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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wickelvorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Wickelvorrichtung.
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Wickelvorrichtungen werden beispielsweise für das Aufwickeln von kontinuierlich hergestellten Folien oder Vliesen verwendet. Das aufgewickelte Wickelgut liegt anschließend als Rolle vor. Beispielsweise kann eine solche Wickelvorrichtung Bestandteil einer Anlage zum Herstellen von Vliesen sein. Solche Wickelvorrichtungen werden beispielsweise als Inline Wickelsysteme bezeichnet. Beim Inline Wickelkonzept wird ein kontinuierlich produzierter Vliesstoff auf Papphülsen gewickelt und für die Weiterverarbeitung direkt in Nutzen geschnitten. Das Konzept eignet sich deshalb besonders für Produktionen, in denen häufige Produktwechsel geplant sind oder bei denen es auf einen geringen Platzbedarf der Wickelvorrichtung ankommt. Im Gegensatz dazu wird beim Offline Wickeln der Vliesstoff mit einem Großrollenwickler auf Tabouren mit einem Rollendurchmesser von bis zu 3500 mm gewickelt. Lagerstationen zwischen dem Großrollenwickler und einem nachgeschalteten Umwickler dienen als Zwischenspeicher der Mutterrollen. Erst im Umwickler werden die Großrollen abgewickelt, geschnitten und wieder aufgewickelt. Dabei sind z.Zt. Anlagengeschwindigkeiten von bis zu 1.200 m/min möglich, wobei Entwicklungen in Richtung höhere Geschwindigkeiten laufen.
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In jedem Fall wird das Wickelgut, beispielsweise das Vlies, auf eine rotierende Wickelwelle, auf der eine Hülse aufgesteckt sein kann, aufgewickelt.
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Im Zuge eines Wickelprozesses durchläuft eine Wickelwelle verschiedene Drehzahlen, indem sie aus dem Stand zu einer maximalen Drehzahl hochläuft. Mit zunehmendem Durchmesser der Wickelrolle wird die Drehzahl abgesenkt, um eine konstante Abzugsgeschwindigkeit des Wickelguts zu erreichen. Zum Ende eines Wickelprozesses, wenn beispielsweise die Rolle voll aufgewickelt ist, wird die Drehzahl bis zum Stillstand weiter abgesenkt. Bei diesen Drehzahlveränderungen durchläuft die Wickelwelle üblicherweise mehrmals kritische Bereiche im Bereich der Eigenfrequenz. Beim Inlineprozess kann die kritische Drehzahl beim Anwickeln und bei Vergrößern des Rollendurchmessers und abnehmenden Drehzahl der Wickelwelle im Wickelkern liegen. Wenn die Wickelwelle durch die kritische Drehzahl läuft, schwingt sie sich auf und die dadurch entstehenden Fliehkräfte drücken auf den Rollenkern. Damit wird der Rollenkern außer Mitte gedrückt und die Rolle wird unrund.
Diese Unrundheit führt zum Aufschwingen der Rollen und damit zu unerwünschten Vibrationen während des Wickelns.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Wickelwelle anzugeben, welches die genannten Nachteile minimiert. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wickelvorrichtung anzugeben, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4. Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 6 bis 7.
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Das erfinderische Verfahren ist zum Betreiben einer Wickelvorrichtung vorgesehen. Die Wickelvorrichtung weist eine um die eigene Längsachse rotierbare Wickelwelle auf, wobei die Wickelwelle in eine erste Einspannung und eine der ersten Einspannung vorzugsweise gegenüberliegende zweite Einspannung der Wickelvorrichtung einspannbar ist. Unter Einspannung wird hier und im Folgenden eine Vorrichtung verstanden, mit deren Hilfe eine Zugspannung, d.h. eine Spannung in Längsrichtung der Wickelwelle auf die Wickelwelle aufbringbar ist. Der Begriff Zugspannung ist hier und im Folgenden maximal breit auszulegen und umfasst insbesondere positive als auch negative Zugspannungen. Mit anderen Worten wird unter dem Begriff Zugspannung sowohl eine Zug- als auch eine Druckspannung verstanden.
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Die Wickelwelle weist mindestens eine kritische Drehzahl auf. Dabei wird unter dem Begriff kritische Drehzahl nicht nur eine bestimmte Drehzahl, sondern auch ein Drehzahlbereich verstanden. Dabei ist die kritische Drehzahl eine Drehzahl, bei der sich die Wickelwelle aufschwingt, wobei die dadurch entstehenden Fliehkräfte auf einen auf die Wickelwelle im Betrieb aufgeschobenen Rollenkern drücken. Damit wird der Rollenkern außer Mitte gedrückt und die Rolle, bestehend zumindest aus dem Rollenkern und dem zumindest teilweise aufgewickelten Wickelgut wird unrund. Diese Unrundheit führt zum Aufschwingen der Rollen und damit zu unerwünschten Vibrationen während des Wickelns.
