AT403780B - Vorrichtung zum herstellen einer spiralwickelhülse - Google Patents

Description

AT 403 780 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer endlosen Spiralwickelhülse aus einem Wickelmedium in Bahnform, wie (laminiertes) Papier, Folie oder dergleichen, mit einem langgestreckten Wickeldorn, auf dem das Wickelmedium spiralig aufgewickelt und verklebt wird, wobei die Mantelfläche des Wickeldornes Gasaustrittsöffnungen aufweist, die aus einem inneren Gaszuführraum des Wickeldornes zur Erzeugung eines aerostatischen Gaspolsters zwischen der Mantelfläche und dem Wickelmedium mit einem Gas, vorzugsweise Luft, beaufschlagbar sind.

Aus der DE-PS 28 09 115 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der das auf den Wickeldorn in Form von Materialbahnen spiralig aufgewickelte Wickelmedium mittels eines Wickelriemens an den Wickeldorn angedrückt und dann verklebt wird, wobei das Wickelmedium z. B. mit einem Schmelzklebstoff beschichtet ist, der in einer an die Wickelzone anschließende Klebezone erhitzt und anschließend ausgehärtet wird, wodurch die einzelnen Materialbahnen miteinander verklebt werden. Die Spiralwickelhülse, z. B. überwiegend aus laminiertem Papier hergestellt, verläßt den Wickeldorn in Endlosform und wird anschließend geschnitten, um z. B. Versandhülsen oder dergleichen herstellen zu können. Ähnliche Vorgehensweisen sind auch in der DE-OS 26 18 342 und der DE-PS 34 28 005 beschrieben. Aus der US-PS 3 102 458 und JP-OS 4-74642 sind Vorrichtungen der oben genannten Art bekannt, die zur Verminderung der Reibung zwischen Wickeldorn und Wickelmedium den Wickeldorn mit Luftaustrittsöffnungen versehen, der einen Luftpolster zwischen Wickelmedium und Wickeldorn bewirken soll. In der US-PS 3 102 458 sind alle Öffnungen mit regelmäßigen Abständen entlang der Dornerstreckung angeordnet und mit einem einzigen Innenraum verbunden und zusätzlich mit Ventilen versehen, die durch den Anpreßdruck des Wickelmediums Luft zum Ausströmen bringen. In der JP-OS 4-74642 wird auf Ventile verzichtet, dafür werden aber mehrere unterschiedlich mit Druck beaufschlagte Zonen vorgesehen.

Bei den bekannten Vorrichtungen kann das Wickelmedium gegenüber der Mantelfläche des Wickeldornes eine beträchtliche Reibung entwickeln. Durch Vorrichtungen wie sie in der US-PS 3 102 458 und JP-OS 4-74642 beschrieben sind kann die Reibung teilweise vermindert werden, es kann damit jedoch kein dynamisch stabiler Gaspolster zwischen Wickelmedium und Wickeldorn aufgebaut werden, so daß insbesondere bei Werkstoffen mit hohen Gleitreibungskoeffizienten als Wickelmedium beim Spiralwickeln als Innenlage ein Gleitmittel verwendet werden muß. Selbst bei Verwendung von Gleitmitteln, die z. B. bei Einsatz der hergestellten Spiralwickelhülsen als Verpackungsmaterial für Lebensmittel problematisch sein können, gelingt es nicht, z. B. auf Zugbeanspruchung empfindliche Folien als Wickelmedium befriedigend verarbeiten zu können, da beispielsweise eine SiOx-beschichtete Folie leicht überdehnt werden kann, so daß die an sich als Gasbarriere dienende SiOx-Schicht in viele kleine Splitter zerbricht und ihre Schutz- und Sperrfunktion nicht mehr ausüben kann. Aufgrund der in US-PS 3 102 458 und JP-OS 4-74642 in Bezug auf die Bahnen des Wickelmediums Undefinierten Orte der Luftaustrittsöffnungen, wird eine Delamination der frisch gewickelten Spiralwickelhülse im Dornbereich, aufgrund ausströmenden Gases, beobachtet. US 3 863 551 A beschreibt eine Vorrichtung der vorliegenden Art, wobei nicht das Wickelmedium direkt, sondern ein Unterstützungsriemen auf einem aerostatischen Luftpolster gelagert wird. Würde bei der US 3 863 551 A in naheliegender Weise auf den zusätzlich eingeführten Unterstützungsriemen verzichten und mit dem beschriebenen Luftpolster versuchen direkt das Wickelmedium zu lagern, so würde dies zur Delamination des an dieser stelle frisch verklebten, gewickelten Gutes führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche die Möglichkeit gibt, unter Verzicht auf Gleitmittel auch empfindliche Wickelmedien auf einfache Weise zu Spiralwickelhülsen hoher Qualität verarbeiten zu können.

