-
Die Erfindung betrifft eine Bahnführungsvorrichtung zum Führen einer Materialbahn, insbesondere einer Folienbahn, sowie eine Vorrichtung zum Verarbeiten einer Materialbahn, insbesondere einer Folienbahn.
-
Beim Verarbeiten von Materialbahnen, wie beispielsweise Folienbahnen oder Papierbahnen, in Prägevorrichtung, Druckvorrichtungen oder dergleichen werden die Materialbahnen in der Regel auf Spulen bereitgestellt, zur Verarbeitung abgespult, über Umlenkrollen der Verarbeitungsposition zugeführt und manchmal anschließend wieder aufgewickelt.
-
Wird die Materialbahn beim Bereitstellen einer neuen Spule schräg bzw. unsymmetrisch eingezogen, wirken dabei unterschiedliche Zugkräfte auf gegenüberliegende Randbereiche der Materialbahn, was zu einem Knicken, Auffalten oder Reißen der Materialbahn führen kann.
-
In manchen Fällen kann ein asymmetrischer, also schräger Einzug einer Materialbahn jedoch auch wünschenswert sein, beispielsweise um zu garantieren, dass ein Randbereich der Materialbahn unter hoher Materialspannung – und damit glatt – liegt, um insbesondere ein zuverlässiges Ablesen von Passermarken oder dergleichen zu ermöglichen.
-
Unabhängig davon, ob ein asymmetrischer Einzug der Materialbahn gezielt oder unerwünscht erfolgt, ist es notwendig, eine solche Asymmetrie so früh wie möglich wieder zu korrigieren, um die oben genannten Defekte zu vermeiden.
-
Es ist bekannt, zum Ausgleich eines schrägen Einzugs Bahnführungsrollen mit integriertem Differenzialgetriebe zu verwenden. Auch eine Detektion eines schrägen Einzugs und eine aktive Korrektur der Bahnführung durch aktive Stellmittel, beispielsweise pneumatische, hydraulische oder elektrische Stellzylinder oder dergleichen, ist bekannt. Solche Vorrichtungen sind jedoch aufwändig, teuer in der Anschaffung und anfällig für Störungen.
-
Zum Ausgleich symmetrischer Bahnspannungen, wie sie auch bei geradem Einzug der Bahn, beispielsweise aufgrund einer Unrundheit der Spule auftreten können, sind ferner so genannte Tänzer bekannt. Diese schwingen unter wechselnder Zugspannung der Bahn senkrecht zu deren Erstreckungsrichtung und gleichen damit die Zugspannung wieder aus. Zum Ausgleich eines schrägen Einzugs sind sie jedoch nicht geeignet.
-
Aus der
DE 20 2013 003 546 U1 ist eine solche Bandspannvorrichtung mit zwei Rahmenelementen bekannt, die an einer Bandführungsrolle und an einer Tänzerrolle angelagert und um die Bandführungsrolle schwenkbar sind.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bahnführungsvorrichtung sowie eine Vorrichtung zum Verarbeiten einer Materialbahn bereitzustellen, durch die ein schräger Einzug einer Materialbahn auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise korrigierbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Bahnführungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Verarbeiten einer Materialbahn mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
-
Eine derartige Bahnführungsvorrichtung zum Führen einer Materialbahn, insbesondere einer Folienbahn, umfasst ein erstes und ein zweites Rahmenelement, welche:
- – in jeweiligen ersten Endbereichen schwenkbar an einer ersten Achse angelagert sind,
- – in jeweiligen zweiten Endbereichen über eine drehbar gelagerte Bahnführungsrolle verbunden sind und
- – über eine zweite Achse verbunden sind, welche mittels eines Fixierungselements mit der ersten Achse verbunden ist.
-
Im Vergleich zu einem üblichen Tänzer, der lediglich zum Ausgleich symmetrischer Bahnspannungen der Materialbahn, d. h. für nicht schräg bzw. unsymmetrisch einlaufende Materialbahnen ausgelegt ist, wird durch die zweite Achse und das Fixierungselement ein Angriffspunkt für asymmetrisch wirkende Kräfte, wie sie beim schrägen Einzug einer Materialbahn entstehen können, geschaffen. Unter Achsen werden dabei Bauteile verstanden, die eine Rotationsbewegung anderer Bauteile stützen können. Achsen können im Querschnitt rund aber auch anders geformt sein, wobei gegebenenfalls das Querschnittsprofil auch über die Längserstreckung einer Achse variieren kann.