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Weiterhin weist die Wickelvorrichtung eine Regeleinrichtung und einen Antrieb für die Rotation der Wickelwelle auf. Die Regeleinrichtung ist dazu eingerichtet, die aktuelle Drehzahl der Wickelwelle mit einer zuvor bestimmten kritischen Drehzahl zu vergleichen und bei einer Abweichung der Differenz größer einem zuvor festgelegten Schwellwert ein Steuersignal an mindestens eine der beiden Einspannungen auszugeben.
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Das erfinderische Verfahren ist durch die Schritte gekennzeichnet, dass in einem vorhergehenden Schritt mindestens eine kritische Drehzahl der Wickelwelle festgestellt wird. Dabei reicht es aus, kritische Drehzahlen nur im Bereich der Drehzahlen festzustellen, die beim Wickeln durchfahren werden. Dies können beispielsweise Drehzahlen aus dem Bereich von 0 bis ca. 3000 oder mehr Umdrehungen / min. sein. Hierbei kann auf im Stand der Technik bekannte Verfahren zurückgegriffen werden. Die mindestens eine festgestellte kritische Drehzahl kann beispielsweise in der Regeleinheit gespeichert werden.
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Weiterhin wird die aktuelle Drehzahl der Wickelwelle kontinuierlich gemessen und der Messwert der Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt. Die Messung der Drehzahl kann mit allen dem Fachmann bekannten Verfahren, seien sie mechanisch, elektrisch bzw. elektronisch oder optisch, durchgeführt werden.
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Weiterhin vergleicht die Regeleinrichtung Veränderung der Zugspannung in der Wickelwelle bei Annäherung der aktuellen Drehzahl an eine kritische Drehzahl. Bei einer Annäherung der aktuellen Drehzahl an eine kritische Drehzahl wird die Zugspannung in der Wickelwelle verändert. Dabei kann in einem vorgelagerten Schritt ein Toleranzbereich um eine kritische Drehzahl festgelegt und in der Regeleinrichtung abgespeichert werden, wobei die Veränderung der Zugspannung in der Wickelwelle erfolgt, sobald die aktuelle Drehzahl in den Toleranzbereich eintritt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Zugspannung in der Wickelwelle durch eine Bewegung einer Einspannung parallel zur Längsachse der Wickelwelle verändert. Dazu ist mindestens eine Einspannung parallel zur der Längsachse der Wickelwelle bewegbar ist.
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Diese translatorische Bewegung mindestens einer Einspannung wird über bekannte Mechanismen, wie beispielsweise Form-, Kraft- oder Reibschluss, auf die Wickelwelle übertragen, wodurch sich der Zugspannungszustand in der Wickelwelle ändert. Da sich die kritische Drehzahl mit dem Spannungszustand in der Wickelwelle ändert, kann die entsprechende Drehzahl nun durchlaufen werden, ohne dass sich die Wickelwelle derart aufschwingt, dass die beschriebenen negativen Auswirkungen auf den Rollenkern und die Rolle auftreten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird nach Verlassen der kritischen Drehzahl die Zugspannung in der Wickelwelle wieder zu dem Ursprungswert verändert. Dies kann durch eine der zuvor durchgeführten Bewegung der Einspannung entgegengesetzte Bewegung im gleichen absoluten Maß geschehen. Hierdurch wird der ursprüngliche Zugspannungszustand in der Wickelwelle wieder hergestellt, so dass die zuvor festgestellten und in der Regeleinrichtung abgelegten möglichen weiteren kritischen Drehzahlen wieder zutreffen.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn nach Verlassen einer ersten kritischen Drehzahl und bei Annäherung an eine weitere kritische Drehzahl die Zugspannung in der Wickelwelle in die gegengesetzte Richtung der vorherigen Veränderung erfolgt. Alternativ kann die Veränderung der Zugspannung aber auch in die gleiche Richtung wie zuvor erfolgen.
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Eine erfindungsgemäße Wickelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einspannung parallel zur der Längsachse der Wickelwelle bewegbar ist. Hierbei können die Einspannungen natürlich zur Anpassung an unterschiedlich lange Wickelwellen in Richtung der Längsachse der Wickelwelle bewegbar sein. Zusätzlich ist die Einspannung aber auch derart in Längsrichtung der Wickelwelle bewegbar, dass eine Zugspannung in der Wickelwelle aufgebracht oder abgebaut werden kann. Dazu ist die Einspannung derart mit der Wickelwelle verbindbar, das eine Zug- oder Druckkraft in die Wickelwelle einbringbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine kraft-, form- oder reibschlüssige Verbindung der Einspannung mit der Wickelwelle erfolgen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Einspannung und die zweite Einspannung parallel zur der Längsachse der Wickelwelle bewegbar sind.