Der Austrittsvolumenstrom und/oder Austrittsdruck des Gases ist aus den Gasaustrittsstellen über die Längserstreckung des Wickeldornes einstellbar. Dabei kann vorgesehen sein, daß der Austrittsvolumenstrom und/oder Austrittsdruck des Gases aus den Gasaustrittsstellen über die Längserstreckung des Wickeldornes derart einstellbar ist, daß der aerostatische Gaspolster über die Längserstreckung des Wickeldornes im wesentlichen dieselbe Dicke hat.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gasaustrittsstellen entlang der Längserstreckung des Wickeldornes auf Spirallinien in unterschiedlicher Flächendichte angeordnet sind, und mindestens eine Entlastungsnut (Längsnut und/oder Ringnut und/oder Spiralnut) in der Mantelfläche ausgebildet ist, aus der Luft in das Innere und/oder zu den Enden des Wickeldornes bzw. Wickelbeginns abführbar ist.

Die Erfindung schlägt auch vor, daß der Wickeldorn eine Schubstange, einen diesen im wesentlichen konzentrisch umgebenden Gaszuführraum und einen die Schubstange konzentrisch umgebenden Mantel aufweist, der mit den Gasaustrittsstellen versehen ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Wickeldorn über seine Längserstreckung in mindestens drei Zonen, nämlich eine Einlaufzone, in der das Wickelmedium von Vorratsrollen oder dergleichen her schrägtangential an den Wickeldorn herangeführt und an diesem unter geringem, von der Bahn-Längsspannung 2

AT 403 780 B des Wickelmediums im wesentlichen entsprechenden Druck angelegt wird, eine Wickelzone, in der das spiralig den Wickeldorn umgebende Wickelmedium mittels eines Wickelriemens oder dergleichen mit einem einstellbaren Anpreßdruck an den Wickeldorn angepreßt wird, und eine Klebezone, in der die Bahnen des Wickelmediums im wesentlichen druckfrei verklebt und ausgehärtet werden, unterteilt ist.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Gaszuführungsraum in den Zonen des Wickeldornes entsprechende Teilräume unterteilt ist, die je nach dem zonenspezifisch gewünschten Austrittsvolumen und/oder -druck des Gases aus den Gasaustrittsstellen mit Gas unterschiedlichen Drucks beaufschlagbar sind.

Ferner schlägt die Erfindung vor, daß die Gasaustrittsstellen als diskrete Lagerdüsen ausgebildet sind.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Öffnungsquerschnitt zumindest eines Teiles der Lagerdüsen einstellbar ist.

Es kann vorgesehen sein, daß die Öffnungen der Lagerdüsen mit porösem Material, wie Sinterkeramik oder dergleichen, abgedeckt sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Mantelfläche des Wickeldornes durchgehend aus porösem Material, wie Sinterkeramik oder dergleichen, besteht.

Es kann vorgesehen sein, daß der Wickeldorn über seine Langserstreckung bereichsweise unterschiedliche Durchmesser hat.

Auch kann nach der Erfindung vorgesehen sein, daß Austrittsvolumen und/oder druck des Gases für die aerostatische Lagerung über die Längserstreckung des Wickeldornes rechnergesteuert regelbar ist/sind.

