Verfahren und Vorrichtung zur Reibkompensation

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reibkompensation in einer Wickelmaschine, mit der ein Material auf eine Wickeltrommel aufgewickelt wird, wobei die Wickeltrommel von einem Wickelantrieb angetrieben wird, der von einer Steuer-/Regeleinrichtung angesteuert wird, wobei in der Steuer-/Regeleinrichtung ein Antriebsmoment des Wickelantriebes vorgegeben wird, wobei in einer Reibkompensationseinheit als ein eingangsseitiger Prozessparameter eine Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel berücksichtigt wird.

[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Reibkompensation in einer Wickelmaschine, mit der ein Material auf eine Wickeltrommel aufwickelbar ist, wobei die Wickeltrommel mit einem Wickelantrieb angetrieben ist, der mit einer Steuer-/Regeleinrichtung ansteuerbar ist, wobei in der Steuer-/Regeleinrichtung ein Zugspannungsregler sowie eine Durchmesser-Recheneinheit und / oder eine Reibkompensationseinheit zur Linearisierung des Zugspannungsreglers angeordnet sind, wobei in der Reibkompensationseinheit als ein eingangsseitiger Prozessparameter eine Winkelgeschwindigkeit der Wickeltrommel aufgeschaltet ist.

[0003] Wickelmaschinen zum Aufwickeln von bahnförmigen Materialien, wie beispielsweise Faserstoffen, Papier, Folien, Stoffen, dünnen Blechen etc., oder von drahtähnlichen oder garnähnlichen Materialien sind aus der Literatur hinreichend bekannt. Kennzeichnend für derartige Maschinen ist eine exakte Regelung der Zugspannung beim Aufwickelvorgang, um ungleichmäßige bzw. fehlerhafte Wickelergebnisse zu vermeiden. Eine Reihe von Schriften beschäftigt sich daher mit der Motorreglung für die Antriebe in derartigen Maschinen.

[0004] In der DE OS 3919162 A1 wird beispielsweise eine Regeleinrichtung für eine Wickelmaschine beschrieben, mit der die Zugspannung an einem von einer Zuführwalze zu einer Aufwickelspindel verlaufendes Erzeugnis geregelt wird. Die Regeleinrichtung enthält eine Drehzahlverhältnissteuereinheit mit hoher Ansprechgeschwindigkeit zum genauen Steuern der jeweiligen Drehzahlen eines Zuführmotors für den Antrieb der Zuführwalze und eines Wickelmotors für den Antrieb der Aufwickelspindel während einer Abbremsung der Wickelmaschine. Damit kann erreicht werden, dass das Erzeugnis unter Spannung gehalten wird, die im Wesentlichen gleich einer vorbestimmten Zugspannung für den gleich bleibenden Betrieb ist. Mit der Regeleinrichtung wird die für das Anhalten der Wickelmaschine benötigte Zeit auf das Mindestmaß verkürzt.

[0005] Aus der DE OS 10342020 A1 ist eine Wickelmaschine zum Wickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, mit einer gegen einen Tambour (Aufwickelwalze) drückbaren Luftabquetschwalze bekannt, bei der die Drehzahl und / oder das Drehmoment der Luftabquetschwalze abhängig von einem momentanen Bahnzug der Materialbahn regelbar ist.

[0006] Aus der US-A-3 372 320 ist eine Wickelmaschine mit einem angetriebenen Dorn bekannt. Die Wickelmaschine weist eine Reibungskompensationseinrichtung auf, die ausgebildet ist erste Reibungsanteile mittels eines einstellbaren Werts, und zweite Reibungsanteile proportional zu einer Winkelgeschwindigkeit des Doms zu kompensieren.

[0007] Aus der EP-A-0 593 946 ist eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Kunststofffolienbahn bekannt. Reibungseinflüsse an einer Kontaktwalze werden in einer Regelungseinrichtung ausgeglichen.

[0008] Wickelmaschinen werden in der Regel mit Drehmoment- bzw. strombegrenzter Drehzahlregelung realisiert. Der Wert für die die Begrenzung des Drehmomentes bzw. des Stromes setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Diese sind der Momentenanteil für die Zugspannung, der Momentenanteil zur Beschleunigung und das Reibmoment.

[0009] Die Steuer-/Regeleinrichtungen der Wickelmaschinen, die auch als Wickelrechner bezeichnet werden, bestehen daher auch aus mehreren funktionellen Elementen, die die verschiedenen Momentanteile für den Antrieb berechnen und entsprechend den Wickelantrieb ansteuern.

[0010] Neben einem Zugspannungsregler, der die Hauptkomponente für den eigentlichen Regelkreis darstellt, besitzen heutige Wickelrechner in der Regel noch eine Durchmesser-Recheneinheit, ggf. eine Beschleunigungskompensationseinheit sowie eine Reibkompensationseinheit, die dazu dienen, die Regelstrecke für den eigentlichen Zugspannungsregler des Wickelrechners zu linearisieren, um eine möglichst störgrößenunabhängige Regelung durchführen zu können. Die einzelnen Komponenten im Wickelrechner werden dabei mit unterschiedlichen Prozessparametern eingangsseitig beaufschlagt, die teilweise über entsprechende Sensoren in der Wickelmaschine erfasst oder mittels Modellen berechnet werden.