-
Wirkt auf die einer Seitenkante der Materialbahn zugewandte Seite der Bahnführungsrolle einer stärkere Zugkraft als auf die gegenüberliegende Seite, so entsteht ein Moment um das Fixierungselement. Dies führt zu einer Verwindung des aus den Achsen, den Rahmenelementen und der Bahnführungsrolle gebildeten Rahmens um das Fixierungselement. Hierdurch wird die Bahnführungsrolle in die Richtung der stärkeren Zugkraft ausgelenkt. Damit wird die unter stärkerer Zugspannung stehende Seite der Materialbahn entlastet und die durch den schrägen Einzug entstandene Asymmetrie ausgeglichen.
-
Die Materialbahn verlässt die Bahnführungsrolle damit gerade und mit ausgeglichener Zugspannung. Hierzu ist keine externe Steuerung, also kein externes Sensor- und/oder Stellglied notwendig, sondern die nötigen Kräfte zur Korrektur des Bahnlaufes werden allein von der Zugspannung der Materialbahn zur Verfügung gestellt.
-
Die erwünschte Verwindung der Bahnführungsvorrichtung kann bereits erreicht werden, wenn die Rahmenelemente und/oder die zweite Achse flexibel ausgelegt sind. Die notwendige Flexibilität kann durch geeignete Materialwahl und durch Einstellung der Materialstärke in Abhängigkeit von in einer konkreten Verarbeitungsmaschine auftretenden Zugkräften erfolgen.
-
Beispielsweise können die Rahmenelemente und/oder die zweite Achse dafür aus einem oder mehreren elastomeren Werkstoffen einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Es ist auch möglich, nur einen Teil der Rahmenelemente und/oder der zweiten Achse aus einem elastomeren Werkstoff auszubilden, welcher Teil dann die notwendige Flexibilität bereitstellt. Beispielsweise können nur die Verbindungsstellen zwischen den Rahmenelementen und der zweiten Achse und/oder die die Verbindungsstellen zwischen den Rahmenelementen und der Bahnführungsrolle aus einem elastomeren oder teilelastomeren Lagerelement ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass nur die zweite Achse aus einem elastomeren und damit in sich verwindbaren Werkstoff ausgebildet ist und/oder die zweite Achse aus verdrillten oder verseilten Teilelementen aus elastomeren und/oder nicht-elastomeren Werkstoffen ausgebildet ist. Die Elastizität des elastomeren Werkstoffs und/oder der Anteil der elastomeren Werkstoffe am Gesamtkonstrukt der zweiten Achse bestimmt dabei deren insgesamte Verwindbarkeit und erlaubt damit die Einstellung der Flexibilität der erfindungsgemäßen Bahnführungsvorrichtung.
-
Es ist alternativ jedoch zweckmäßig, wenn die Bahnführungsrolle und/oder die zweite Achse mittels Gelenklagern an den Rahmenelementen angelagert sind.
-
Solche Gelenklager erlauben eine Schwenkbewegung der Bahnführungsrolle bzw. der zweiten Achse um den jeweiligen Lagerpunkt und ermöglichen damit die Verwindung der Vorrichtung, ohne das unnötige Materialspannungen in diese eingebracht werden. Dies erhöht die Lebensdauer einer solchen Vorrichtung.
-
Vorzugsweise sind ferner die Gelenklager als Gelenk-Kugellager ausgebildet. Damit werden bei einfachem und stabilem Aufbau der Lager alle notwendigen Freiheitsgrade bereitgestellt.
-
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die zweite Achse zwischen der ersten Achse und der Bahnführungsrolle angeordnet ist. Durch die Anordnung der zweiten Achse zwischen den beiden anderen querverlaufenden Elementen der Vorrichtung wird im Zusammenwirken mit dem Fixierungselement der gewünschte Kraftangriffspunkt geschaffen.
