EP2133298A2 - Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn in einer Rollenschneidmaschine und Rollenschneidmaschine - Google Patents

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EP2133298A2
EP2133298A2 EP09162154A EP09162154A EP2133298A2 EP 2133298 A2 EP2133298 A2 EP 2133298A2 EP 09162154 A EP09162154 A EP 09162154A EP 09162154 A EP09162154 A EP 09162154A EP 2133298 A2 EP2133298 A2 EP 2133298A2
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support roller
roll
control
speed
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Alexander Stengler
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Voith Patent GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the operation of a device for winding a web onto a winding tube to a winding roll in slitter after slitting a unwound from a device for unwinding web, comprising two axially parallel drivable support rollers for supporting the winding roll to form two winding nips , Wherein in the first winding nip, the material web is guided to the winding roller under at least partially wrapping the first support roller and the first support roller in web direction downstream second support roller is free of a wrap around the web and in which, depending on at least one desired value of the required power of the device for winding at least indirectly characterizing size, the drives of the individual support rollers are precontrolled.
  • longitudinal cutting of a material web is understood to mean the severing of the material web in at least two material partial webs in the longitudinal direction of the material web, wherein the individual material webs can each be wound onto a winding core or winding core to form a winding reel.
  • a pre-control / pre-regulation is understood to mean the control / regulation of the essentially desired driving data of the machine.
  • the designation of the fine control / fine control used below is intended to ensure the measures for setting, in particular for maintaining, the continuity of the essentially desired driving data.
  • the manipulated variables of the Precontrol / pre-control are large compared to the manipulated variables of the fine control / fine control.
  • Carrier roll winders are known in a variety of prior art designs. These are characterized in that the winding of a material web onto a winding tube takes place by guiding the material web over a carrier roll forming a first winding gap with the winding tube. Further, a second axially parallel to this arranged support roller is provided, wherein both support rollers support the wound reel to be wound to form winding nips in such a way that they form a winding bed for the or to be wound / n winding roll / n. For this purpose, preferably both support rollers are driven, wherein generally the first support roller is speed-controlled and thus determines the speed of the material web, so the unwinding and winding.
  • the second support roller is usually torque-controlled and thus primarily determines the winding hardness and thus the web tension between the first and second support rollers, while the web tension is determined up to the winding nip of the first support roller through the settlement.
  • the web train In order to satisfy a continuous as possible stress of the web during the winding process, the web train must serve as a setpoint up to the first winding nip in the web tension between the two support rollers.
  • a load distribution factor is taken into account for driving the two support rollers, which is thus due to the, as a constant size assumed, web tension between winding and unwinding. This is essentially dependent on material-specific characteristics of the material web and the desired winding speed.
  • the winding roll itself forms during the winding process disturbances, which it delivers over the two winding nips to the individual support rollers and act from there back to the winding roll.
  • the speed for the winding process is to be adhered to as precisely as possible for a continuous process.
  • the dependent This speed required to be generated currently power of the two support rollers is divided between the drives of these support rollers according to a predetermined load distribution factor, which is essentially dependent on the size of the wound reel and the arrangement of the individual support rollers.
  • a predetermined load distribution factor which is essentially dependent on the size of the wound reel and the arrangement of the individual support rollers.
  • the continuous change of the torque of the second carrier roll leads to a continuous change of the winding conditions in the take-up area, in particular on the second carrier roll.
  • this problem is compounded, which may be reflected for example in an unclean structure of the winding roll in these phases.
  • the resulting poor construction of the winding roll during such an acceleration phase especially when the roll core is not round, but deviated from the round shape deviates affects the entire further winding process.
  • Such deviating from the ideal geometry and resulting imbalances lead to oscillations whose frequencies are dependent on the roll diameter and the machine speed. In the worst case, vibrations are triggered or even amplified.
  • the invention is therefore based on the object, a method and an apparatus for winding a web on a winding roll such that the constant fluctuations in the balance of power in the area between the unwinding and the support rollers are compensated, so that the winding is independent of these influences.
  • the conditions in the take-up area are to be stabilized and made reproducible.
  • An inventive method of the type mentioned and an apparatus for performing the method are characterized in that the drive of the second support roller is finely controlled / finely controlled regardless of a consideration of actual values of the driving behavior of the first support roller at least indirectly descriptive variables.
  • the setpoint specification can be carried out as a function of at least one actual value of at least one variable that at least indirectly describes the development of the material web roll.
  • the solution according to the invention has the advantage that changes in the web tension, which occur particularly strongly during acceleration and deceleration processes, for example, and which lead to changes in the rotational speed on the first carrier roll, no longer directly affect the torque prevailing in the second winding nip at the second carrier roll and that the torque present on the second support roller is adjusted independently of such fluctuations only in dependence on the requirements dictated by the setpoint specifications for the winding and the states in the unwinding region.
  • the thus freely adjustable torque in the second winding nip is thus easily reproducible at any time.
  • variables describing the execution at least indirectly are understood to mean physical state or movement variables which characterize the unwinding process of the material web from a material web roll. These include, in particular, the speed of the movement of the material web, characteristic values relating to the material web and sizes describing the web train.
  • a variable that describes a variable at least indirectly is understood to mean a physical variable / parameter by means of which the respective variable can be described or determined, in particular with which the respective variables are functionally connected.
  • the first support roller is preferably speed-controlled, while the second support roller is torque-controlled, wherein the torque control of the second support roller is independent of the influence of the actual value of the speed of the first support roller.
  • the determination of the setpoint value for the torque to be set on the second carrier roll being effected only as a function of the setpoint specification for the speed of the windup and by the ratios in the unwinding region predetermined values, these setpoint values being in the ratio of one control cycle to the mutual dependence of the Actual values are the characteristic values determining the movement of the web in the unwinding area as well as the setpoint specifications for the operation of the take-up device, in particular the take-up speed, which are for providing the required power of the device for winding at least indirectly descriptive sizes.
  • the actual value determination can be done with appropriate means for detecting the mentioned variables. In a further development, these can also be specified directly via another control / regulation which processes them.
  • disturbance variables in and / or at the second winding nip can advantageously be detected by sensors and can be used in a particularly advantageous embodiment for control purposes, in particular for fine control / fine regulation. It is particularly advantageous if the determined in the second winding gap disturbances directly to the control / regulation, especially fine control / fine control, the second support roller at least indirectly descriptive driving data can be used, or at least temporarily during the winding process to at least one the driving data at least influence indirectly descriptive size.
  • Such a configured method is particularly advantageous because in this way target deviations in the second winding nip can be detected directly and can react in a regulating manner on the process parameters prevailing there.
  • a disturbance variable is equivalent to a deviation from a setpoint variable, so that it is irrelevant in determining the disturbance variables here, whether these are detected directly or determined from reactions that result directly from this.
  • the controllers used for the control / regulation, in particular for the fine control / fine regulation of the first carrier roller and the second carrier roller differ in at least one functional component. This is particularly advantageous, for example, if a temporal decoupling of the process reactions to be caused by the individual control devices is desired.
  • the device according to the invention is substantially characterized by a higher-level control / regulation, which is coupled to the individual controls / regulations of the individual support rollers and specifies the input variables for them, in particular the desired values for the speeds and torques at the individual support rollers in response to a specific power requirement specification ,
  • the controls of the individual carrier rollers themselves are free from coupling with each other, i.
  • no input for specifying an actual value of the variables describing the drive conditions of the first carrier roller is also provided on the second carrier roller.