[0011] Hinsichtlich der Reibkompensation werden im Stand der Technik nur relativ einfache Modelle berücksichtigt. Üblich ist derzeit, dass lediglich als Prozessparameter die Drehzahl der Wickelachse bzw. die Winkelgeschwindigkeit zur Ermittlung eines Reibkompensationswertes verwendet wird. Zudem gibt es oftmals keinerlei Hilfsmittel, um die erforderlichen Parameterwerte der Kompensation einzustellen. Bisher sind lediglich Systeme bekannt, bei denen eine Kennlinie, gebildet aus Drehzahl der Wickelachse und Reibmoment, mit wenigen Stützstellen festgelegt werden können. Ein derartiges System ist beispielsweise im Zusammenhang mit der Steuer-/Regeleinrichtungen für Wickelmaschinen vom Typ REXROTH SYNAX 200 bekannt, bei dem ein Reibmoment bei Stillstand, ein minimales Reibmoment bei einer bestimmten Drehzahl sowie ein maximales Reibmoment bei einem Geschwindigkeitsgrenzwert in Form von Stützstellen für eine einfache Kennlinie vorgegeben ist.

[0012] Nachteilig ist dabei, dass wesentliche Reibungseffekte bei der Regelung nicht berücksichtigt werden können. So sind beispielsweise je nach der Masse des Wickels die Lagerreibung bzw. die Getriebeverluste unterschiedlich groß. Auch der Anpressdruck einer optionalen Anpresswalze wird in heutigen Reibkompensationseinheiten nicht berücksichtigt. Weitere nicht konstante Reibungseffekte resultieren beispielsweise aus einer lageabhängigen Reibung, wie sie bei bestimmten Getriebekonfigurationen auftreten können, sowie aus einer temperaturabhängigen Reibung.

[0013] All diese nicht berücksichtigten Reibungsanteile führen dazu, dass die Regelstrecke nicht linear wird. Als Folge davon wird man den Regelalgorithmus nicht optimal einstellen können oder der Aufwand bei der Einstellung bzw. des Tests der eingestellten Parameter wird recht hoch sein. Zudem wird das Störverhalten des Gesamtsystems dadurch limitiert.

[0014] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereit zustellen, welches eine verbesserte Berücksichtigung der Reibungsanteile bei Wickelvorgängen sowie eine verbesserte Ermittlung der Kompensationsparameter ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereit zustellen.

Vorteile der Erfindung

[0015] Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Kompensation des Reibmomentes eine Wickelmasse und / oder eine Temperatur und / oder ein Walzenanpressdruck und / oder ein Motor- bzw. Wickelwinkelistwert als zusätzliche eingangsseitige Prozessparameter verwendet werden.

[0016] Werden zur Kompensation des Reibmomentes eine Wickelmasse und / oder eine Temperatur und / oder ein Walzenanpressdruck und / oder ein Motor- bzw. Wickelwinkelistwert als zusätzliche eingangsseitige Prozessparameter verwendet, können damit sowohl wickelmassenabhängige Reibungen, anpressdruckabhängige Reibungen, lageabhängige Reibungen als auch temperaturabhängige Reibeffekte berücksichtigt werden. Je nach Masse des Wickels sind z.B. die Lagerreibung oder die Getriebeverluste unterschiedlich. Weiterhin kann durch den Anpressdruck einer optionalen Anpresswalze ein unterschiedliches Antriebsmoment erforderlich sein. Lageabhängige Reibungen können beispielsweise durch ineinander greifende Zahnräder auftreten, bei denen die Reibung über dem Umfang nicht konstant ist. Dies ist insbesondere bei einer groben Ritzelteilung (d.h. geringe Anzahl an Zahnradzähnen) der Fall. Diese Reibung kann auf der Motorseite, auf der Lastseite (Wickel) oder aber auch irgendwo innerhalb eines Getriebes zwischen Motor und Last auftreten. Temperaturabhängige Reibungen können beispielsweise bei Verwendung von Zahnriemen als Übersetzungsglied zwischen Motor und Wickel vorkommen. Bei höherer Belastung ist insbesondere die Reibung dieses Zahnriemens temperaturabhängig, da sich dieser erwärmt, woraus sich wiederum eine veränderte Reibung ergeben kann. Eine Erwärmung bewirkt in der Regel eine Längung des Zahnriemens, welche dann eine geringere Reibung zur Folge haben kann, da sich bei einer Längung die Zahnriemenspannung verringert. Diese Effekte können nun mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich besser berücksichtigt werden.

[0017] Wird dabei mittels eines Zugspannungsreglers eine Zugsollkraft mit einer gemessenen Zugistkraft abgeglichen, können Abweichungen von der Vorgabe direkt erfasst und das Antriebsmoment angepasst werden.

[0018] Erfolgt eine Stellung der Zugkraft mittels eines Steuerteils, kann in diesem Fall auf eine Messeinrichtung für den Zugspannungsistwert verzichtet werden, was einen vereinfachten Aufbau, der entsprechend kostengünstiger ist, ermöglicht.

[0019] In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung mit einer Durchmesser-Recheneinheit und / oder der Reibkompensationseinheit das Antriebsmoment des Wickelantriebes vorgegeben wird. Damit kann eine genauere Vorgabe des Antriebmomentes berechnet werden.

[0020] Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung mit einer Beschleunigungskompensationseineinheit das Antriebsmoment des Wickelantriebes vorgegeben wird. Damit können zusätzliche dynamische Effekte bei der Vorgabe des Antriebmomentes berücksichtigt werden.

