用于卷取带材的卷取装置的运行方法和与此相对应的物体的制作方法

专利名称：用于卷取带材的卷取装置的运行方法和与此相对应的物体的制作方法
用于巻取带材的巻取装置的运行方法和与此相对应的物体本发明涉及一种用于巻取带材的巻取装置的运行方法，该巻取装 置具有至少一个巻取机、布置在巻取机前面的驱动辊子、和用于巻取 机与驱动辊子的控制设备。本发明还涉及一种数据载体，在该数据栽体上存储有用于执行这 种运行方法的控制设备的计算机程序。本发明还涉及一种开始时所述 类型的巻取装置的控制设备和这种巻取装置本身。用于巻取带材的巻取装置和这种巻取装置的运行方法一般是公知的。尤其是在公知的巻取装置中，驱动辊子在为与另外的时刻相区别送给巻取机。在为与另外的时刻相区别而下文中被称为到达巻取机时 刻的时刻，带材到达巻取机。但是与驱动辊子相反，巻取机在该时刻 还没有抓取带材。这在稍后的时刻才发生，所述稍后的时刻下文中为 了与另外的时刻相区别于而被称为实际的巻取机抓取时刻。控制设备向巻取机输出巻取机额定转速和在带材运行方向上起作 用的巻取机极限转矩，使得控制设备以转速调节和转矩限制的方式运 行巻取机。控制设备同样向驱动辊子输出辊子额定转速和在带材运行 方向上起作用的辊子极限转矩，使得控制设备也以转速调节和转矩限 制的方式运行驱动辊子。在现有技术中如此来确定巻取机额定转速和辊子额定转速，使得 不仅巻取机而且驱动辊子相对于带材赶在前面。该实施方式是绝对必 要的，并且也保留在本发明的范围内。在现有技术中，已经在到达巻取机时刻之前、大多甚至于在辊子 抓取时刻之前就将巻取机极限转矩设置为巻取机最终转矩，该巻取机 最终转矩直至巻取机抓取时刻被保持恒定。此后，如此来改变巻取机 极限转矩，使得施加于带材上的拉力是恒定的。在现有技术中，在辊 子抓取时刻之前，将辊子极限转矩设置为辊子初始转矩，并且直至巻 取机抓取时刻保持恒定。现有技术的实施方式导致，在巻取开始时在带材中出现提高的拉 力。在此，提高的拉力可能是如此之大，使得该拉力超过了带材的屈服极限，因此导致带材的可塑变形(断面收缩)。因此以可塑的方式 改变要巻取的带材的厚度和尤其还有宽度。但是带材的厚度和宽度是 从而受到负面影响的决定性质量参数。在现有技术中完全忍受质量损失或质量损失的危险。仅仅试图， 通过相应地预先规定额定转速和极限转矩来最小化质量损失或质量损 失的危险。本发明的任务在于，创造一种显著减少、尽可能地甚至消除质量损失或质量损失的危险的可能性。对于开始时所述类型的运行方法如下来解决该任务，即控制设备 -在到达巻取机时刻之后从巻取机初始转矩连续提高巻取机极限转矩，使得巻取机极限转矩在巻取机抓取时刻达到巻取机最终转矩，和-在到达巻取机时刻之后从辊子初始转矩连续降低辊子极限转矩， 使得辊子极限转矩在巻取机抓取时刻达到辊子最终转矩。由于已经从到达巻取机时刻起对极限转矩的这种感觉灵敏的互相 相反的改变可以将在带材中存在着的拉力降低到带材的屈服极限下， 而不损害在带材的巻取时的可靠性和运行安全性。在此，巻取机抓取 时刻是以计算方式所确定的值，在该值时，巻取机应该抓取了带材。 可能偏离巻取机实际抓取带材的时刻。与此相对应地，通过以下方式解决针对数据载体的任务，即在所 述数据栽体上存储有用于执行这种运行方法的控制设备的计算机程 序。对于控制设备如下来解决该任务，即如此来构造所述控制设备， 使得所述控制设备根据这样的运行方法来运行巻取机和驱动辊子。尤 其，控制设备可以为此具有程序存储器，在所述程序存储器中存放控 制设备的计算机程序，并且控制设备可以基于计算机程序根据本发明 来运行巻取机和驱动辊子。最后对于巻取装置，该任务通过以下方式来解决，即所述巻取装 置具有相应构造的控制设备。巻取机极限转矩优选地是时间的可微分函数，例如是具有s形特 性曲线的函数。由于巻取机于是可以特别简单地遵循巻取机极限转矩 的变化。如果控制设备如此来改变巻取机极限转矩，使得巻取机极限转矩的时间导数从到达巻取机时刻直至位于到达巻取机时刻和巻取机 抓取时刻之间的第 一 中间时刻为止上升，并从第 一 中间时刻直至巻取 机抓取时刻下降，则这尤其适用。