  • FIG. 1 illustrates in a schematic simplified representation of the structure and function of a device 1 for winding a web M on a winding tube 2 to form a so-called winding roll 3 in a carrier roll cutting machine 9 after processing a web MG with a predefined width of a web roll 11 under separation and division in partial material webs of predefined widths.
  • the device 1 for winding webs of material is designed as a carrier roll winding device 4. This comprises at least two axially parallel to each other arranged support rollers 5 and 6 for supporting the winding tube 2 and after winding a web M on this the support of the winding roll 3 thus formed to form winding nips 7 and 8.
  • a coordinate system is applied to the carrier roll cutting device 9 here , wherein the X-direction characterizes the machine direction and also the guide direction for the material web M during unwinding and winding.
  • the Y direction corresponds to the direction perpendicular to this and describes the width of the carrier roll cutting device 9. In this direction, the longitudinal axes of the web roll 11 and the winding roll 3 extend.
  • the Z direction describes the height direction.
  • Such a carrier roll cutting device 9 is characterized in that it comprises a device 10 for unwinding a web roll 11.
  • the material web MG is unwound in the circumferential direction by rotating the winding roll 11 and subdivided in one of these downstream device 12 for separating a material web, here unwound from the material web roll 11 material web MG in at least two partial material webs predefined width, which after subdivision of a device 1 for Winding material webs M are fed to form the bobbins 3.
  • the device 12 comprises for this purpose at least one cutting station 13, which may be designed in various ways. Conceivable are versions with rotating or resting on the material web MG engageable separating elements.
  • a device 22 for separating the individual material webs and feeding to individual winding stations of the device 1 for winding up the individual material webs follows here in the machine direction.
  • the device 1 comprises at least one Winding station.
  • the device 10 for unwinding a web roll 11 downstream of a device for bonding web ends to perform the winding process continuously.
  • FIG. 2 illustrates in a simplified schematic representation of the basic principle of a combined unwinding and Aufwickelvorganges in a carrier roll roller cutting device 9. Visible here is the web roll 11, from which the material web MG is unrolled. This is also called a mother role.
  • the material web MG is supplied from this in full width of a device 12 for separation for subdivision into material webs M and the individual material sub-webs as webs of material M from this to the device 1 for winding webs of material on a winding tube 2, in particular the individual material webs on a respective winding tube below Forming a winding roll 3 out.
  • Unwinding and winding process are to be adapted to each other.
  • the winding predetermines the process speed, while the torque to be set in the winding must essentially be based on the conditions prevailing in the development.
  • Each of the individual unwinding devices 10 and 1 is associated therewith with a corresponding control, in this case a control 14 of the unwinding device 10 and a control 16 of the unwinding device 1, which are preferably assigned a superordinate control. Regulation 15 is connected upstream.
  • the tasks of the two controllers 14, 16 and the higher level controller 15 may also be formed by a common control which is the main control for the combined unwinding / cutting and winding process.
  • a control / regulation means the entirety of the functional components required for the execution of control tasks and their connections. These include control units, controllers, facilities for recording actual values, disturbance variables and actuating devices as well as their connections to one another.
  • the control / regulation 16 assigned to the device 1 serves to control the drives of the individual support rollers 5 and 6.
  • the individual support rollers 5, 6 are predetermined via these manipulated variables Y5 and Y6 and adjusted to the actuating devices of the drives assigned to them.
  • each of the support rollers 5 and 6 is assigned its own control and / or regulation 17 or 18.
  • the in the direction of rotation of the winding roller 3 on the outer circumference of this second winding nip 8 forming second support roller 6 is always mechanically coupled via the winding roller 3 with the first support roller 5.
  • the conditions in the winding area formed by the device 1 are substantially dependent on the setpoint specification for the winding speed and the settlement in the apparatus 10 and the conditions in the material web guide.
  • the required drive power of the device 10 in particular the support rollers 5, 6 is corresponding to a load distribution factor on the two support rollers 5, 6 divided.
  • the required drive power was set as a unit via the actuation of both support rollers 5, 6, the drive of the second support roller 6 being controlled as a function of the actual variables of the drive of the first support roller 5.
  • the drive of the support roller 5 and the drive of the support roller 6 are carried out according to the invention independently, taking advantage of the fact that due to the mechanical coupling, the movement of the second support roller 6 is equal to that of the first. This avoids strong fluctuations. In this way, the, for the winding quality crucial and increasingly difficult process or winding speed increasingly difficult fine control of the individual support rollers can do well, since the relevant regulation exclusively for them to take into account significant variables --sodass the basis for a responsive signal processing is created.
  • control according to the invention is exemplified as in FIG. 3 shown, realized.
  • FIG. 3 illustrates in a simplified schematic representation of an embodiment of the individual controls / regulations 17, 18 with their parent control / regulation 16.
  • the single setpoint XE should, particularly for the set speed to v, it can be determined directly.
  • Further setpoint values, in particular the setpoint value for the web tension B soll can be derived from the actual values of variables characterizing the unwinding process.
  • the variables describing the unwinding process at least indirectly are described by way of example by means for detecting them, such as, for example, in US Pat FIG. 2 the means for detecting a Bahnzugyess determined.
  • the setpoint variables XE soll-5 , XE soll- 6 required for controlling the individual support rollers 5, 6 are determined in FIG. 16 and supplied to the respective control systems 17, 18 of the individual support rollers 5, 6.
  • the required drive power P soll of the device 1 results essentially from the desired ratios in the take-up area 1, at least indirectly describing quantities. As these are the speed v soll and the train B is considered in this area at least indirectly descriptive variables. The latter results preferably from the actual value of the web tension B is after unwinding of the web roll 11. In order to achieve the same winding conditions and no wrinkling or tearing, the web tension is matched during winding on the unwinding, in particular, the actual value when unwinding the setpoint even during winding. From these desired values results in a required drive power P soll , which is applied by the support rollers 5, 6.
  • the required drive power is divided between the individual support rollers 5, 6, whereby determine the forces prevailing in the individual winding nips 7, 8 forces.
  • LVF load distribution factor
  • the desired values of the input variables XE soll-5 , XE soll-6 for the individual controllers / controllers 17, 18 of the individual carrier rollers 5, 6 are determined in the higher-level control / regulation 16 taking into account further influencing parameters.
  • the setpoint values of the input variables XE soll-5 , XE soll-6 are the nominal torque values M soll-5 and M soll-6 for the individual support rollers 5 and 6 and the desired speed values for the drive of the individual support rollers 5 and 6, here n -5 and n should-6 .
  • These variables are supplied as input variables XE soll-5 and XE soll-6 the individual controls 17 and 18 for the support rollers 5 and 6, which may also be part of the higher-level control 16.
  • the setpoint specification for the second support roller 6, in particular the setpoint input for a torque M setpoint -6 is free from consideration by the first Carrier roller 5 given drive situation.
  • the second support roller 6 is thus driven independently of the first carrier roll 5 separately in accordance with the up to v from the predetermined desired values for the adjusted path speed and winding speed, the load distribution factor LVF and the target value for the train B to.
  • the drive of the second support roller 6 is thus decoupled from the drive to the first support roller 5 only depending on the parent setpoint specifications XE-soll. Specifically, when determining the setpoint values for the moments M des -5 and M des -6 of the individual carrier rollers 5, 6, the boundary conditions affecting the setpoint values are also taken into account.