[0021] Eine erfindungsgemäße Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass die zur Kompensation des Reibmomentes verwendeten einzelnen Prozessparameter unabhängig voneinander ausgewertet und additiv zu einer Gesamtreibkompensation verknüpft werden. Dies hat den Vorteil, dass neben dem heutigen drehzahlabhängigen Reibkompensationswert noch zusätzliche Reibkompensationswerte, wie beispielsweise ein wickelmassenabhängiger Reibkompensationswert aufaddiert werden und diese voneinander unabhängig behandelt werden können, was hinsichtlich eines vereinfachten Algorithmus Vorteile bietet.

[0022] Eine Verfahrensvariante sieht aber auch vor, dass von dem zur Kompensation des Reibmomentes verwendeten einzelnen Prozessparameter mindestens zwei miteinander verknüpft werden und daraus ein Kompensationswert ermittelt wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf komplexe, voneinander abhänge Zusammenhänge zur Ermittlung der Reibkompensation von Vorteil.

[0023] Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kompensationsparameter für die einzelnen Prozesspärameter zur Bestimmung des Kompensationswertes in Form von einem oder mehrerer Kennlinienfeldern bzw. Kennfeldern aufbereitet werden und der Kompensationswert für das Reibmoment direkt oder durch Interpolation zwischen Stützstellen aus den Kennfeldern ermittelt wird. Dies ermöglicht es, besonders komplizierte Zusammenhänge zu berücksichtigen, die nicht ohne weiteres mittels Funktionen dargestellt werden können.

[0024] Eine weitere erfindungsgemäße Verfahrensvariante sieht vor, dass die Kompensationsparameter für die einzelnen Prozessparameter vor oder während einem Aufwickelvorgang in mehreren Messfahrten mit definierten Bedingungen ermittelt und gespeichert werden. Dies ermöglicht eine automatisierte als auch manuelle Erfassung der für die Ermittlung der Reibkompensationswerte erforderlichen Eingangsgrößen. Eine komplizierte Eingabe entfällt damit, was zum einen den Programmieraufwand minimiert und zum anderen auch mögliche Fehleingaben reduzieren hilft. Zudem kann dadurch die Anlage sehr schnell auf unterschiedliche Bahnmaterialien auf unterschiedlichen Wickelwalzen adaptiert werden.

[0025] Eine ebenfalls bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Kompensationsparameter für die einzelnen Prozessparameter für Wartungszwecke verwendet werden und / oder bei Abweichungen und / oder zeitlichen Veränderungen gegenüber Vorgabewerten Meldungen generiert werden. Damit können etwaige Defekte zuverlässig erkannt und angezeigt werden, was eine vorbeugende Wartung unterstützt bzw. erst ermöglicht.

[0026] Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Wickelmasse als Funktion eines Wickeldurchmessers bzw. -radius, einer Wickelbreite und einer Dichte des Materials oder bei durchmesserabhängiger veränderbarer Dichte des Wickels aus einer durchmesserabhängigen Bahnspannung bzw. einer Wickelhärtenkennlinie bestimmt wird. Dies ermöglicht eine unabhängige Bestimmung der wickelmassenabhängigen Kompensation, auch ohne Berücksichtigung der Beschleunigungskompensation, bei der die Masse des Wickels bekannt ist und im Prozess mitgeführt wird.

[0027] Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Temperatur durch Messung der Temperatur am Wickelantrieb oder durch Berechnung mittels eines thermischen Modells bestimmt wird. Temperaturabhängige Reibanteile können damit exakt bestimmt und entsprechend kompensiert werden.

[0028] Eine Verfahrensvariante sieht vor, dass der Prozessparameter Walzenanpressdruck gemessen oder aus weiteren Prozessparametern berechnet wird. Dies ist insbesondere bei der Verwendung einer Anpresswalze vorteilhaft.

[0029] Um wickellagenabhängige Anteile zu kompensieren, kann vorgesehen sein, dass die Kompensationsparameter, die vom Prozessparameter Motor- bzw. Wickelwinkelistwert abhängig sind, in Form einer Datenbank innerhalb der Reibkompensationseinheit oder der Steuer-/Regeleinrichtung, z.B. als Tabelle, abgelegt werden.

[0030] Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Reibkompensationseinheit als zusätzliche Eingangsgrößen eine Wickelmasse und / oder eine Temperatur und / oder einen Walzenanpressdruck und / oder einen Motor- bzw. Wickelwinkelistwert aufweist, wodurch wickelmassenabhängige, temperaturabhängige, ggf. anpresswalzenabhängige und / oder wickellagenabhängige Anteile bei der Vorgabe des Antriebmomentes berücksichtigt werden können. Dies ermöglicht insbesondere die Anwendung der zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten hinsichtlich einer verbesserten Berücksichtigung verschiedenster Reibkompensationsanteile.

[0031] In einer Ausführungsform ist in der Steuer-/Regeleinrichtung eine Beschleunigungskompensationseinheit angeordnet ist, die eine verbesserte Regelung insbesondere bei sich ständig ändernden Bahngeschwindigkeiten ermöglicht.

[0032] Zur einfachen Bestimmung der Reibkompensationswerte kann die Reibkompensationseinheit mindestens eine Kennfeld-Einheit zur Verknüpfung mindestens zweier Prozessparameter aufweisen.

[0033] In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind in der Reibkompensationseinheit und / oder in der Steuer-/Regeleinrichtung Kompensationsparameter für einzelne Reibanteile bestimmbar und für weitere Auswertungen speicherbar. Dies ermöglicht einerseits eine flexible Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen und andererseits eine vorbeugende Wartung und Überprüfung der Mechanik.