Ferner schlägt die Erfindung vor, daß die Gasaustrittsstellen mit Gas einstellbarer Temperatur beaufschlagbar sind.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß es gelingt, die Problematik der bekannten Vorrichtungen zum Herstellen endloser Spiralwickelhülsen dadurch zu vermeiden, daß das Wickelmedium auf dem Wickeldorn, dynamisch stabil, aerostatisch gelagert wird. Die dynamische Stabilität konnte dabei durch die Kombination von aerostatischen Elementartagern mit Druckentlastungselementen in Form von Düsen oder Nuten erzielt werden. Die spiralförmige Anordnung der Gasaustrittsstelien vermeidet, auch bei hohen Lagerdrücken, eine Delamination durch ausströmendes Lagergas. Damit ist nicht nur ein vollkommener Verzicht auf Gleitmittel möglich, vielmehr können auch abriebgefährdete Wickelmedien mit schlechten Gleiteigenschaften eingesetzt werden. Die aerostatische Lagerung bewirkt einen Selbstreinigungseffekt des Wickeldorns. Die Antriebsleistung der Vorrichtung kann vermindert werden, da das Wickelmedium bzw. die hergestellte Spiralwickelhülse auf dem Wickeldorn praktisch zugspannungsfrei geführt werden kann, wodurch ein Großteil der Antriebsleistung der Wickelmaschine eingespart werden kann. Der Wickeldorn damit nicht nur verschleißfrei, sondern es lassen sich auch völlig neuartige Beschichtungsmaterialien, z. B. SiOx-Beschichtungen, derart zugspannungsarm wickeln, daß gänzlich neue, empfindliche Werkstoffe, die bislang in Spiralwickelverfahren nicht eingesetzt werden konnten, verarbeitet werden können. Auch Werkstoffe mit hohen Gleitreibungskoeffizienten, die infolge der beim Wickeln in Form von Wärme dissipierten eingebrachten mechanischen Energie dazu tendieren, sich zu erwärmen und am Wickeldorn anzukleben, ihre Form zu verändern oder thermisch geschädigt zu werden, können problemfrei verarbeitet werden. Vorteilhafterweise wird der Luftdruck an den Gasaustrittsstellen den auf den Wickeldorn durch das Wickelmedium ausgeübten Normalkräften angepaßt. Im Angriffsbereich des Wickelriemens sind höhere Drücke zweckmäßig als in den vom Wickelriemen nicht beaufschlagten Zonen des Wickeldorns.

Der ansonsten durch die Gleitreibung verursachte Dämpfungseffekt, welcher beim herkömmlichen Wickelprozess Längsschwingungen der ablaufenden Spiralwickelhülse verhindert, sollte im Fall fehlender Reibungskräfte, wie dies bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fall ist, durch eine Stabilisierung des Wickelriemens in Axialrichtung ersetzt werden.

Natürlich ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auf die Herstellung von Spiralwickelhülsen aus Papierbahnen oder dergleichen beschränkt, vielmehr ergeben sich Vorteile auch beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoff-Druckbehältern etc. in Wickeltechnik.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Wickeldornes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Seitenansicht, teilweise geschnitten; und

Fig. 2 einen Teil des Wickeldornes von Fig. 1 in Fig. 1 entsprechender, jedoch vergrößerter Darstellung.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist dort ein Wickeldom 10 für eine Vorrichtung zum Herstellen von Spiralwickelhülsen gezeigt, der einen Mantel 12, eine Kern-Schubstange 14 und einen zwischen der Schubstange 14 und dem Mantel 12 angeordneten konzentrischen Luftzuführraum 16 aufweist. Eine Mantelfläche 18 ist von einer Vielzahl von Lagerdüsen 20 durchsetzt, die entlang der Längsstreckung des Wickeldornes 10 auf Spirallinien in unterschiedlicher Flächendichte angeordnet sind. 3

Claims (11)