  • the required torques M soll-5 and M soll-6 can be determined in each case as functions of the load distribution factor LVF, the required acceleration .DELTA.v / .DELTA.t taking into account the moments of inertia T5, T6 of the individual support rollers 5, 6, the winding roller 3 at least indirectly descriptive parameters, in particular XE-3, such as the winding diameter, are determined.
  • the distribution of the winding load WLV results from the required web tension setpoint B soll and the load distribution factor LVF.
  • V from the speed command value is for the winding speed or the web speed are obtained in each speed setpoints n soll-5 and n to 6 for the two support rollers 5 and 6.
  • the current actual values n istl-5 and n ist-6 at the individual support rollers 5, 6 are determined and also fed to the speed controller 20, 21, wherein according to the embodiments of the speed controller tracking can be done.
  • Each of the actual speed value and the speed setpoint The value supplied to the speed controller and the value thus determined via the speed controller then results in the torque setpoint that is being controlled.
  • the torque components for friction and acceleration compensation of the individual carrier rollers 5, 6 and the torque for acceleration compensation of the web rolls are thus calculated on the basis of the setpoint values for the speed in the higher-level computer.
  • the torque required for the given web tension setpoint B is divided into the drives of the support rollers 5, 6 in accordance with a load distribution factor LVF. This results in the support roller 5 from the evaluation of these signals, the signal for a torque feedforward.
  • the torque setpoint M soll-5 is set for the support roller 5 as a result.
  • the speed controller 20 ensures by adjusting its output signal that the drive of the support roller 5 follows the speed setpoint n soll-5 . That is, the actual value n ist-5 of the rotational speed is set in accordance with the target value n soll-5 .
  • the drive of the support roller 5 is thus speed-controlled.
  • the drive of the support roller 6 is in contrast torque-controlled.
  • FIG. 4 clarified by means of a speed or speed / time diagram adjusting the winding problem when winding the drive of the individual support rollers 5, 6 due to web tension fluctuations. Visible is a first region I, which corresponds to the Anlauf redesignieri acceleration phase of the device 1, the region III, which corresponds to a deceleration or deceleration phase and the intermediate region II, which corresponds to the actual continuous winding operation at a nearly constant machine speed.
  • the curve IV illustrates the actual speed curve at the two support rollers 5, 6.

Landscapes

  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Nonmetal Cutting Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Vorrichtung (1) zum Aufwickeln einer Materialbahn (M) auf eine Wickelhülse (2) zu einer Wickelrolle (3) in Rollenschneidmaschinen (9) nach dem Längsschneiden einer von einer Vorrichtung (10) zum Abwickeln abgewickelten Materialbahn (MG), umfassend zwei achsparallel zueinander angeordnete, antreibbare Tragwalzen (5, 6) zur Abstützung der Wickelrolle (3) unter Ausbildung zweier Wickelspalte (7, 8), wobei im ersten Wickelspalt (7) die Materialbahn (M) zur Wickelrolle (3) unter zumindest teilweiser Umschlingung der ersten Tragwalze (5) geführt wird und die der ersten Tragwalze (5) in Materialbahnlaufrichtung nachgeordnete zweite Tragwalze (6) frei von einer Umschlingung durch die Materialbahn ist und bei welchem in Abhängigkeit wenigstens eines Sollwertes einer die erforderliche Leistung (Psoll) der Vorrichtung (1) zum Aufwickeln wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe die Antriebe der einzelnen Tragwalzen (5, 6) vorgesteuert werden, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Antrieb der zweiten Tragwalze (6) unabhängig von einer Berücksichtigung von Istwerten der das Antriebsverhalten der ersten Tragwalze (5) wenigstens mittelbar beschreibenden Größen feingesteuert/feingeregelt wird. Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn auf eine Wickelhülse zu einer Wickelrolle in Rollenschneidmaschinen nach dem Längsschneiden einer von einer Vorrichtung zum Abwickeln abgewickelten Materialbahn, umfassend zwei achsparallel zueinander angeordnete antreibbare 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 wird und die der ersten Tragwalze in Materialbahnlaufrichtung nachgeordnete zweite Tragwalze frei von einer Umschlingung durch die Materialbahn ist und bei welchem in Abhängigkeit wenigstens eines Sollwertes einer die erforderliche Leistung der Vorrichtung zum Aufwickeln wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe die Antriebe der einzelnen Tragwalzen vorgesteuert werden.
  • Unter Längsschneiden einer Materialbahn wird das Durchtrennen der Materialbahn in zumindest zwei Materialteilbahnen in Längsrichtung der Materialbahn verstanden, wobei die einzelnen Materialteilbahnen jeweils auf einen Wickelkern oder Wickelhülse zu einer Wickelrolle aufwickelbar sind.
  • Unter einer Vorsteuerung/Vorregelung wird die Steuerung/Regelung der im Wesentlichen gewünschten Fahrdaten der Maschine verstanden. Die im Weiteren verwendete Bezeichnung der Feinsteuerung/Feinregelung soll im Gegensatz dazu die Maßnahmen zur Einstellung, insbesondere zur Beibehaltung, der Kontinuität der im Wesentlichen gewünschten Fahrdaten gewährleisten. Die Stellgrößen der Vorsteuerung/Vorregelung sind groß gegenüber den Stellgrößen der Feinsteuerung/Feinregelung.
  • Tragwalzenwickelvorrichtungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Diese sind dadurch charakterisiert, dass das Aufwickeln einer Materialbahn auf eine Wickelhülse durch Führung der Materialbahn über eine mit der Wickelhülse einen ersten Wickelspalt bildende Tragwalze erfolgt. Ferner ist eine zweite achsparallel zu dieser angeordnete Tragwalze vorgesehen, wobei beide Tragwalzen die aufzuwickelnde Wickelrolle unter Ausbildung von Wickelspalten in der Weise abstützen, dass sie für den oder die zu wickelnde/n Wickelrolle/n ein Wickelbett ausbilden. Dazu werden vorzugsweise beide Tragwalzen angetrieben, wobei im Allgemeinen die erste Tragwalze drehzahlgeregelt wird und damit die Geschwindigkeit der Materialbahn, also der Ab- und Aufwicklung vorgibt. Die zweite Tragwalze dagegen ist in der Regel drehmomentengeregelt und bestimmt somit in erster Linie die Wickelhärte und damit den Bahnzug zwischen erster und zweiter Tragwalze, während der Bahnzug bis in den Wickelspalt der ersten Tragwalze hinein durch die Abwicklung bestimmt wird. Um einer möglichst kontinuierlichen Beanspruchung der Materialbahn beim Wickelprozess zu genügen muss der Bahnzug bis in den ersten Wickelspalt hinein dem Bahnzug zwischen den beiden Tragwalzen als Sollwert dienen. Häufig wird zum Antreiben der beiden Tragwalzen ein Lastverteilungsfaktor berücksichtigt, der also auf den, als konstante Größe angenommenen, Bahnzug zwischen Auf- und Abwicklung zurückzuführen ist. Dieser ist schließlich im Wesentlichen von materialspezifischen Kennwerten der Materialbahn und der gewünschten Wickelgeschwindigkeit abhängig.
  • Die Wickelrolle selber bildet während des Wickelprozesses Störgrößen aus, die sie über die beiden Wickelspalte an die einzelnen Tragwalzen abgibt und die von dort aus wieder auf die Wickelrolle wirken.