Zeichnungen

[0034] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine mit einer Steuer-/Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik,

Figur 2 schematisch eine Wickelmaschine mit einer Steuer-/Regeleinrichtung in erfinderischer Ausgestaltung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0035] Figur 1 zeigt beispielhaft in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine 1, die als wesentliche Komponenten eine Wickeltrommel 30 enthält, die mittels eines Wickelantriebs 20 angetrieben wird. Ein Material 70, beispielsweise ein bahnförmiges Erzeugnis, welches aufgewickelt werden soll, wird im gezeigten Beispiel zunächst über eine erste Umlenkeinrichtung 61, hier als feststehende Walze ausgebildet, und danach über eine zweite Umlenkeinrichtung 62, welche als lose Walze ausgebildet ist, und anschließend über eine dritte Umlenkeinrichtung 63 in Form einer weiteren feststehenden Walze geführt und gelangt schließlich zur Wickeltrommel 30, wobei im gezeigten Beispiel eine Anpresswalze 40 das Material 70 auf den bereits ausgebildeten Wickel auf der Wickeltrommel 30 anpresst, um beispielsweise Lufteinschlüsse zu vermeiden.

[0036] Die Umlenkeinrichtung 62 steht dabei in mechanischer Wirkverbindung mit einer Kraftmesseinrichtung 50. Die Kraftmesseinrichtung 50, welche einseitig fest mit der Struktur der Wickelmaschine 1 verbunden ist, kann beispielsweise als Kraftmessdose ausgeführt sein, mit der die Zugspannung des Materials 70 während des Wickelns bestimmt werden kann. Die gemessenen Werte werden (hier nicht gezeigt) einer Steuer-/Regeleinrichtung 10 (Wickelrechner) zugeführt und dienen insbesondere als Eingangsgröße für einen, in der Steuer-/Regeleinrichtung 10 integrierten Zugspannungsregler 11, der den Wickelantrieb 20 steuert. Alternativ kann auch nur eine Stellung der Zugkraft erfolgen.

[0037] Die Steuer-/Regeleinrichtung 10 enthält gemäß dem Stand der Technik noch weitere funktionelle Elemente, wie eine Durchmesser-Recheneinheit 12, eine Beschleunigungskompensationseinheit 13 und eine Reibkompensationseinheit 14, die dazu dienen, die Regelstrecke für den Zugspannungsregler 11 zu linearisieren, um eine möglichst störgrößenunabhängige Regelung durchführen zu können. Dies führt zu einer besseren Regelgüte des Gesamtsystems. Dabei wird, wie gezeigt, eine Stellgröße als Ausgangssignal' des Zugspannungsreglers 11 mit Korrekturstellgrößen als Ausgangssignale der Durchmesser-Recheneinheit 12 und der Beschleunigungskompensationseinheit 13 in einem ersten Verknüpfungsglied 15 zu einer Stellgröße vereint. Im gezeigten Beispiel wird anschließend in einem zweiten Verknüpfungsglied 16 noch eine weitere Korrekturstellgröße als Ausgangssignal der Reibkompensationseinheit 14 dem Steuersignal für den Wickelantrieb 20 zugeführt. Üblicherweise werden die Reib- und die Beschleunigungskompensation als Vorsteuerung des Antriebmomentes aufgeschaltet. Die Algorithmen der einzelnen Komponenten in der Steuer-/Regeleinrichtung 10 werden durch unterschiedliche Prozessgrößen gespeist und steuern den Wickelantrieb 20.

[0038] Gemäß dem Stand der Technik ist vorgesehen, dass der Reibkompensationseinheit 14 als Prozessparameter 80 lediglich der Wert für eine Winkelgeschwindigkeit 81 der Wickeltrommel 30 zugeführt ist. Der Wert für einen Kompensationswert für das Reibmoment wird üblicherweise aus der Winkelgeschwindigkeit 81 in einem relativ einfachen Modell errechnet.

[0039] Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine 1 in erfinderischer Ausgestaltung, die im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform eine Steuer-/Regeleinrichtung 10 aufweist, in der die Reibkompensationseinheit 14 eingangsseitig zusätzliche Prozessparameter 80 aufweist.

[0040] Neben der Winkelgeschwindigkeit 81 der Wickeltrommel 30 sind der Reibkompensationseinheit 14 im gezeigten Beispiel als zusätzliche Eingangsgröße noch ein Wert für eine Wickelmasse 82, ein Wert für eine Temperatur 83 des Wickelantriebs 20, ein Wert für einen Walzenanpressdruck 84 sowie ein Wert für einen Motor- bzw. Wickelwinkelistwert 85 zugeführt. Wie in der Figur 2 angedeutet, können noch weitere Eingangsgrößen der Reibkompensationseinheit 14 aufgeschaltet sein.

[0041] In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass dabei die Kompensationswerte für die einzelnen Reibkomponenten unabhängig voneinander additiv aufgeschaltet werden. Beispielsweise wird neben dem drehzahlabhängigen Reibkompensationswert noch ein Pfad mit einem wickelmassenabhängigen Reibkompensationswert aufaddiert. Die beiden Pfade sind dabei unabhängig voneinander, d.h. die drehzahlabhängige Reibkompensation wird wickelmassenunabhängig aufgeschaltet und die wickelmassenabhängige Reibkompensation wird drehzahlunabhängig aufgeschaltet.