辊子极限转矩优选地也是时间的可微分函数。例如该函数也可以
在到达巻取机时刻和巻取机抓取时刻之间具有s形特性曲线。因为驱
动辊子于是可以特别简单地遵循辊子极限转矩的变化。
如果控制设备在到达巻取机时刻和巻取机抓取时刻之间使巻取机 额定转速从最初的值下降到降低的值，则由于巻取机的惯性矩而引起 的拉应力峰值在带材中还继续被减小。控制设备优选地为此在到达巻 取机时刻和第二中间时刻之间使巻取机额定转速持续地下降到降低的 值，并且接着将巻取机额定转速从第二中间时刻到巻取机抓取时刻重
新持续地提高到最初的值。
巻取机额定转速优选地也是时间的可微分函数。例如该函数可以
具有槽形特性曲线。巻取机因此更简单地能够遵循巻取机额定转速的 变化。
如果控制设备已经在到达巻取机时刻之前使辊子额定转速从辊子 初始转速持续地下降，使得辊子额定转速在到达巻取机时刻达到中间 值，并且此后直至巻取机抓取时刻保持辊子额定转速，则在巻取机抓 取时刻之后可以使辊子额定转速较快地下降到小于带速的最终值。
控制设备通常从初始张开度出发从位于巻取机抓取时刻之前的张 开开始起以张开速度来张开巻取机。控制设备优选地检测在巻取机抓 取时刻存在的巻取机张开度，并且如此来跟踪初始张开度、张开速度 和/或张开开始，使得在巻取随后的带材时可以期待，在所述带材的巻 取机抓取时刻存在的巻取机张开度接近于额定巻取机张开度。
从实施例的以下说明中结合附图得出其它的优点和细节。在此，
以原理图的方式
图l展示了巻取装置的框图，
图2展示了流程图。
图3和4展示了转矩时间图，和
图5和6展示了转速时间图，
图7至IO展示了在不同时刻的

图1的巻取装置。
根据图1，巻取装置l布置在轧机机列的后面。在图1中，为了清晰起见，在此仅示出了轧机机列的最后的轧机基座2。在轧机机列中轧 制带材(Band) 3。所轧制的带材3以带速v从最后的轧机基座2中驶 出。所述带材被输送给巻取装置1,并在那里被巻取。
巻取装置1具有巻取机4、驱动辊子5(更准确地驱动辊子对) 和控制设备6。巻取机4具有可张开的巻取机芯棒7。驱动辊子5布置 在巻取机4的前面。所述驱动辊子因此布置在巻取机4和轧机机列的 最后的轧机基座2之间。控制设备6控制巻取机4和驱动辊子5，因此 确定所述巻取机4和驱动辊子5的运行方式和协同作用。
控制设备6优选地被构造为处理器控制的控制设备6。所述控制设 备6因此优选地具有执行计算机程序9的处理器设备8。所述控制设备 6还具有存放有计算机程序9的程序存储器10。基于计算机程序9，控 制设备6于是相应地控制巻取机4和驱动辊子5。
当然必须事先将计算机程序9输送给控制设备6。为此存在其上存 储有计算机程序9的数据载体11,例如存储卡。将数据载体ll经由相 应的接口 12与数据载体11在数据技术上相连接。然后从数据栽体ll 中读出计算机程序9，并存放在程序存储器10中。
基于计算机程序9,控制设备6以下面结合图2至IO详细阐述的 方式来运行巻取机4和驱动辊子5。
根据图2，控制设备6首先在步骤S1中将额定值设置为初始值。 在此，典型地从要缠绕的带材3的数据中推导出初始值，或由操作人 员或上级主导计算机给控制设备6预先规定初始值。