  • Die Geschwindigkeit für den Aufwickelprozess ist jedoch als Voraussetzung für einen kontinuierlichen Prozess möglichst genau einzuhalten. Die in Abhängigkeit dieser Geschwindigkeit erforderliche momentan zu erzeugende Leistung der beiden Tragwalzen wird zwischen den Antrieben dieser Tragwalzen entsprechend einem vorgegebenen Lastverteilungsfaktor aufgeteilt, der im Wesentlichen von der Größe der aufgewickelten Wickelrolle sowie der Anordnung der einzelnen Tragwalzen abhängig ist. Dabei ist jedoch auch bei konstanter Aufwickelgeschwindigkeit die zu erzeugende erforderliche Leistung bedingt durch die sich auf den Aufwickelprozess auswirkenden Bahnzugschwankungen beim Abwickeln nicht stetig, weshalb das Drehmoment an der zweiten Tragwalze dementsprechend variiert, was unter Umständen ständig zu einer Reaktion des Antriebes der zweiten Tragwalze auf die detektierten Bahnzugschwankungen führen kann. Die fortwährende Änderung des Drehmomentes der zweiten Tragwalze führt zu einer fortwährenden Änderung der Wickelbedingungen im Aufwickelbereich, insbesondere an der zweiten Tragwalze. Bei einem Beschleunigungsvorgang oder dem Abbremsen der Abwickelvorrichtung verstärkt sich diese Problematik noch, was sich beispielsweise in einem unsauberen Aufbau der Wickelrolle in diesen Phasen widerspiegeln kann. Der dadurch erzielte schlechte Aufbau der Wickelrolle während einer derartigen Beschleunigungsphase, insbesondere wenn der Rollenkern nicht rund, sondern von der runden Form abweichend aufgewickelt wird, beeinträchtigt den gesamten weiteren Wickelvorgang. Derartige von der Idealform abweichende Geometrien und dadurch bedingte Unwuchten führen zu Oszillationen, deren Frequenzen vom Rollendurchmesser und der Maschinengeschwindigkeit abhängig sind. Im ungünstigsten Fall werden dabei Vibrationen ausgelöst oder sogar noch verstärkt.
  • Als Gegenmaßnahme werden nach Stand der Technik die sich, in momentanen Drehzahländerungen bemerkbar machenden, Bahnzugschwankungen als Störgröße an der drehzahlgeregelten Tragwalze erfasst und zu deren Feinregelung benutzt. Da die gesamte Aufwicklung bisher als Einheit betrachtet wird, erfolgt die Feinregelung der drehmomentengeregelten Tragwalze dann in Abhängigkeit der Regelung der drehzahlgeregelten Tragwalze, im Allgemeinen entsprechend dem vorliegenden Lastverteilungsfaktor. Solche Regeleinrichtungen haben sich bei Produktionsgeschwindigkeiten bis ca. 1600 m/min bis 1800 m/min trotzdem bewährt, da sie bereits einen Grossteil der Wickelfehler auf ein vertretbares Maß reduzieren, sind aber aufgrund ihrer stochastischen Prozesseigenschaft nur bedingt optimierbar. Heutige Produktionsziele von 2000 m/min bis 3000 m/min sind demnach mit Regelungsverfahren und -vorrichtungen nach Stand der Technik nicht oder nur bei wenig problematischen Papiersorten umsetzbar. Schließlich sind die Wickelverhältnisse zwischen zweiter Tragwalze und Wickelrolle, aufgrund der Divergenz zwischen der indirekten Regelung dieser Tragwalze und den Schwankungen der Kräfteverhältnisse in ihrem Wickelspalt, nicht stabil und dementsprechend nicht reproduzierbar.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn auf eine Wickelrolle derart weiterzuentwickeln, dass die ständigen Schwankungen der Kräfteverhältnisse im Bereich zwischen der Abrollung und den Tragwalzen kompensiert werden, so dass der Aufwickelvorgang unabhängig von diesen Einflüssen wird. Die Verhältnisse im Aufwickelbereich sind zu stabilisieren und reproduzierbar zu gestalten.
  • Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der zweiten Tragwalze unabhängig von einer Berücksichtigung von Istwerten der das Antriebsverhalten der ersten Tragwalze wenigstens mittelbar beschreibenden Größen feingesteuert/feingeregelt wird. Dabei kann die Sollwertvorgabe in Abhängigkeit zumindest eines Istwertes zumindest einer die Abwicklung der Materialbahnrolle wenigstens mittelbar beschreibenden Größe erfolgen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass Änderungen des Bahnzuges, die beispielsweise bei Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen besonders stark auftreten und die zu Änderungen der Drehzahl an der ersten Tragwalze führen, sich nicht mehr direkt auf das im zweiten Wickelspalt an der zweiten Tragwalze vorherrschende Drehmoment auswirken und dass das an der zweiten Tragwalze vorliegende Drehmoment unabhängig von derartigen Schwankungen lediglich in Abhängigkeit der Anforderungen, die durch die Sollwertvorgaben für die Aufwicklung und die Zustände im Abwickelbereich vorgegeben sind, eingestellt wird. Das dadurch frei einstellbare Drehmoment im zweiten Wickelspalt ist somit jederzeit leicht reproduzierbar.
  • Unter den die Abwicklung wenigstens mittelbar beschreibenden Größen werden physikalische Zustands- oder Bewegungsgrößen verstanden, welche den Abwickelvorgang der Materialbahn von einer Materialbahnrolle charakterisieren. Dazu gehören insbesondere die Geschwindigkeit der Bewegung der Materialbahn, Kennwerte, die Materialbahn betreffend und Größen den Bahnzug beschreibend.
  • Unter einer, eine Größe wenigstens mittelbar beschreibenden Größe wird eine physikalische Größe/Parameter verstanden, über die die jeweilige Größe beschreibbar oder ermittelbar ist, insbesondere mit der die jeweiligen Größen in funktionalem Zusammenhang stehen.
  • In einer vorteilhaften Ausführung ist die erste Tragwalze vorzugsweise drehzahlgeregelt, während die zweite Tragwalze drehmomentgeregelt wird, wobei die Drehmomentregelung der zweiten Tragwalze unabhängig vom Einfluss des Istwertes der Drehzahl der ersten Tragwalze erfolgt. Dies kann dazu führen , dass die Bestimmung des Sollwertes für das einzustellende Drehmoment an der zweiten Tragwalze nur in Abhängigkeit der Sollwertvorgabe für die Geschwindigkeit der Aufwicklung und durch die Verhältnisse im Abwickelbereich vorgegebenen Kennwerte erfolgt, wobei diese Sollwerte sich im Verhältnis eines Regelkreislaufs in gegenseitiger Abhängigkeit der Istwerte der die Bewegung der Bahn im Abwickelbereich bestimmenden Kennwerte sowie der Sollwertvorgaben für die Betriebsweise der Aufwickelvorrichtung, insbesondere der Aufwickelgeschwindigkeit, die zur Bereitstellung der erforderlichen Leistung der Vorrichtung zum Aufwickeln wenigstens mittelbar beschreibenden Größen befinden.
  • Die Istwertermittlung kann mit entsprechenden Einrichtungen zur Erfassung der genannten Größen erfolgen. In einer Weiterentwicklung können diese auch direkt über eine andere Steuerung/Regelung vorgegeben werden, welche diese verarbeitet.
  • Darüber hinaus können erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise Störgrößen im und/oder am zweiten Wickelspalt sensorisch erfasst werden und in besonders vorteilhafter Ausführung zur Steuerung/Regelung, insbesondere zur Feinsteuerung/Feinregelung, Anwendung finden. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die im zweiten Wickelspalt ermittelten Störgrößen direkt zur Steuerung/Regelung, insbesondere Feinsteuerung/Feinregelung, der die zweite Tragwalze wenigstens mittelbar beschreibenden Fahrdaten herangezogen werden können, bzw. wenigstens zeitweise während des Wickelvorgangs auf wenigstens eine die Fahrdaten wenigstens mittelbar beschreibenden Größe Einfluss nehmen.