[0042] In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gesamtreibkompensation aus voneinander abhängigen Kompensationsanteilen additiv gebildet wird. Dabei werden mindestens zwei der abhängigen Größen miteinander verknüpft und daraus der Kompensationswert ermittelt. Hierdurch ergeben sich im Modell Kennlinienfelder bzw. Kennfelder, die im Fall von zwei voneinander abhängigen Größen als Fläche im Raum dargestellt werden können. So lassen sich beispielsweise die Kompensationswerte für die Reibung aus einem Kennlinienfeld bestimmen, welches aus der Wickelmasse 82 und der Winkelgeschwindigkeit 81 der Wickeltrommel 30 aufgespannt ist. Als weitere Dimension des Kennfeldes können die Temperatur 83, der Walzenabpressdruck 84 und der Motor- bzw. Wickelwinkelistwert 85 Verwendung finden. Dabei müssen die Kennlinienfelder nicht komplett bekannt sein. Die Kompensationswerte lassen sich beispielsweise durch entsprechende Interpolationen (z.B. lineare Interpolation) aus dem Kennlinienfeld bestimmen, auch wenn dabei nur wenige Stützstellen bekannt sind.

[0043] Die Vorrichtung in Figur 2 weist daher in der Reibkompensationseinheit 14 bzw. die Steuer-/Regeleinrichtung 10 erfindungsgemäß mindestens eine Kennfeld-Einheit 14.1 auf, die beispielsweise softwaremäßig im Steuer-/Regelprogramm hinterlegt ist.

[0044] Weiterhin lassen sich die verschiedenen Reibanteile aus mehreren Kennlinienfeldern bestimmen und anschließend additiv verknüpfen. Auch eine Kombination aus den zuvor beschriebenen Auswertemethoden ist möglich.

[0045] Dabei kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Wickelmasse 82 als Funktion eines Wickeldurchmessers bzw. -radius, einer Wickelbreite und einer Dichte des Materials oder bei durchmesserabhängiger veränderbarer Dichte des Wickels aus einer durchmesserabhängigen Bahnspannung bzw. einer Wickelhärtenkennlinie bestimmt wird. Da die Wickelbreite und die Materialdichte im Prozess normalerweise konstant sind, ergibt sich die Wickelmasse 82 nur als Funktion des Durchmessers bzw. des Radius. Es kann aber auch die Materialdichte im Prozess variieren, da aufgrund einer vorgegebenen durchmesserabhängigen Bahnspannung (Wickelhärtenkennlinie) sich die mittlere Dichte des Wickels verändern kann. Auch dies kann ermittelt werden, da die Bahnspannung bzw. die Wickelhärtenkennlinie meist bekannt ist.

[0046] Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Prozessparameter Temperatur 83 durch Messung der Temperatur am Wickelantrieb oder durch Berechnung mittels eines thermischen Modells bestimmt wird. Temperaturabhängige Reibanteile können damit exakt bestimmt und entsprechend kompensiert werden.

[0047] Eine Verfahrensvariante sieht vor, dass der Prozessparameter Walzenanpressdruck 84 gemessen oder aus weiteren Prozessparametern berechnet wird. Dies ist insbesondere bei der Verwendung einer Anpresswalze vorteilhaft. Der entsprechende Kompensationsanteil kann dabei als Funktion des Anpressdruckes sowie ggf. weiterer Prozessgrößen (z.B. Wickeldurchmesser) errechnet werden, wobei dieser in erster Näherung proportional zum Produkt aus Anpressdruck und Wickeldurchmesser ist.

[0048] Um wickellagenabhängige Anteile zu kompensieren, ist vorgesehen, dass die Kompensationsparameter, die vom Prozessparameter Motor- bzw. Wickelwinkelistwert 85 abhängig sind, in Form einer Datenbank innerhalb der Reibkompensationseinheit oder der Steuer-/Regeleinrichtung, z.B. als Tabelle, abgelegt werden. Daneben können auch ein oder mehrere Getriebestufen zwischen Motor und Wickeltrommel 30 in Betracht kommen.

[0049] Hinsichtlich der Ermittlung der Kompensationsparameter, die mit steigender Komplexität neben der reinen Kompensation eine wichtige Rolle spielt, ist beispielsweise verfahrenstechnisch vorgesehen, automatisierte Messfahrten durchzuführen.

[0050] Mit den Messfahrten kann das Kennlinienfeld bestimmt und in der Steuerung abgelegt werden, wobei beispielsweise die wickelmassenabhängige Reibkompensation mittels mehreren Messfahrten, z.B. mit leerem Wickel, bei vollem Wickel und bei halb vollem Wickel durchgeführt werden. Jede Messfahrt kann mehrere Geschwindigkeitsmesspunkte beinhalten, bei denen das Kompensationsmoment ermittelt wird, z.B. anhand des im Wickelantrieb 20 vorhandenen Antriebmomentes, wobei das zugkraftbildende Antriebsmoment vom gesamten Antriebsmoment subtrahiert werden muss, um die Reibkompensation zu bestimmen.

[0051] Ebenso können Messfahrten zur Ermittlung der Parameter der temperaturabhängigen Kompensation, der Kompensation des Anpresswalzendruckes und der lageabhängigen Kompensation durchgeführt werden.

[0052] Die Messfahrten können auch zur vorbeugenden Wartung verwendet werden. Vorteilhaft sind dafür Messfahrten mit leerem Wickel, da hier die Eigenschaften des Wickelgutes vernachlässigt werden können. Beispielsweise kann eine Grenze für das Anfahrreibmoment (Losbrechmoment) oder für das maximal auftretende Reibmoment, welches üblicherweise bei hohen Drehzahlen auftritt, angegeben werden, ab der eine Meldung generiert wird. Diese könnte z.B. dazu verwendet werden, um Lager zu warten oder auszutauschen.