-
Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn ein Verhältnis zwischen dem Abstand der zweiten Achse zur ersten Achse und dem Abstand der zweiten Achse zur Bahnführungsrolle von 1:3 bis 1:10, bevorzugt 1:4 bis 1:7, besonders bevorzugt von 1:5 bis 1:6, beträgt.
-
Vorzugsweise ist die zweite Achse näher zu der ersten Achse angeordnet als zu der Bahnführungsrolle.
-
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Fixierungselement an der ersten Achse in Achsrichtung beweglich angeordnet ist. Der oben beschriebene Zugkraftausgleich erfolgt insbesondere bei mittiger Positionierung des Fixierungselements bezüglich der ersten und der zweiten Achse symmetrisch. Wird das Fixierungselement aus der Mittenlage verschoben, so kann, falls gewünscht, eine definierte Asymmetrie der Zugkräfte auf die gegenüberliegenden Seiten der Folienbahn eingestellt werden, da in diesem Fall unterschiedliche Hebelwege zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Bahnführungsrolle und dem Fixierungselement vorliegen.
-
Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Fixierungselement an der ersten Achse mittels eines Feststellelements festlegbar ist, so dass eine gewünschte Einstellung des Fixierungselements gesichert werden kann.
-
Bevorzugt wird das Fixierungselement in einer Betriebsstellung der Bahnführungsvorrichtung mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Rahmenelement an der ersten Achse festgelegt. Auf diese Weise kann der eingangs beschriebene vollständige Ausgleich asymmetrischer Zugkräfte bewerkstelligt werden, so dass die Materialbahn die Bahnführungsrolle frei von Querspannungen verlässt. Unter einer mittigen Position wird dabei verstanden, dass die Abstände zwischen dem Fixierungselement und den Rahmenelementen sich um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10% unterscheiden.
-
Bevorzugt ist weiterhin das Fixierungselement an der zweiten Achse schwimmend gelagert. Auch dies erleichtert das gewünschte Verwinden der Vorrichtung, ohne dass deren Materialien übermäßig beansprucht werden.
-
Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn das Fixierungselement mittels einer Lagerhülse an der zweiten Achse gelagert ist. So wird ein gewisses Gleiten des Fixierungselements ermöglicht, ohne dass es zu Verkantungen oder dergleichen kommt.
-
Vorzugsweise ist ein Innendurchmesser der Lagerhülse um 5% bis 20%, bevorzugt von 10% bis 12%, größer ist als ein Außendurchmesser der zweiten Achse. Damit kann der Bewegungsspielraum der Lagerhülse und damit die Leichtigkeit der Verwindung der Vorrichtung eingestellt werden.
-
Es ist dabei ferner zweckmäßig, wenn ein Gleitwiderstand zwischen dem Fixierungselement und der zweiten Achse mittels eines weiteren Feststellelements einstellbar ist. Dadurch kann beeinflusst werden, wie schnell die Verwindung der Vorrichtung einer geänderten Kraftverteilung an der Bahnführungsrolle folgt, so dass gegebenenfalls auftretende Vibrationen oder Schwingungen der Vorrichtung gedämpft oder ganz vermieden werden können.
-
Bei einer Vorrichtung zum Verarbeiten einer Materialbahn mittels einer Bahnführungsvorrichtung der beschriebenen Art ist es zweckmäßig, wenn die erste Achse der Bahnführungsvorrichtung gestellfest an der Vorrichtung festgelegt ist. Dies ermöglicht die erwünschte Relativbewegung der Bahnführungsrolle zur Materialbahn bei einer Verwindung der Bahnführungsvorrichtung aufgrund asymmetrischer Zugkräfte.
-
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Bahnführungsvorrichtung so angeordnet ist, dass die Bahnführungsrolle der Bahnführungsvorrichtung in einem Ruhezustand und/oder bei symmetrischer Kraftbeaufschlagung der Bahnführungsrolle senkrecht zu einer Förderrichtung der Materialbahn und in der Förderebene der Materialbahn angeordnet ist. In diesem Zustand werden damit von der Bahnführungsvorrichtung keine unerwünschten Kräfte in die Materialbahn eingebracht.
-
Bevorzugt ist dabei die Vorrichtung als Prägevorrichtung, insbesondere Heißprägevorrichtung, und/oder als Druckvorrichtung ausgebildet. Die beschriebenen Prinzipien sind jedoch auf alle Arten von Vorrichtungen anwendbar, bei den Materialbahnen verarbeitet werden.