  • Ein derart ausgestaltetes Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise Sollabweichungen im zweiten Wickelspalt direkt erfasst und regelnd auf die dort vorherrschenden Prozessparameter rückwirken können.
  • Eine Störgröße ist regelungstheoretisch mit einer Abweichung von einer Sollgröße gleichzusetzen, sodass es bei der Ermittlung der Störgrößen hier unwesentlich ist, ob diese direkt erfasst oder aus unmittelbar daraus entstehenden Reaktionen ermittelt werden.
  • Das erforderliche einzustellende Drehmoment einer einzelnen Tragwalze wird in einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante zur Optimierung des Wickelergebnisses in Abhängigkeit der nachfolgend genannten Größen bestimmt:
    • Verteilung der Wickellast (VWL)
    • erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Tragwalze (6)
    • erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Wickelrolle (3).
  • Dies bietet den großen Vorteil, dass alle eingehenden Komponenten vordefinierbar sind, sodass auch das gesamte, an der Tragwalze 6 anzulegende Drehmoment definierbar und damit auch reproduzierbar ist. Damit ist gegenüber dem Stand der Technik eine Grundvoraussetzung geschaffen worden, den Wickelprozess in diesem Bereich gezielt optimieren zu können.
  • In einem weiteren, vorteilhaft ausgestalteten Verfahren kann das erforderliche einzustellende Drehmoment einer einzelnen Tragwalze zur Optimierung des Wickelergebnisses in Abhängigkeit der nachfolgend genannten Größen bestimmt werden:
    • Verteilung der Wickellast (VWL)
    • erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Tragwalze (6)
    • erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Wickelrolle (3).
    • erforderliche Drehmomentenkomponente zur Kompensation der im zweiten Wickelspalt erfassten Störgrößen
  • Werden die Störgrößen und damit ihr negativer Einfluss auf das Wickelergebnis direkt an ihrem Entstehungsort erfasst und ist es über eine Regeleinrichtung möglich, direkt mit entsprechenden Korrekturen zu reagieren, können auch diese Einflüsse als momentan definiert bezeichnet werden. Auch damit ist eine Reproduzierbarkeit des Wickelvorgangs und folglich auch der zu erwartenden Wickelergebnisse gewährleistet.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung unterscheiden sich die zur Steuerung /Regelung, insbesondere zur Feinsteuerung/Feinregelung der ersten Tragwalze und der zweiten Tragwalze verwendeten Regler in mindestens einer Funktionskomponente. Dies ist beispielsweise dann besonders vorteilhaft, wenn auch eine zeitliche Entkoppelung der durch die einzelnen Regeleinrichtungen hervorzurufenden Prozessreaktionen gewünscht ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Wesentlichen durch eine übergeordnete Steuerung/Regelung charakterisiert, welche mit den einzelnen Steuerungen/Regelungen der einzelnen Tragwalzen gekoppelt ist und für diese die Eingangsgrößen vorgibt, insbesondere die Sollwerte für die Drehzahlen und Drehmomente an den einzelnen Tragwalzen in Abhängigkeit einer konkreten Leistungsanforderungsvorgabe. Dabei sind die Steuerungen/Regelungen der einzelnen Tragwalzen selbst frei von einer Kopplung miteinander, d.h. an der zweiten Tragwalze zugeordneten Steuerung/Regelung ist insbesondere auch kein Eingang für die Vorgabe eines Istwertes der die Antriebsverhältnisse der ersten Tragwalze beschreibenden Größen vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
    • Figur 1
    verdeutlicht beispielhaft den Grundaufbau einer Tragwalzenrollenschneidmaschine;
    Figur 2
    verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung die Wickelproblematik in einer Tragwalzenrollenschneidmaschine gemäß Figur 1;
    Figur 3
    verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und die Grundfunktion einer erfindungsgemäßen Steuerung.
    Figur 4
    zeigt in schematischer Darstellung die in ein Verlaufsdiagramm qualitativ übertragene Wickelproblematik
  • Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Aufbau und die Funktion einer Vorrichtung 1 zum Aufwickeln einer Materialbahn M auf eine Wickelhülse 2 unter Ausbildung einer so genannten Wickelrolle 3 in einer Tragwalzenrollenschneidmaschine 9 nach Abwicklung einer Materialbahn MG mit einer vordefinierten Breite von einer Materialbahnrolle 11 unter Trennung und Aufteilung in Materialteilbahnen vordefinierter Breiten. Die Vorrichtung 1 zum Aufwickeln von Materialbahnen ist als Tragwalzenwickelvorrichtung 4 ausgebildet. Diese umfasst zumindest zwei achsparallel zueinander angeordnete Tragwalzen 5 und 6 zur Abstützung der Wickelhülse 2 und nach Aufwicklung einer Materialbahn M auf diese der Abstützung der so gebildeten Wickelrolle 3 unter Ausbildung von Wickelspalten 7 und 8. Zur Verdeutlichung ist hier ein Koordinatensystem an die Tragwalzenrollenschneidvorrichtung 9 angelegt, wobei die X-Richtung die Maschinenrichtung und auch die Führungsrichtung für die Materialbahn M beim Ab- und Aufwickeln charakterisiert. Die Y-Richtung entspricht der Richtung senkrecht zu dieser und beschreibt die Breite der Tragwalzenrollenschneidvorrichtung 9. In dieser Richtung erstrecken sich auch die Längsachsen der Materialbahnrolle 11 und der Wickelrolle 3. Die Z-Richtung beschreibt die Höhenrichtung. Eine derartige Tragwalzenrollenschneidvorrichtung 9 ist dadurch charakterisiert, dass diese eine Vorrichtung 10 zum Abwickeln einer Materialbahnrolle 11 umfasst. Von dieser wird die Materialbahn MG in Umfangsrichtung unter Verdrehen der Wickelrolle 11 abgewickelt und in einer dieser nachgeordneten Einrichtung 12 zum Trennen einer Materialbahn, hier der von der Materialbahnrolle 11 abgewickelten Materialbahn MG in zumindest zwei Materialteilbahnen vordefinierter Breite unterteilt, welche nach Unterteilung einer Vorrichtung 1 zum Aufwickeln von Materialbahnen M zur Ausbildung der Wickelrollen 3 zugeführt werden. Die Einrichtung 12 umfasst dazu zumindest eine Schneidstation 13, die verschiedenartig ausgebildet sein kann. Denkbar sind Ausführungen mit rotierenden oder ruhend an die Materialbahn MG anstellbaren Trennelementen. An die Schneidstation 13 schließt sich hier in Maschinenrichtung eine Einrichtung 22 zur Separierung der einzelnen Materialteilbahnen und Zuführung zu einzelnen Wickelstationen der Vorrichtung 1 zum Aufwickeln der einzelnen Materialteilbahnen an. Die Vorrichtung 1 umfasst zumindest eine Aufwickelstation. Ferner ist in Figur 1 der Vorrichtung 10 zum Abwickeln einer Materialbahnrolle 11 eine Vorrichtung zum Verkleben von Materialbahnenden nachgeordnet, um den Wickelprozess kontinuierlich ausführen zu können.