[0053] Weiterhin können die Messfahrten als Referenzmessung auch zur Überprüfung der Mechanik verwendet werden. Nach einem Austausch von mechanischen Komponenten, z.B. nach einem Zahnriemenwechsel, können diese mittels dieser Messfahrten ebenfalls hinsichtlich der richtigen Einstellung (z.B. die Zahnriemenspannung) oder deren richtiger Funktion überprüft werden. Ist beispielsweise die Zahnriemenspannung sehr hoch, wird das Antriebsmoment ebenfalls stark ansteigen.

[0054] Die aufgezeigten Verfahrensvarianten und die beschrieben Vorrichtungsvarianten erlauben es, die verschiedenen Reibkompensationsanteile bei der Steuerung-/Regelung des Wickelantriebs 20 besser zu berücksichtigen, so dass daraus eine deutlich verbesserte Regelung resultiert. Weiterhin können die verschiedenen Kompensationsparameter weitgehend automatisiert ermittelt und überwacht werden. Letzteres kann vorteilhaft hinsichtlich der Wartung und Überwachung von Wickelmaschinen 1 genutzt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Reibkompensation in einer Wickelmaschine (1), mit der ein Material (70) auf eine Wickeltrommel (30) aufgewickelt wird, wobei die Wickeltrommel (30) von einem Wickelantrieb (20) angetrieben wird, der von einer Steuer-/Regeleinrichtung (10) angesteuert wird, wobei in der Steuer-/Regeleinrichtung (10) ein Antriebsmoment des Wickelantriebes (20) vorgegeben wird, wobei in einer Reibkompensationseinheit (14) als ein eingangsseitiger Prozessparameter (80) eine Winkelgeschwindigkeit (81) der Wickeltrommel (30) berücksichtigt wird, wobei zur Kompensation des Reibmomentes mindestens ein zusätzlicher Prozessparameter (80) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation des Reibmomentes eine Wickelmasse (82) und / oder eine Temperatur (83) und / oder ein Walzenanpressdruck (84) und / oder ein Motor- bzw. Wickelwinkelistwert (85) als zusätzliche eingangsseitige Prozessparameter (80) verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Zugspannungsreglers (11) eine Zugsollkraft mit einer gemessenen Zugistkraft abgeglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellung der Zugkraft mittels eines Steuerteils erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung (10) mit einer Durchmesser-Recheneinheit (12) und / oder der Reibkompensationseinheit (14) das Antriebsmoment des Wickelantriebes (20) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung (10) mit einer Beschleunigungs-Kompensationseinheit (13) das Antriebsmoment des Wickelantriebes (20) vorgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Kompensation des Reibmomentes verwendeten einzelnen Prozessparameter (80, 81, 82, 83, 84, 85) unabhängig voneinander ausgewertet und additiv zu einer Gesamtreibkompensation verknüpft werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von den zur Kompensation des Reibmomentes verwendeten einzelnen Prozessparameter (80, 81, 82, 83, 84, 85) mindestens zwei miteinander verknüpft werden und daraus ein Kompensationswert ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kompensationsparameter für die einzelnen Prozessparameter (80, 81, 82, 83, 84, 85) zur Bestimmung des Kompensationswertes in Form von einem oder mehrerer Kennlinienfeldern bzw. Kennfeldern aufbereitet werden und der Kompensationswert für das Reibmoment direkt oder durch Interpolation zwischen Stützstellen aus den Kennfeldern ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsparameter für die einzelnen Prozessparameter (80, 81, 82, 83, 84, 85) vor oder während einem Aufwickelvorgang in mehreren Messfahrten mit definierten Bedingungen ermittelt und gespeichert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsparameter für die einzelnen Prozessparameter (80, 81, 82, 83, 84, 85) für Wartungszwecke verwendet werden und / oder bei Abweichungen und / oder zeitlichen Veränderungen gegenüber Vorgabewerten Meldungen generiert werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter Wickelmasse (82) als Funktion eines Wickeldurchmessers bzw. - radius, einer Wickelbreite und einer Dichte des Materials (70) oder bei durchmesserabhängiger veränderbarer Dichte des Wickels aus einer durchmesserabhängigen Bahnspannung bzw. einer Wickelhärtenkennlinie bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter Temperatur (83) durch Messung der Temperatur am Wickelantrieb (20) oder durch Berechnung mittels eines thermischen Modells bestimmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter Walzenanpressdruck (84) gemessen oder aus weiteren Prozessparametern (80) berechnet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsparameter, die vom Prozessparameter Motor- bzw. Wickelwinkelistwert (85) abhängig sind, in Form einer Datenbank innerhalb der Reibkompensationseinheit (14) oder der Steuer-/Regeleinrichtung (10) abgelegt werden.