1. AT 403 780 B In einer Langserstreckung ist der Wickeldorn in drei Zonen, nämlich eine Einlaufzone 22, eine Wickelzone 24 und eine Klebezone 26, unterteilt, wobei, wie die Fig. 1 erkennen läßt, die Belegung der Mantelfläche 18 mit Lagerdüsen 20 in der Wickelzone 24 am höchsten, in der Einlaufzone 22 kleiner und schließlich in der Klebezone 26 am geringsten ist. Wird der Luftzuführraum 16 vom axialen Ende des Wickeldornes her, in Fig. 1 also beispielweise von links gesehen, mit z. B. Druckluft beaufschlagt, so tritt pro Zeit- und Flächeneinheit in der Wickelzone 24 mehr Luft aus den Lagerdüsen 20 aus als in der Einlaufzone 22, in letzterer wiederum mehr Luft als in der Klebezone 26. Hierdurch wird bei gleichmäßigem Durchmesser des Wickeldornes über seine gesamte Lange erreicht, daß die Spiralwickelhülse, die dadurch hergestellt wird, daß in der Einlaufzone 22 die zum Aufbau der Spiralhülse dienende(n) Materialbahn(en) z. B. laminierte Papierbahnen, schräg-tangential von Vorratsrollen etc. an den Wickeldorn herangeführt und an diesem im wesentlichen, von der Bahnspannung abgesehen, druckfrei angelegt werden, woraufhin dann im Bereich der Wickelzone 24 ein Andrücken durch einen Wickelriemen erfolgt, ehe dann in der Klebezone 26 ggf. durch Wärmebeaufschlagung ein Verkleben sowie Aushärten der Laminier- und Klebemassen erfolgt, über die gesamte Langserstreckung des Wickeldornes von einem Luftpolster etwa identischer Dicke von der Mantelfläche 18 des Mantels 12 des Wickeldornes 10 getrennt ist. Figur 2 läßt erkennen, daß die Lagerdüsen 20 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind. Stattdessen könnten natürlich auch Schlitzdüsen verwendet werden, wobei die Düsen ggf. auch an der Mantelfläche 18 durch ein poröses Material, wie Sinterkeramik, abgedeckt sein können, um so eine kontinuierliche Mantelfläche 18 zu erzeugen. Die Lagerdüsen 20 können so ausgebildet sein, daß der Druck und das Volumen des ausströmenden Gases, wie Luft, einstellbar sind, wobei dann auch ggf. ohne unterschiedlich dichte Belegung der Mantelfläche 18 mit Lagerdüsen 20 bereichsweise eine unterschiedliche Dicke des aerostatischen Luftpolsters erzeugt werden kann. Es ist auch möglich, nicht nur zonenweise, sondern gesteuert bzw. geregelt über die gesamte Langserstreckung des Wickeldornes 10 die Lagerdüsenquerschnitte bedarfsweise so zu steuern, daß ein konstant dicker Luftpolster gewährleistet ist. Zur Erläuterung sei noch darauf hingewiesen, daß der Druck des aerostatischen Lagers im Bereich der Einlaufzone 22, in Anpassung an die Bahnspannung der Papier- oder Folienbahnen, einige 1/10 bar betragen sollte. Im Bereich der Wickelzone 24 ist ggf. ein Druck erforderlich, der deutlich höher ist, während im Bereich der Klebezone 26 praktisch drucklos gearbeitet werden kann. Zur Verbesserung des Tragverhaltens des aerostatischen Lagers kann der Wickeldorn 10 über seine Längserstreckung unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Zur Beeinflussung des Tragverhaltens können auch noch weitere Zonen am Wickeldorn 10 vorgesehen sein. Insbesondere können zusätzliche Zonen im Bereich der Berandung des Wickelriemens, bei den Einläufen der Materialbahnen und am Ende des Wickeldornes (d. h. am Ende der Klebezone 26) zweckmäßig sein. Zur Erhöhung der dynamischen Stabilität sind Entlastungsnuten in Form von Düsen oder Nuten erforderlich, um auf diese Weise die Notwendigkeit zu vermeiden, die aus den Lagerdüsen 20 austretende Luft lediglich an den axialen Enden des Wickeldomes 10 abführen zu können. Für den Aufbau des aerostatischen Luftpolsters zwischen der Mantelfläche 18 des Wickeldornes 10 und dem Wickelmedium können sowohl Lagerflächenelemente mit Parallelströmung als auch mit divergierender oder konvergierender Radialströmung für die Lagerdüsen 20 verwendet werden. Auch Mischformen derartiger Elemente sind möglich. Als Drosselorgane können für die Lagerdüsen 20 Kammerdüsen, Lochdüsen oder auch Schlitzdüsen eingesetzt werden. Die Lagerdüsen 20 können sowohl offen als auch