控制设备6尤其是在步骤Sl中(也参阅图3至6 )将巻取机额定 转速n!TH殳置为最初的值nHl，将在带材运行方向上起作用的巻取机 极限转矩mH设置为巻取机初始转矩mHl,将辊子额定转速nR4殳置 为辊子初始转速nRl和将在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩 mR设置为辊子初始转矩mRl。所述控制设备6还将张开度 (Spreizgrad) g调整为初始张开度gl，其中将巻取机芯棒7张开到所 述张开度g。
控制设备6然后在步骤S2中根据巻取机额定转速nH*、巻取机极 限转矩mH和张开度g来控制巻取机4。控制设备6还在步骤S2的范 围内根据辊子额定转速nl^和辊子极限转矩mR来控制驱动辊子5。控 制设备6因此以转速调节和转矩限制的方式运行巻取机4和驱动辊子5。控制设备6因此将巻取机4和驱动辊子5的实际转速调节为分别预 先规定的额定转速n!P、 nR*。但是只有当这以处于在分别预先规定的 极限转矩mH、 mR之下的实际转矩可达时，所述控制设备才实施这一 点。为了完整性起见，在此要提及，如此来确定转速额定值n!P、 nR*， 使得巻取机芯棒7和驱动辊子5的圆周速度大于带速v。
在步骤S3中，控制设备6检查是否达到了辊子抓取时刻RFZP。 辊子抓取时刻RFZP在此对应于带材3到达驱动辊子5并由驱动辊子5 抓取的时刻(也参阅图7)。在此，可以毫无问题地确定辊子抓取时刻 RFZP，因为实际的辊子转速在该时刻突然地下降到与带速v相对应的 值，并且由驱动辊子5(或该驱动辊子5的传动装置)所采用的实际的 转矩同时突然地上升到辊子极限转矩mR。
从辊子抓取时刻RFZP起，驱动辊子5施加拉力于带材3，也即在 字面意义上驱动所述带材，并且因此将所述带材输送给巻取机4。在图 8中示出了该状态。
如果还没有达到辊子抓取时刻RFZP，则控制设备6返回步骤S2。 如果反之达到(或超过)了辊子抓取时刻RFZP,则控制设备6在步骤 S4中开始匹配辊子额定转速nR^尤其是所述控制设备6首先根据图 6使辊子额定转速nl^持续地下降，使得所述辊子额定转速在到达巻取 机时刻HEZP达到中间值nR2。而巻取机额定转速nB^和极限转矩mH、 mR仍保持不变。到达巻取机时刻HEZP对应于带材3到达巻取机4 的时刻，也参阅图9。借助简单的材料跟踪可以毫无问题地确定该到达 巻取机时刻HEZP。
在步骤中S5中，控制设备6检查是否达到了到达巻取机时刻 HEZP。如果还没有达到到达巻取机时刻HEZP，则控制设备6返回步 骤S2。如果反之达到(或超过)了到达巻取机时刻HEZP，则控制设 备6(除了在步骤S4中匹配辊子额定转速nRA之外)在步骤S6中也匹 配巻取机额定转速nH、巻取4几极限转矩mH和辊子极限转矩mR。控 制设备6根据图5来改变巻取机额定转速nH、稍后还将对此深入讨 论。根据图3和4，控制设备6还从到达巻取机时刻HEZP起持续地提 高巻取机极限转矩mH和持续降低辊子极限转矩mR。在此，可以如此 来互相协调巻取机极限转速mH的提高和辊子极限转矩的降低，使得 极限转矩mH、 mR之和是恒定的。而不继续改变辊子额定转速nR*，而是保持在辊子额定转速nl^在到达巻取机时刻HEZP已达到的中间 值nR2。
在步骤S7中，控制设备6检查是否达到了张开开始(Spreizbeginn ) SB。张开开始SB对应于巻取机芯棒7开始张开的时刻。借助简单的材 料跟踪可以确定张开开始SB (同样像到达巻取机时刻HEZP那样)。 所述张开开始大致对应于由大约一圈带材3环绕巻取机4的时刻(参 阅图10 )。但是所述张开开始SB位于由大约4至5圏带材3环绕巻取 机4的时刻(以下称为巻取机抓取时刻HFZP)之前，也即巻取机4 应该可靠地抓取了带材3。