15. Vorrichtung zur Reibkompensation in einer Wickelmaschine (1), mit der ein Material (70) auf eine Wickeltrommel (30) aufwickelbar ist, wobei die Wickeltrommel (30) mit einem Wickelantrieb (20) angetrieben ist, der mit einer Steuer-/Regeleinrichtung (10) ansteuerbar ist, wobei in der Steuer-/Regeleinrichtung (10) ein Zugspannungsregler (11) sowie eine Durchmesser-Recheneinheit (12) und / oder eine Reibkompensationseinheit (14) zur Linearisierung des Zugspannungsreglers (11) angeordnet sind, wobei in der Reibkompensationseinheit (14) als ein eingangsseitiger Prozessparameter (80) eine Winkelgeschwindigkeit (81) der Wickeltrommel (30) aufgeschaltet ist, wobei zur Kompensation des Reibmomentes in der Reibkompensationseinheit (14) mindestens ein zusätzlicher Prozessparameter (80) eingangsseitig aufgeschaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkompensationseinheit (14) als zusätzliche Eingangsgrößen eine Wickelmasse (82) und / oder eine Temperatur (83) und / oder einen Walzenanpressdruck (84) und / oder einen Motor- bzw. Wickelwinkelistwert (85) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer-/Regeleinrichtung (10) eine Beschleunigungskompensationseinheit (13) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkompensationseinheit (14) mindestens eine Kennfeld-Einheit (14.1) zur Verknüpfung mindestens zweier Prozessparameter (80) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reibkompensationseinheit (14) und / oder in der Steuer-/Regeleinrichtung (10) Kompensationsparameter für einzelne Reibanteile bestimmbar und für weitere Auswertungen speicherbar sind.

Claims

1. Method for friction compensation in a winding machine (1) by way of which a material (70) is wound up onto a winding drum (30), wherein the winding drum (30) is driven by a winding drive (20) which is actuated by a control/regulating device (10), wherein a drive torque of the winding drive (20) is predetermined in the control/regulating device (10), wherein a winding speed (81) of the winding drum (30) is taken into account as an input-side process parameter (80) in a friction compensation unit (14), wherein at least one additional process parameter (80) is taken into account in order to compensate the frictional torque, characterized in that, in order to compensate the frictional torque, a roll mass (82) and/or a temperature (83) and/or a roller contact pressure (84) and/or a motor angle actual value or winding angle actual value (85) are used as additional input-side process parameters (80).

2. Method according to Claim 1, characterized in that a setpoint tensile force is matched to a measured actual tensile force by means of a tension regulator (11).

3. Method according to Claim 1, characterized in that the tensile force is set by means of a control part.

4. Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the drive torque of the winding drive (20) is predetermined in the control/regulating device (10) by way of a diameter computing unit (12) and/or the friction compensation unit (14).

5. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the drive torque of the winding drive (20) is predetermined in the control/regulating device (10) by way of an acceleration compensation unit (13).

6. Method according to Claim 1, characterized in that the individual process parameters (80, 81, 82, 83, 84, 85) used to compensate the frictional torque are evaluated independently of one another and are combined in an additive manner to give overall friction compensation.

7. Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that, of the individual process parameters (80, 81, 82, 83, 84, 85) used to compensate the frictional torque, at least two are combined with one another and a compensation value is determined therefrom.

8. Method according to Claim 7, characterized in that compensation parameters for the individual process parameters (80, 81, 82, 83, 84, 85) for defining the compensation value are prepared in the form of one or more characteristic maps or characteristic diagrams and the compensation value for the frictional torque is determined from the characteristic diagrams directly or by interpolation between reference points.

9. Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the compensation parameters for the individual process parameters (80, 81, 82, 83, 84, 85) are determined and stored before or during a winding-up process in a plurality of measurement runs having defined conditions.

10. Method according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the compensation parameters for the individual process parameters (80, 81, 82, 83, 84, 85) are used for maintenance purposes and/or notifications are generated in the event of deviations and/or temporal changes compared with predetermined values.

11. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the process parameter of roll mass (82) is determined as a function of a roll diameter or radius, a roll width and a density of the material (70) or, in the case of a roll density that is variable in a diameter-dependent manner, is determined from a diameter-dependent web tension or roll hardness characteristic curve.

12. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the process parameter of temperature (83) is determined by measuring the temperature at the winding drive (20) or by calculation by means of a thermal model.

13. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the process parameter of roller contact pressure (84) is measured or is calculated from further process parameters (80).

14. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the compensation parameters, which are dependent on the process parameter of the motor angle actual value or winding angle actual value (85), are stored in the form of a database within the friction compensation unit (14) or the control/regulating device (10).

15. Apparatus for friction compensation in a winding machine (1), by way of which a material (70) can be wound up onto a winding drum (30), wherein the winding drum (30) is driven by a winding drive (20) which is actuable with a control/regulating device (10), wherein a tension regulator (11) and also a diameter computing unit (12) and/or a friction compensation unit (14) for linearizing the tension regulator (11) are arranged in the control/regulating device (10), wherein a winding speed (81) of the winding drum (30) is applied as an input-side process parameter (80) in the friction compensation unit (14), wherein at least one additional process parameter (80) is applied on the input side to compensate the frictional torque in the friction compensation unit (14), characterized in that the friction compensation unit (14) has a roll mass (82) and/or a temperature (83) and/or a roller contact pressure (84) and/or a motor angle actual value or winding angle actual value (85) as additional input variables.

16. Apparatus according to Claim 15, characterized in that an acceleration compensation unit (13) is arranged in the control/regulating device (10).

17. Apparatus according to either of Claims 15 and 16, characterized in that the friction compensation unit (14) has at least one characteristic diagram unit (14.1) for combining at least two process parameters (80).

18. Apparatus according to one of Claims 15 to 17, characterized in that compensation parameters for individual frictional components can be determined and stored for further evaluations in the friction compensation unit (14) and/or in the control/regulating device (10).