-
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
-
1 Eine perspektivische Ansicht einer Abrollvorrichtung für eine Materialbahn mit einem Ausführungsbeispiel einer Bahnführungsvorrichtung zum Ausgleich eines schrägen Bahneinzugs;
-
2 Die Abrollvorrichtung nach 1 in Seitenansicht;
-
3 Eine Vorderansicht der Bahnführungsvorrichtung der Abrollvorrichtung gemäß 1;
-
4 Eine Seitenansicht der Bahnführungsvorrichtung gemäß 3 bei symmetrischem Bahneinzug;
-
5 Eine Seitenansicht der Bahnführungsvorrichtung gemäß 3 bei linksseitig asymmetrischem Bahneinzug;
-
6 Eine Seitenansicht der Bahnführungsvorrichtung gemäß 3 bei rechtsseitig asymmetrischem Bahneinzug.
-
Die 1 und 2 zeigen den für die Bahnbereitstellung zuständigen Teil einer Vorrichtung 1 zum Verarbeiten einer Materialbahn 2. Die Materialbahn 2 wird auf einer Spule 21 bereitgestellt, die auf einer Rolle 11 der Vorrichtung 1 aufgenommen wird. Über eine Mehrzahl von Umlenkrollen 12, die gestellfest und drehbar an einem Rahmen 13 der Vorrichtung 1 angeordnet sind, wird die abgespulte Materialbahn 2 der Verarbeitung zugeführt. Die eigentliche Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise eine Druck- oder Prägestation, ist in den Figuren nicht dargestellt.
-
Wird beim Einlegen einer neuen Spule 21 die Materialbahn schräg eingeführt, so resultieren beim Einziehen der Materialbahn 2 unterschiedliche Zugkräfte an deren gegenüberliegenden Seiten 22, 23. Dies kann zu Bahnrissen führen, die einen Stillstand der Vorrichtung 1 notwendig machen.
-
Um dies zu verhindern, umfasst die Vorrichtung 1 eine Bahnführungsvorrichtung 3. Diese umfasst zwei Rahmenelemente 31, 32, die mit ihren jeweiligen Endbereichen 311, 321 schwenkbar an einer ersten Achse 33 angelagert sind. Die Achse 33 ist mit einem Endbereich 331 am Rahmen 13 der Vorrichtung 1 befestigt und selbst nicht drehbar.
-
An den gegenüberliegenden Endbereichen 312, 322 sind die Rahmenelemente 31, 32 über eine Bahnführungsrolle 34 miteinander verbunden, über die im Betrieb der Vorrichtung 1 die Materialbahn 2 geführt wird.
-
Eine weitere Achse 35 verbindet ebenfalls die Rahmenelemente 31, 32 und verläuft parallel zur Achse 33 und zur Bahnführungsrolle 34. Sowohl die Achse 35 als auch die Bahnführungsrolle 34 sind mit Gelenkkugellagern 36 an den Rahmenelementen 31, 32 angelenkt. Die Achse 35 und die Bahnführungsrolle 34 können somit nicht nur um ihre jeweiligen Erstreckungsachsen rotieren, sondern sind auch gegenüber den Rahmenelementen 31, 32 verkippbar.
-
Die Achse 35 ist zudem mittels eines Fixierelements 37 mit der Achse 33 verbunden. Das Fixierelement 37 besteht aus zwei Hälften 371, 372, die mittels Schrauben 373 und 374 gegeneinander fixiert werden können und die jeweilige Aufnahmen 375, 376 für die Achsen 33, 35 aufweisen. Die Achse 35 ist dabei mit einer gleitenden Hülse 38 im Fixierelement 37 aufgenommen, deren Innendurchmesser bevorzugt um 5% bis 20%, besonders bevorzugt um 10% bis 12% größer ist, als der Außendurchmesser der Achse 35.
-
Je nach Spiel der Aufnahmen 375, 376 und nach Anzugskraft der Schrauben 373, 374 kann damit auch festgelegt werden, wie fest das Fixierelement 37 auf den Achsen 33, 35 sitzt.