  • Die Figur 2 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung das Grundprinzip eines kombinierten Ab- und Aufwickelvorganges in einer Tragwalzenrollenschneidvorrichtung 9. Erkennbar ist hier die Materialbahnrolle 11, von welcher die Materialbahn MG abgerollt wird. Diese wird auch als Mutterrolle bezeichnet. Die Materialbahn MG wird von dieser in voller Breite einer Einrichtung 12 zum Trennen zur Unterteilung in Materialteilbahnen M zugeführt und die einzelnen Materialteilbahnen als Materialbahnen M von dieser zur Vorrichtung 1 zum Aufwickeln von Materialbahnen auf eine Wickelhülse 2, insbesondere der einzelnen Materialteilbahnen auf jeweils eine Wickelhülse unter Ausbildung einer Wickelrolle 3 geführt. Zur Gewährleistung eines kontinuierlichen Ab- und Aufwickelvorganges mit optimalen Wickelergebnis ist es erforderlich, dass der Bahnzug der Materialbahn zwischen der Abwicklung und der Aufwicklung im Wesentlichen konstant ist, damit keine Beschädigungen an der Materialbahn auftreten. Auf einen nicht gleichmäßigen Bahnzug zurückzuführende Wickelfehler können sich beispielsweise in Rissen oder Faltenbildung widerspiegeln und auch entsprechende Folgeschäden verursachen. Ab- und Aufwickelungsprozess sind aneinander anzupassen. Dabei gibt die Aufwicklung insbesondere die Prozessgeschwindigkeit vor, während sich das in der Aufwicklung einzustellende Drehmoment im Wesentlichen an den in der Abwicklung herrschenden Bedingungen orientieren muss. Jeder der einzelnen Vorrichtungen zum Abwickeln 10 und zum Aufwickeln 1 ist dazu eine entsprechende Steuerung/Regelung, hier eine Steuerung/Regelung 14 der Vorrichtung 10 zum Abwickeln und eine Steuerung/Regelung 16 der Vorrichtung 1 zum Aufwickeln zugeordnet, denen vorzugsweise eine diesen übergeordnete Steuerung/Regelung 15 vorgeschaltet ist. Die Aufgaben der beiden Steuerungen/Regelungen 14, 16 und der übergeordneten Steuerung/Regelung 15 können auch von einer gemeinsamen Steuerung/Regelung gebildet werden, welche als Hauptsteuerung für den kombinierten Abwickel-/Schneid- und Aufwickelprozess gilt.
  • Unter einer Steuerung/Regelung werden die Gesamtheit der zur Ausführung von Steuerungs-/Regelungsaufgaben erforderlichen Funktionskomponenten und deren Verknüpfungen verstanden. Dazu gehören Steuergeräte, Regler, Einrichtungen zur Erfassung von Istwerten, Störgrößen und Stelleinrichtungen sowie deren Verbindungen untereinander.
  • Die der Vorrichtung 1 zugeordnete Steuerung/Regelung 16 dient der Ansteuerung der Antriebe der einzelnen Tragwalzen 5 und 6. Dazu werden über diese Stellgrößen Y5 und Y6 den einzelnen Tragwalzen 5, 6 vorgegeben und an den Stelleinrichtungen der diesen zugeordneten Antriebe eingestellt. Vorzugsweise ist jeder der Tragwalzen 5 und 6 eine eigene Steuerung und/oder Regelung 17 beziehungsweise 18 zugeordnet. Die in Drehrichtung der Wickelrolle 3 am Außenumfang dieser den zweiten Wickelspalt 8 bildende zweite Tragwalze 6 ist immer über die Wickelrolle 3 mit der ersten Tragwalze 5 mechanisch gekoppelt. Die Verhältnisse im von der Vorrichtung 1 gebildeten Aufwickelbereich sind wesentlich von der Sollwertvorgabe für die Aufwickelgeschwindigkeit sowie der Abwicklung in der Vorrichtung 10 und den Verhältnissen bei der Materialbahnführung abhängig. Um eine kontinuierliche Betriebsweise frei von Störungen im Grundsatz zu ermöglichen, bestimmt die gewünschte Aufwickelgeschwindigkeit an der Vorrichtung 1 die Abwickelgeschwindigkeit an der Vorrichtung 1. Die erforderliche Antriebsleistung der Vorrichtung 10, insbesondere der Tragwalzen 5, 6 wird entsprechend eines Lastverteilungsfaktors auf die beiden Tragwalzen 5, 6 aufgeteilt. In den Ausführungen gemäß dem Stand der Technik wurde die erforderliche Antriebsleistung über die Ansteuerung beider Tragwalzen 5, 6 als Einheit eingestellt, wobei der Antrieb der zweiten Tragwalze 6 in Abhängigkeit der Istgrößen des Antriebes der ersten Tragwalze 5 gesteuert wurde. Dies hat jedoch auch bei konstanter Maschinengeschwindigkeit, welche der Geschwindigkeit der Materialbahnbewegung entspricht, beim Auftreten von Bahnzugsschwankungen dazu geführt, dass sich aufgrund der an der Tragwalze 5 einstellenden Istwerte in Reaktion auf diese an der zweiten Tragwalze 6 keine stabilen Verhältnisse im Wickelbett infolge einer ständigen Schwankung des einzustellenden Drehmomentes an der zweiten Tragwalze 6 einstellen konnten, was negativ in Bezug auf das Aufwickelergebnis war. Um die durch die Wickelrolle 3 erzeugte mechanische Kopplung der beiden Tragwalzen 5, 6 frei von diesen Einflüssen zu halten, arbeiten erfindungsgemäß die beiden Steuerungen/Regelungen 17 und 18 , ungeachtet der ihnen vorzugsweise vorgeschalteten, übergeordneten Steuerung / Regelung 16 regelungstechnisch eigenständig, dass heißt es findet kein Datenaustausch auf gleichem Niveau statt. Der Antrieb der Tragwalze 5 und der Antrieb der Tragwalze 6 erfolgen erfindungsgemäß unabhängig voneinander, wobei ausgenutzt wird, dass aufgrund der mechanischen Kopplung sich die Bewegung der zweiten Tragwalze 6 an die der ersten angleicht. Damit können starke Schwankungen vermieden werden. Auf diese Weise lässt sich die, für die Wickelqualität ausschlaggebende und mit zunehmend hoher Prozess- bzw. Wickelgeschwindigkeit immer diffiziler werdende Feinregelung der einzelnen Tragwalzen gut bewerkstelligen, da auf die jeweilige Reglung ausschließlich für sie wesentliche Größen Einfluss nehmen -sodass die Grundlage für eine reaktionsfähige Signalverarbeitung geschaffen ist.
  • Im Einzelnen wird die erfindungsgemäße Steuerung / Regelung beispielhaft wie in Figur 3 dargestellt, realisiert.
  • Figur 3 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine Ausführung der einzelnen Steuerungen/Regelungen 17, 18 mit der ihnen übergeordneten Steuerung/Regelung 16. Dieser werden Sollwerte XE-soll der die Aufwicklung wenigstens mittelbar beschreibenden Größen zugeführt. Der einzelne Sollwert XE-soll, insbesondere für die Sollgeschwindigkeit vsoll, kann dabei direkt vorgegeben werden. Weitere Sollwerte, insbesondere der Sollwert für den Bahnzug Bsoll kann aus den Istwerten von den Abwickelprozess charakterisierenden Größen abgeleitet werden. Die den Abwickelvorgang wenigstens mittelbar beschreibenden Größen werden beispielhaft mittels Einrichtungen 23 zur Erfassung dieser, wie beispielsweise in Figur 2 die Einrichtung zur Erfassung eines Bahnzugwertes ermittelt. Ferner ist es denkbar, diese aus der, der Vorrichtung 10 zum Abwickeln zugeordneten Steuerung/Regelung 14 bereitzustellen. Aus diesen Größen werden die zur Ansteuerung der einzelnen Tragwalzen 5, 6 erforderlichen Sollgrößen XEsoll-5, XEsoll-6 in 16 bestimmt und den jeweiligen Steuerungen/Regelungen 17, 18 der einzelnen Tragwalzen 5, 6 zugeführt.