selbst- bzw. fremdschließend oder -öffnend ausgeführt sein. Auch können, wie bereits dargelegt, poröse Werkstoffe als Drosselorgane eingesetzt werden, wobei also das betreffende Abdeckungsmaterial nicht nur den Zweck erfüllt, eine kontinuierliche Mantelfläche 18 zu gewährleisten, sondern auch den Öffnungsquerschnitt der Lagerdüsen 20 zu variieren. Als Lagermedium können beliebige gasförmige Medien zur Beaufschlagung der Lagerdüsen 20 verwendet werden, wobei aus Kostengründen allerdings meist Luft Anwendung findet. Das Lagermedium kann mit einstellbaren Temperaturen zugeführt werden, wodurch der Wickelprozeß z. B. durch eine gezielte Wärmeführung beeinflußt werden kann. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Herstellen einer endlosen Spiralwickelhülse aus einem Wickelmedium in Bahnform, wie (laminiertes) Papier, Folie oder dergleichen, mit einem langgestrecken Wickeldorn, auf den das 4 AT 403 780 B Wickelmedium spiralig aufgewickelt und verklebt wird, wobei die Mantelfläche des Wickeldornes eine Vielzahl von Gasaustrittsstellen aufweist, die aus einem inneren Gaszuführraum des Wickeldornes zur Erzeugung eines aerostatischen Gaspolsters zwischen der Mantelfläche und dem Wickelmedium mit einem Gas, vorzugsweise Luft, beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustritts-5 stellen (20) entlang der Längserstreckung des Wickeldornes (10) auf Spirallinien in unterschiedlicher Flächendichte angeordnet sind und das mindestens eine Entlastungsnut in der Mantelfläche (18) ausgebildet ist, aus der Luft in das Innere und/oder zu den Enden des Wickeldornes (10) bzw. Wickelbeginns abführbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldorn (10) eine Schubstange (14), einen diesen im wesentlichen konzentrisch umgebenden Gaszuführraum (16) und einen die Schubstange konzentrisch umgebenden Mantel (12) aufweist, der mit den Gasaustrittsstellen (20) versehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel dorn über seine Längserstreckung in mindestens drei Zonen, nämlich eine Einlaufzone (22), in der das Wickelmedium von Vorratsrollen oder dergleichen her schräg-tangential an den Wickeldorn (10) herangeführt und an diesen unter geringem, der Bahn-Längsspannung des Wickelmediums im wesentlichen entsprechenden Druck angelegt wird, eine Wickelzone (24), in der das spiralig den Wickeldorn 20 (10) umgebende Wickelmedium mittels eines Wickelriemens oder dergleichen mit einem einstellbaren Anpreßdruck an den Wickeldorn (10) angepreßt wird, und eine Klebezone (26), in der die Bahnen des Wickelmediums im wesentlichen druckfrei verklebt und ausgehärtet werden, unterteilt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführraum (16) in den Zonen 25 (22, 24, 26) des Wickeldornes (10) entsprechende Teilräume unterteilt ist, die je nach dem zonenspezi fisch gewünschten Austrittsvolumenstrom und/oder -druck des Gases aus den Gasaustrittsstellen (20) mit Gas unterschiedlichen Drucks beaufschlagbar sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaus- 30 trittsstellen als diskrete Lagerdüsen (20) ausgebildet sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt zumindest eines Teiles der Lagerdüsen (20) einstellbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Lagerdüsen (20) mit porösem Material, wie Sinterkeramik oder dergleichen, abgedeckt sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (18) des Wickeldornes (10) durchgehend aus porösem Material, wie Sinterkeramik oder derglei- 40 chen, besteht.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldorn (10) über seine Längserstreckung bereichsweise unterschiedlichen Durchmesser hat.
10. 10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Austrittsvolu men und/oder -druck des Gases für die aerostatische Lagerung über die Längserstreckung des Wickeldornes (10) rechnergesteuert regelbar ist/sind.
11. 11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaus-50 trittsstellen (20) mit Gas einstellbarer Temperatur beaufschlagbar sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5 55