如果还没有达到张开开始SB，则控制设备6返回步骤S2。如果反 之达到(或超过)了张开开始SB，则控制设备6在步骤S8中以张开 速度g，来张开巻取机4。所述控制设备因此在步骤S8的范围内相应地 改变巻取机张开度g。
在步骤S9中，控制设备6检查是否达到了巻取机抓取时刻HFZP。 如果还没有达到巻取机抓取时刻HFZP，则控制设备6返回步骤S2。 否则所述控制设备用步骤S10来继续本发明的运行方法。在步骤S10 中，控制设备6终止改变张开度g,并存储该张开度g。
在步骤S11的范围内，控制设备6根据一般通常的实施方式来控 制巻取机4和驱动辊子5。所述控制设备因此向巻取机4输出巻取机额 定转速nH^和巻取机极限转矩mH，向驱动辊子5输出辊子额定转速 nRA和辊子极限转矩mR。尤其，所述控制设备使辊子额定转速nR*T 降到小于带速v的最终值nR3。
在步骤S12中，控制设备6检查是否完全巻取了带材3。也可以借 助简单的材料跟踪来进行该检查。如果还没有完全巻取带材3，则控制 设备6返回步骤S11。如果反之已经完全巻取了带材3，则控制设备6 转向步骤S13,在该步骤S13中，所述控制设备跟踪初始张开度gl、 张开开始SB和/或张开速度g，。在此，如此来实现跟踪，使得在巻取 随后的带材时可以期待，在带材的实际的巻取机抓取时刻时存在的巻 取机张开度接近于额定巻取机张开度。实际的巻取机抓取时刻在此是 巻取机4的实际转速下降到与带速v相对应的值的时刻。
在步骤S14中，控制设备6检查是否从现在起应该终止本发明运 行方法。如果情况如此，则所述控制设备当然终止计算机程序9的继续执行。否则控制设备6在步骤S15中等候下一要巻取的带材3，并且 然后返回步骤Sl。
正像尤其是从图3中可以看出的那样，控制设备6在到达巻取机 时刻HEZP之后从巻取机初始转矩mHl持续地提高巻取机极限转矩 mH，使得巻取机极限转矩mH在巻取机抓取时刻HFZP达到巻取机最 终转矩mH2。根据图3，巻取机极限转矩mH显然是时间t的可微分函 数。根据图3，巻取机极限转矩mH尤其具有S形特性曲线。
正像从图3中还可以看出的那样，控制设备6如此来改变巻取机 极限转矩mH，使得从到达巻取机时刻HEZP直至第一中间时刻ZZP1 为止巻取机极限转矩mH的时间导数上升，并且然后直至巻取机抓取 时刻HFZP为止重新下降。在此，第一中间时刻ZZP1显然位于到达 巻取机时刻HEZP和巻取机抓取时刻HFZP之间。
从图4中可以看出，控制设备6在到达巻取机时刻HEZP之后从 辊子初始转矩mRl持续地降低辊子极限转矩mR，使得辊子极限转矩 mR在巻取机抓取时刻HFZP达到辊子最终转矩mR2。而从辊子抓取 时刻RFZP起保持辊子最终转矩mR2。
辊子极限转矩mR优选地也是时间t的可微分函数。正像图4中所 示出的那样，例如辊子极限转矩mR可以在到达巻取机时刻HEZP和 巻取机抓取时刻HFZP之间同样具有S形特性曲线。
正像已经结合图2曾提及的和从图5中明显可以看出的那样，控 制设备6在到达巻取机时刻HEZP和巻取机抓取时刻HFZP之间使巻 取机额定转速nl^从最初的值nHl下降为降低的值nH2。在此，持续 地实现该下降，直至同样位于到达巻取机时刻HEZP和巻取机抓取时 刻HFZP之间的第二中间时刻ZZP2为止。然后持续地将巻取机额定 转速nBP重新提高到最初的值nHl 。
巻取机额定转速1111*优选地也是时间t的可微分函数。正像在图5 中所示出的那样，例如所述巻取机额定转速可以具有槽形特性曲线。
从图6中还可以看出，辊子额定转速nRA也是时间t的可微分函数。 根据图6，所述辊子额定转速尤其可以由两个段13、 14组成，其中所 述两个段分别具有S形特性曲线并且在到达巻取机时刻HEZP和巻取 机抓取时刻HFZP之间的范围中互相过渡。