  • Die erforderliche Antriebsleistung Psoll der Vorrichtung 1 ergibt sich im Wesentlichen aus den, die gewünschten Verhältnisse im Aufwickelbereich 1 wenigstens mittelbar beschreibenden Größen. Als diese werden dabei die Geschwindigkeit vsoll sowie die den Bahnzug Bsoll in diesem Bereich wenigstens mittelbar beschreibenden Größen angesehen. Letzterer ergibt sich vorzugsweise aus dem Ist-Wert des Bahnzuges Bist nach dem Abwickeln von der Materialbahnrolle 11. Um gleiche Wickelverhältnisse und keine Faltenbildung oder ein Reißen zu erzielen, ist der Bahnzug beim Aufwickeln auf den des Abwickelns abgestimmt, insbesondere entspricht der Ist-Wert beim Abwickeln dem Sollwert auch beim Aufwickeln. Aus diesen Sollwerten ergibt sich eine erforderliche Antriebsleistung Psoll, welche von den Tragwalzen 5, 6 aufzubringen ist. Entsprechend eines Lastverteilungsfaktors LVF, der im Wesentlichen von der Lage und Ausführung der einzelnen Tragwalzen 5, 6, aber auch von dem zu wickelnden Material und auch von der Wickelgröße abhängig ist, wird die erforderliche Antriebsleistung auf die einzelnen Tragwalzen 5, 6 aufgeteilt, wodurch sich die in den einzelnen Wickelspalten 7, 8 vorherrschenden Kräfte bestimmen. Dazu werden in der übergeordneten Steuerung/Regelung 16 die Sollwerte der Eingangsgrößen XEsoll-5, XEsoll-6 für die einzelnen Steuerungen/Regelungen 17, 18 der einzelnen Tragwalzen 5, 6 unter Berücksichtigung weiterer Einflussparameter bestimmt. Als Sollwerte der Eingangsgrößen XEsoll-5, XEsoll-6 werden die Drehmomentsollwerte Msoll-5 und Msoll-6 für die einzelnen Tragwalzen 5 und 6 sowie die Drehzahlsollwerte für den Antrieb der einzelnen Tragwalzen 5 und 6, hier nsoll-5 und nsoll-6 angesehen. Diese Größen werden als Eingangsgrößen XEsoll-5 und XEsoll-6 den einzelnen Steuer- und Regelungen 17 und 18 für die Tragwalzen 5 und 6 zugeführt, welche auch Bestandteil der übergeordneten Steuerung 16 sein können. Dabei erfolgt die Sollwertvorgabe für die zweite Tragwalze 6, insbesondere die Sollwertvorgabe für ein Drehmoment Msoll-6 frei von einer Berücksichtigung der durch die erste Tragwalze 5 vorgegebenen Antriebssituation. Die zweite Tragwalze 6 wird somit unabhängig von der ersten Tragwalze 5 entsprechend den sich aus den vorgegebenen Sollwerten vsoll für die einzustellende Bahngeschwindigkeit und damit Wickelgeschwindigkeit, den Lastverteilungsfaktor LVF sowie dem Sollwert für den Bahnzug Bsoll separat angesteuert. Der Antrieb der zweiten Tragwalze 6 erfolgt damit entkoppelt vom Antrieb an der ersten Tragwalze 5 lediglich nur in Abhängigkeit der übergeordneten Sollwertvorgaben XE-soll. Im Einzelnen werden bei der Bestimmung der Sollwerte für die Momente Msoll-5 und Msoll-6 der einzelnen Tragwalzen 5, 6, die sich auf die Sollwerte auswirkenden Randbedingungen mit berücksichtigt. Die erforderlichen Momente Msoll-5 und Msoll-6 können dabei jeweils als Funktionen des Lastverteilungsfaktors LVF, der erforderlichen Beschleunigung Δv/Δt unter Berücksichtigung der Trägheitsmomente T5, T6 der einzelnen Tragwalzen 5, 6, der die Wickelrolle 3 wenigstens mittelbar beschreibenden Parameter, insbesondere XE-3, wie beispielsweise der Wickeldurchmesser, ermittelt werden. Dabei ergibt sich aus dem erforderlichen Bahnzugsollwert Bsoll und dem Lastverteilungsfaktor LVF die Verteilung der Wickellast WLV. Ferner berücksichtigt werden Drehmomentkomponenten zur Beschleunigungskompensation BK an der jeweiligen Tragwalze 5, 6 aufgrund der Trägheitsmomente der Tragwalzen T5, T6, der Trägheitsmomente durch die Wickelrolle 3 sowie der Reibung im Wickelspalt 7, 8 zwischen der einzelnen Tragwalze 5, 6 und der Wickelrolle 3.
  • Aus dem Geschwindigkeitssollwert vsoll für die Wickelgeschwindigkeit beziehungsweise die Bahngeschwindigkeit ergeben sich jeweils Drehzahlsollwerte nsoll-5 und nsoll-6 für die beiden Tragwalzen 5 und 6. Die Sollwerte nsoll-5 und nsoll-6 für die Drehzahlen werden in der Steuerung /Regelung 17 beziehungsweise 18 einem so genannten Drehzahlregler zugeführt, der Sollwert für die Drehzahl nsoll-5 einem Drehzahlregler 20 für die erste Tragwalze 5 und nsoll-6 einem Drehzahlregler 21 für die zweite Tragwalze 6. Die aktuellen Istwerte nistl-5 und nist-6 an den einzelnen Tragwalzen 5, 6 werden ermittelt und ebenfalls dem Drehzahlregler 20, 21 zugeführt, wobei entsprechend der Ausführungen der Drehzahlregler eine Nachführung erfolgen kann. Jeweils aus dem Drehzahl-Istwert und dem DrehzahlSollwert dem Drehzahlregler zugeführte Wert und der dadurch über den Drehzahlregler bestimmte Wert ergibt sich dann der Drehmomentsollwert, der eingesteuert wird.
  • Im Allgemeinen werden somit auf der Basis der Sollwerte für die Geschwindigkeit im übergeordneten Rechner, die Drehmomentkomponenten zur Reibungs- und Beschleunigungskompensation der einzelnen Tragwalzen 5, 6 sowie das Drehmoment zur Beschleunigungskompensation der Materialbahnrollen berechnet. Das für den vorgegebenen Bahnzugsollwert Bsoll erforderliche Drehmoment wird entsprechend einem Lastverteilungsfaktor LVF auf die Antriebe der Tragwalzen 5, 6 aufgeteilt. Daraus ergibt sich für die Tragwalze 5 aus der Auswertung dieser Signale das Signal für eine Drehmomentvorsteuerung. Aus dem Ausgangssignal des Drehzahlreglers 20 der Tragwalze 1, welches aufaddiert wird, wird im Ergebnis der Drehmomentsollwert Msoll-5 für die Tragwalze 5 vorgegeben. Der Drehzahlregler 20 sorgt durch Anpassen seines Ausgangssignals dafür, dass der Antrieb der Tragwalze 5 dem Drehzahlsollwert nsoll-5 folgt. Das heißt, es wird der Ist-Wert nist-5 der Drehzahl entsprechend dem Sollwert nsoll-5 eingestellt. Der Antrieb der Tragwalze 5 erfolgt somit drehzahlgeregelt.
