Materialbahn
- 2
- Wickelhülse
- 3
- Wickelrolle
- 4
- Mutterrolle
- 5
- Erste Tragwalze
- 6
- Zweite Tragwalze
- 7
- Laufrichtung Materialbahn
- 8
- Antrieb Mutterrolle
- 9
- Antrieb erste Tragwalze
- 10
- Antrieb zweite Tragwalze
- 11
- Erster Wickelspalt
- 12
- Zweiter Wickelspalt
- 13
- Bahnzugsensor
- 14
- Maschinensteuerung
- 15
- Abwickeleinrichtung
- 16
- Wickelanordnung für die Aufwicklung
- 17
- Schneidepartie
- 18
- Obermesser
- 19
- Untermesser
- 20
- Umlenkrollen
- 21
- Auflagewalze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3030798 A1 [0012]
- DE 102010039007 A1 [0012]
- WO 2020/177910 A1 [0013]