通过根据本发明的上述的和在权利要求书中所阐迷的实施方式实现，与在现有技术中相比，在巻取开始时在带材3中出现的拉应力峰 值显著较小。由此可以以近于可靠的概率来避免、但至少是显著减小 带材3的可塑变形。
权利要求
1.用于卷取带材(3)的卷取装置(1)的运行方法，所述卷取装置(1)具有至少一个卷取机(4)、布置在所述卷取机(4)前面的驱动辊子(5)和用于卷取机(4)与驱动辊子(5)的控制设备(6)，-其中，所述驱动辊子(5)在辊子抓取时刻(RFZP)抓取带材(3)，并且然后以带速(v)输送给卷取机(4)，-其中，带材(3)在到达卷取机时刻(HEZP)到达卷取机(4)，-其中，所述控制设备(6)向卷取机(4)输出卷取机额定转速(nH*)和在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩(mH)，使得所述控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机(4)，-其中，所述控制设备(6)向驱动辊子(5)输出辊子额定转速(nR*)和在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩(mR)，使得所述控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行驱动辊子(5)，-其中，所述控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)之后从卷取机初始转矩(mH1)持续地提高卷取机极限转矩(mH)，使得卷取机极限转矩(mH)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到卷取机最终转矩(mH2)，和-其中，所述控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)之后从辊子初始转矩(mR1)持续地降低辊子极限转矩(mR)，使得辊子极限转矩(mR)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到辊子最终转矩(mR2)。
2. 按权利要求1的运行方法，其特征在于，所述巻取机极限转矩 (mH)是时间(t)的可微分函数。
3. 按权利要求2的运行方法，其特征在于，所述控制设备(6)如 此改变巻取机极限转矩(mH)，使得巻取机极限转矩(mH)的时间 导数从到达巻取机时刻(HEZP)直至位于到达巻取机时刻(HEZP) 和巻取机抓取时刻(HFZP)之间的第一中间时刻(ZZP1)为止上升， 并从第一中间时刻(ZZP1)直至巻取机抓取时刻(HFZP)为止下降。
4. 按权利要求1、 2或3的运行方法，其特征在于，所述辊子极限 转矩(mR)是时间(t)的可微分函数。
5. 按以上权利要求之一的运行方法，其特征在于，所述控制设备(6 ) 在到达巻取机时刻(HEZP)和巻取机抓取时刻(HFZP)之间使巻取 机额定转速(nH*)从最初的值(nHl)下降到降低的值(nH2 )。
6. 按权利要求5的运行方法，其特征在于，所述控制设备(6)在 到达巻取机时刻(HEZP)和第二中间时刻(ZZP2)之间使巻取机额 定转速(nH*)持续地下降到降低的值(nH2),并从第二中间时刻(ZZP2)到巻取机抓取时刻(HFZP)持续地重新提高到最初的值 UH1)。
7. 按权利要求6的运行方法，其特征在于，所述巻取机额定转速 (nH*)是时间(t)的可微分函数。