    Der Antrieb der Tragwalze 6 erfolgt demgegenüber drehmomentengeregelt.
  • Die Figur 4 verdeutlicht anhand eines Geschwindigkeits- beziehungsweise Drehzahl/Zeitdiagramms die sich beim Aufwickeln einstellende Wickelproblematik beim Antrieb der einzelnen Tragwalzen 5, 6 aufgrund von Bahnzugsschwankungen. Erkennbar ist ein erster Bereich I, der der Anlaufbeziehungsweise Beschleunigungsphase der Vorrichtung 1 entspricht, der Bereich III, welcher einer Verzögerungs- oder Abbremsphase entspricht und der dazwischen liegende Bereich II, der dem eigentlichen kontinuierlichen Aufwickelbetrieb bei nahezu konstanter Maschinengeschwindigkeit entspricht. Die Kennlinie IV verdeutlicht dabei den tatsächlichen Drehzahlverlauf an den beiden Tragwalzen 5, 6.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zum Aufwickeln von Materialbahnen
    2
    Wickelhülse
    3
    Wickelrolle
    4
    Tragwalzenwickelvorrichtung
    5
    Tragwalze
    6
    Tragwalze
    7
    Wickelspalt
    8
    Wickelspalt
    9
    Tragwalzenrollenschneideinrichtung
    10
    Vorrichtung zum Abwickeln von Materialbahnrollen
    11
    Wickelrolle
    12
    Einrichtung zum Trennen von Materialbahnen
    13
    Schneidstation
    14
    Steuerung/Regelung
    15
    Steuerung/Regelung
    16
    Steuerung/Regelung
    17
    Steuerung/Regelung
    18
    Steuerung/Regelung
    20
    Drehzahlregelung
    21
    Drehzahlregelung
    22
    Einrichtung zur Separierung
    23
    Einrichtung zur Erfassung
    vsoll
    Wert Geschwindigkeit
    Bsoll
    Sollwert Bahnzug
    LVF
    Lastverteilungsfaktor
    VWL
    Wickellastverteilung
    BK
    Beschleunigungskompensation
    T5
    Trägheitsmoment der Tragwalze 5
    T6
    Trägheitsmoment der Tragwalze 6
    nist-5
    Istwert für die Drehzahl an der Tragwalze 5
    nist-6
    Istwert für die Drehzahl an der Tragwalze 6
    Msoll-5
    Sollwert für das Drehmoment an der Tragwalze 5
    Msoll-6
    Sollwert für das Drehmoment an der Tragwalze 6
    nsoll-5
    Sollwert für die Drehzahl an der Tragwalze 5
    nsoll-6
    Sollwert für die Drehzahl an der Tragwalze 6
    XE-3
    Eingangsgrößen, die Eigenschaften der Wickelrolle 3 betreffend
    XEsoll-5
    Eingangsgröße der Steuerung/Regelung für die Tragwalze 5
    XEsoll-6
    Eingangsgröße für die Steuerung/Regelung der Tragwalze 6
    B8
    Im Wickelspalt 8 auftretende Störgrößen
    I,II, III
    Betriebsphasen IV Drehzahlkennlinie

Claims (8)

  1. Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Vorrichtung (1) zum Aufwickeln einer Materialbahn (M) auf eine Wickelhülse (2) zu einer Wickelrolle (3) in Rollenschneidmaschinen (9) nach dem Längsschneiden einer von einer Vorrichtung (10) zum Abwickeln abgewickelten Materialbahn (MG), umfassend zwei achsparallel zueinander angeordnete, antreibbare Tragwalzen (5, 6) zur Abstützung der Wickelrolle (3) unter Ausbildung zweier Wickelspalte (7, 8), wobei im ersten Wickelspalt (7) die Materialbahn (M) zur Wickelrolle (3) unter zumindest teilweiser Umschlingung der ersten Tragwalze (5) geführt wird und die der ersten Tragwalze (5) in Materialbahnlaufrichtung nachgeordnete zweite Tragwalze (6) frei von einer Umschlingung durch die Materialbahn ist und bei welchem in Abhängigkeit wenigstens eines Sollwertes einer die erforderliche Leistung (Psoll) der Vorrichtung (1) zum Aufwickeln wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe die Antriebe der einzelnen Tragwalzen (5, 6) vorgesteuert werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Antrieb der zweiten Tragwalze (6) unabhängig von einer Berücksichtigung von Istwerten der das Antriebsverhalten der ersten Tragwalze (5) wenigstens mittelbar beschreibenden Größen feingesteuert/feingeregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Tragwalze (5) drehzahlgeregelt wird und die zweite Tragwalze (6) drehmomentgeregelt wird, wobei die Regelung des Drehmomentes an der zweiten Tragwalze (6) unabhängig von einer Berücksichtigung eines Istwertes der Drehzahl (nist-5) der ersten Tragwalze (5) ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Störgrößen (B8) im zweiten Wickelspalt (8) sensorisch erfasst werden.
  4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet,
    die im zweiten Wickelspalt (8) erfassten Störgrößen (B8) zur Steuerung/Regelung, insbesondere zur Feinsteuerung/Feinregelung, Anwendung finden können.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die auf das Drehmoment der zweiten Tragwalze (6) auswirkenden Prozessparameter auf die folgenden Einflüsse reduzieren lassen:
    - Verteilung der Wickellast (VWL)
    - erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Tragwalze (6)
    - erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Wickelrolle (3).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die auf das Drehmoment der zweiten Tragwalze (6) auswirkenden Prozessparameter auf die folgenden Einflüsse reduzieren lassen:
    - Verteilung der Wickellast (VWL)
    - erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Tragwalze (6)
    - erforderliche Drehmomentkomponente zur Beschleunigungskompensation (BK) der Wickelrolle (3).
    - erforderliche Drehmomentenkomponente zur Kompensation der im zweiten Wickelspalt erfassten Störgrößen (B8)
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zur Steuerung/Regelung, insbesondere zur Feinsteuerung/Feinregelung der ersten Tragwalze (5) und der zweiten Tragwalze (6) verwendeten Regler sich in mindestens einer Funktionskomponente unterschieden.
  8. Rollenschneidvorrichtung (9), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, umfassend eine Vorrichtung (10) zum Abwickeln einer Materialbahn (MG), eine dieser nachgeordneten Einrichtung (12) zum Trennen der Materialbahn (MG) und zumindest eine Vorrichtung (1) zum Aufwickeln einer in der Einrichtung (12) abgetrennten Materialbahn (M) zu einer Wickelrolle (3), umfassend zwei achsparallel angeordnete und antreibbare Tragwalzen (5, 6), die mit der Wickelrolle (3) einen Wickelspalt (7, 8) bilden und eine den einzelnen Tragwalzen (5, 6) zugeordnete Steuerung/Regelung (17, 18),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Eingang der der zweiten Tragwalze (6) zugeordneten Steuerung/Regelung (18) frei von einer Kopplung mit einer Einrichtung zur Erfassung oder Vorgabe eines Istwertes der Drehzahl (nist-5) der ersten Tragwalze (6) ist.
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