Revendications

1. Procédé de compensation de la friction dans une bobineuse (1) avec laquelle un matériau (70) est enroulé sur un tambour de bobinage (30), le tambour de bobinage (30) étant entraîné par un entraînement de bobinage (20) qui est commandé par un dispositif de commande/régulation (10), un couple d'entraînement de l'entraînement de bobinage (20) étant prédéfini dans le dispositif de commande/régulation (10), et dans une unité de compensation de la friction (14), une vitesse angulaire (81) du tambour de bobinage (30) étant prise en compte en tant que paramètre de processus (80) du côté de l'entrée, au moins un paramètre de processus supplémentaire (80) étant pris en compte pour la compensation du couple de friction, caractérisé en ce que pour la compensation du couple de friction, une masse de bobinage (82) et/ou une température (83) et/ou une pression d'application de rouleau (84) et/ou une valeur angulaire réelle de moteur ou de bobinage (85) sont utilisées comme paramètres de processus supplémentaires (80) du côté de l'entrée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une force de traction de consigne est comparée à une force de traction réelle mesurée, au moyen d'un régulateur de la tension de traction (11).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un réglage de la force de traction a lieu au moyen d'une pièce de commande.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le couple d'entraînement de l'entraînement de bobinage (20) est prédéfini dans le dispositif de commande/régulation (10) par une unité de calcul de diamètre (12) et/ou par l'unité de compensation de la friction (14).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le couple d'entraînement de l'entraînement de bobinage (20) est prédéfini dans le dispositif de commande/régulation (10) par une unité de compensation de l'accélération (13).

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de processus individuels (80, 81, 82, 83, 84, 85) utilisés pour la compensation du couple de friction sont analysés indépendamment les uns des autres et sont réunis par addition en vue d'une compensation de la friction totale.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que parmi les paramètres de processus individuels (80, 81, 82, 83, 84, 85) utilisés pour la compensation du couple de friction, au moins deux sont réunis l'un à l'autre et l'on déduit à partir de ceux-ci une valeur de compensation.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que des paramètres de compensation pour les paramètres de processus individuels (80, 81, 82, 83, 84, 85) pour la détermination de la valeur de compensation sont présentés sous la forme d'un ou de plusieurs champs de courbes caractéristiques ou champs caractéristiques, et la valeur de compensation pour le couple de friction est déterminée directement ou par interpolation entre les interfaces à partir des champs caractéristiques.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les paramètres de compensation pour les paramètres de processus individuels (80, 81, 82, 83, 84, 85) sont déterminés avant ou pendant une opération de bobinage dans plusieurs trajets de mesure avec des conditions définies, et sont mémorisés.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les paramètres de compensation pour les paramètres de processus individuels (80, 81, 82, 83, 84, 85) sont utilisés à des fins d'entretien, et/ou en cas d'écart et/ou de variations temporelles par rapport à des valeurs prédéfinies, des signaux sont générés.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le paramètre de processus constitué par la masse de bobinage (82) est déterminé comme une fonction d'un diamètre de bobinage ou d'un rayon de bobinage, d'une largeur de bobinage et d'une densité du matériau (70), ou, en cas de densité variable de la bobine en fonction du diamètre, à partir d'une tension de la bande ou d'une courbe caractéristique de dureté de bobinage dépendant du diamètre.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le paramètre de processus constitué par la température (83) est déterminé par mesure de la température au niveau de l'entraînement de bobinage (20) ou par calcul au moyen d'un modèle thermique.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le paramètre de processus constitué par la pression d'application de rouleau (84) est mesuré ou est calculé à partir d'autres paramètres de processus (80).

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les paramètres de compensation, qui dépendent du paramètre de processus constitué par la valeur angulaire réelle de bobinage ou du moteur (85), sont déposés sous la forme d'une banque de données à l'intérieur de l'unité de compensation de la friction (14) ou du dispositif de commande/régulation (10).

15. Dispositif de compensation de la friction dans une bobineuse (1) avec laquelle un matériau (70) peut être enroulé sur un tambour de bobinage (30), dans lequel le tambour de bobinage (30) est entraîné par un entraînement de bobinage (20) qui peut être commandé par un dispositif de commande/régulation (10), un régulateur de tension de traction (11) ainsi qu'une unité de calcul de diamètre (12) et/ou une unité de compensation de la friction (14) pour linéariser le régulateur de tension de traction (11) étant disposés dans le dispositif de commande/régulation (10), une vitesse angulaire (81) du tambour de bobinage (30) étant introduite dans l'unité de compensation de la friction (14) en tant que paramètre de processus (80) du côté de l'entrée, et pour la compensation du couple de friction dans l'unité de compensation de la friction (14), au moins un paramètre de processus supplémentaire (80) étant introduit du côté de l'entrée, caractérisé en ce que l'unité de compensation de la friction (14) présente, en tant que grandeurs d'entrée supplémentaires, une masse de bobinage (82) et/ou une température (83) et/ou une pression d'application de rouleau (84) et/ou une valeur angulaire réelle de moteur ou de bobinage (85).

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que dans le dispositif de commande/régulation (10) est disposée une unité de compensation d'accélération (13).

17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, caractérisé en ce que l'unité de compensation de la friction (14) présente au moins une unité de champ caractéristique (14.1) pour combiner au moins deux paramètres de processus (80).

18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que dans l'unité de compensation de la friction (14) et/ou dans le dispositif de commande/régulation (10) peuvent être déterminés des paramètres de compensation pour des proportions individuelles de friction, qui peuvent être mémorisés pour d'autres analyses.

Zeichnung