8. 按以上权利要求之一的运行方法，其特征在于，所述控制设备(6) 已经在到达巻取机时刻(HEZP)之前从辊子初始转速(nRl)持续地 降低辊子额定转速(nR*),使得辊子额定转速(nR*)在到达巻取机 时刻(HEZP)达到中间值(nR2)，并且所述控制设备(6)然后直至巻取机抓取时刻(HFZP)为止保持 辊子额定转速(nR*)。
9. 按以上权利要求之一的运行方法，其特征在于，所述控制设备(6 ) 从初始张开度(gl)出发从位于巻取机抓取时刻(HFZP)之前的张开 开始(SB)起以张开速度(g，)来张开巻取机(4),所述控制设备(6)检测在巻取机抓取时刻(HFZP)存在的巻取 机张开度(g)，和所述控制设备(6)如此跟踪初始张开度(gl)、 张开速度(g，)和/或张开开始(SB)，使得在巻取随后的带材时可以 期待，在所述带材的巻取机抓取时刻存在的巻取机张开度接近于额定 巻取机张开度。
10. 用于执行按以上权利要求之一的运行方法的控制设备(6 )用的 数据载体，具有存储在所述数据载体上的计算机程序(9)。
11. 用于巻取带材(3)的巻取装置(1)的控制设备，所述巻取装 置(1)除了控制设备之外还具有至少一个巻取机(4)和布置在巻取 机(4)前面的驱动辊子(5)，其特征在于，如此构造所述控制设备， 使得所述控制设备根据按权利要求1至9之一的运行方法来运行巻取 机(4)和驱动辊子(5)。
12. 按权利要求11的控制设备，其特征在于，所述控制设备具有存 放有控制设备用的计算机程序(9)的程序存储器(10)，并且所述控 制设备基于计算机程序(9 )按权利要求1至9之一来运行巻取机(4 ) 和驱动辊子(5)。
13.用于巻取带材(3)的巻取装置，所述巻取装置具有至少一个巻 取机(4 )、布置在巻取机(4 )前面的驱动辊子(5 )和用于巻取机(4 ) 与驱动辊子(5)的控制设备(6),其特征在于，根据权利要求ll或 12来构造所述控制设备(6)。
全文摘要
一种用于卷取带材(3)的卷取装置(1)具有至少一个卷取机(4)、布置在卷取机(4)前面的驱动辊子(5)和用于卷取机(4)与驱动辊子(5)的控制设备(6)。驱动辊子(5)在辊子抓取时刻(RFZP)抓取带材(3)，并且然后将其输送给卷取机(4)。带材(3)在到达卷取机时刻(HEZP)到达卷取机(4)。控制设备(6)向卷取机(4)输出卷取机额定转速(nH^*)和在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩(mH)，使得控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机(4)。所述控制设备也向驱动辊子(5)输出辊子额定转速(nR^*)和在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩(mR)，使得控制设备(6)也以转速调节和转矩限制的方式运行驱动辊子(5)。控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)之后从卷取机初始转矩(mH1)持续地提高卷取机极限转矩(mH)，使得卷取机极限转矩(mH)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到卷取机最终转矩(mH2)。所述控制装置同时将辊子极限转矩(mR)从辊子初始转速(nR1)持续地降低，使得辊子极限转矩(mR)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到辊子最终转矩(mR2)。
文档编号B21C47/00GK101291755SQ200680038774
公开日2008年10月22日 申请日期2006年10月16日 优先权日2005年10月17日
发明者G·斯韦格, O·斯米德 申请人:西门子公司