-
Werden die Schrauben 373, 374 gelockert, so kann das Fixierelement 37 auf den Achsen 33, 35 verschoben werden. Die Figuren zeigen das Fixierelement 37 in einer seitlichen Position. Im Betrieb der Vorrichtung 1 ist es zweckmäßig, das Fixierelement 37 mittig auf den Achsen 33, 35 zu positionieren, so dass die jeweiligen Abstände des Fixierelements zu den Rahmenelementen 31, 32 im Wesentlichen gleich sind und bevorzugt nicht mehr als 20%, besonders bevorzugt um nicht mehr als 10% voneinander abweichen. So wird die gewünschte symmetrische Ausrichtung der Bahnführungsrolle 34 zur Materialbahn 2 sichergestellt.
-
Wird die Materialbahn 2 schräg in die Vorrichtung 1 eingelegt, so sind die Zugkräfte, die auf die Materialbahn 2 einwirken, nicht symmetrisch. Zugkraft und Bahngeschwindigkeit unterscheiden sich daher für die beiden Seiten 22, 23 der Materialbahn.
-
Sobald die Materialbahn 2 über die Bahnführungsrolle 34 geführt wird, wirken damit auch unterschiedliche Kräfte auf die gegenüberliegenden Seiten der Bahnführungsrolle 34. Die Rahmenelemente und die zweite Achse können nun als Hebel wirken, die diese Kräfte auf das Fixierungselement 37 übertragen. Hieraus resultiert ein Drehmoment um das Fixierungselement 37.
-
Da die erste Achse 33 mit dem Endbereich 331 gestellfest montiert ist, kommt es dadurch zu keiner Bewegung der Achse 33 selbst. Wie in den 5 und 6 ersichtlich, können jedoch die Rahmenelemente 31, 32 um die Achse 33 schwenken und relativ zu ihrer in 4 gezeigten Gleichgewichtsposition ausgelenkt werden. Die Achse 35 und die Bahnführungsrolle 34 können dieser Bewegung folgen und aufgrund ihrer Lagerung mittels der Gelenkkugellager 36 dadurch schräg zur Achse 33 und somit auch schräg zur ursprünglichen Bahnführungsebene gekippt werden.
-
Mit anderen Worten kann also die Bahnführungsrolle 34 den durch eine schräg eingelegte Materialbahn 3 verursachten asymmetrischen Kräften folgen. Die Bahnführungsrolle 34 wird dabei solange weiter ausgelenkt, bis die auf ihre Endbereiche einwirkenden Kräfte wieder gleich sind, also kein Moment mehr auf das Fixierelement 37 übertragen wird. Hierdurch wird die schneller laufende Seitenkante der Materialbahn 2 abgebremst und die langsamer laufende Seitenkante der Materialbahn 2 beschleunigt. Der schräge Einzug der Materialbahn 2 wird somit korrigiert und die Materialbahn 2 läuft gleichmäßig durch die Vorrichtung 1. Im Zuge dieser Korrektur kehrt die Bahnführungsrolle 34 wieder in die 4 gezeigte neutrale Position zurück und verbleibt in dieser, solange die Materialbahn 2 weiter gerade läuft.
-
Insgesamt kann so eine einfache Korrektur eines schrägen Bahneinzugs erzielt werden, die keinerlei aktiven Stell- oder Sensoreinrichtungen benötigt. Die Vorrichtung ist damit besonders kostengünstig und ausfallsicher.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 11
- Rolle
- 12
- Umlenkrolle
- 13
- Rahmen
- 2
- Materialbahn
- 21
- Spule
- 22
- Seitenkante
- 23
- Seitenkante
- 3
- Bahnführungsvorrichtung
- 31
- Rahmenelement
- 311
- Endbereich
- 312
- Endbereich
- 32
- Rahmenelement
- 321
- Endbereich
- 322
- Endbereich
- 33
- erste Achse
- 331
- Endbereich
- 34
- Bahnführungsrolle
- 35
- zweite Achse
- 36
- Gelenkkugellager
- 37
- Fixierelement
- 371
- Hälfte
- 372
- Hälfte
- 373
- Schraube
- 374
- Schraube
- 375
- Aufnahme
- 376
- Aufnahme
- 38
- Hülse