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Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
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Es zeigen
- 1 Schematischer Aufbau einer erfinderischen Wickelvorrichtung
- 2 Schematisches Drehzahl-/Zeit-Diagramm einer Wickelwelle einer Stand-alone-Wickelvorrichtung während eines Wickelzyklus
- 3 Schematische Darstellung eines Drehzahl-/Zeit-Diagramms einer Wickelwelle eines Inlinewicklers während eines Wickelzyklus
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1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfinderischen Wickelvorrichtung 100. Eine Wickelwelle 110 ist an ihren jeweiligen Stirnseiten in eine erste Einspannung 121 bzw. eine zweite Einspannung 122 eingespannt. Die Einspannungen 121, 122 sind in Richtung der Längsachse der Wickelwelle 110 bewegbar, wie durch die Doppelpfeile in den Einspannungen 121, 122 angedeutet ist. Durch die translatorische Bewegung einer oder beider der Einspannungen 121, 122 läßt sich der Zugspannungszustand in der Wickelwelle 110 verändern, sofern sich durch die Bewegung eine Zug- oder Druckkraft auf die Wickelwelle 110 überträgt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Wickelwelle 110 beispielsweise kraft-, form- oder reibschlüssig in die Einspannungen 121, 122 eingespannt ist.
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2 zeigt ein schematisches Drehzahl-/Zeit-Diagramm einer Wickelwelle 110 einer Standalone-Wickelvorrichtung während eines Wickelzyklus. Dabei ist die Drehzahl n der Wickelwelle 110 über der Zeit t aufgetragen. Zunächst wird die Wickelwelle 110 stark bis auf eine Maximaldrehzahl beschleunigt. Dabei durchläuft sie in diesem Ausführungsbeispiel von niedrigen Drehzahlen kommend an den in der Figur mit Kreuzen angedeuteten vier kritische Drehzahlen nk1, nk2, nk3, nk4. Um eine im Wesentlichen konstante Abzugsgeschwindigkeit des Wickelguts zu erreichen, muss die Drehzahl der Wickelwelle 110 mit steigendem Rollendurchmesser degressiv abgesenkt werden. Dabei durchläuft die Wickelwelle 110 in diesem Ausführungsbeispiel von höheren Drehzahlen kommend erneut die kritischen Drehzahlen nk3 und nk4. Ist die Rolle voll oder wird die Produktion beendet, wird die Wickelwelle 110 bis zum Stillstand abgebremst. Dabei durchläuft die Wickelwelle 110 in diesem Ausführungsbeispiel wieder von höheren Drehzahlen kommend erneut die kritischen Drehzahlen nk2 und nk1. Wie oft eine kritische Drehzahl bei dem Prozess auftritt ist grundsätzlich u.a. von Material und Durchmesser der Wickelwelle abhängig Mit dem erfinderischen Verfahren wird der Zugspannungszustand jeweils bei Annäherung an die kritischen Drehzahlen nk1, nk2, nk3, nk4 verändert. Dadurch verändern sich die kritischen Drehzahlen der Wickelwelle 110 zu anderen Drehzahlen n, die entweder oberhalb oder unterhalb der jeweils kritischen Drehzahl nk1 ohne Veränderung des Zugspannungszustands liegen. Dadurch kann die Wickelwelle 110 die entsprechenden Drehzahlen nk1 durchlaufen, ohne dass es zu einem merklichen Aufschwingen der Wickelwelle 110 kommt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehzahl-/Zeit-Diagramms einer Wickelwelle 110 eines Inlinewicklers während eines Wickelzyklus. Dabei ist erneut die Drehzahl n der Wickelwelle 110 über der Zeit t aufgetragen. Zunächst wird die Wickelwelle 110 extrem stark bis auf eine Maximaldrehzahl beschleunigt. Dabei durchläuft sie in diesem Ausführungsbeispiel von niedrigen Drehzahlen kommend an den in der Figur mit Kreuzen angedeuteten vier kritische Drehzahlen nk1, nk2, nk3, nk4. Nach einem Anwickeln wird die Drehzahl der Wickelwelle 110 mit steigendem Rollendurchmesser degressiv abgesenkt, um eine im Wesentlichen konstante Abzugsgeschwindigkeit des Wickelguts zu erreichen. Dabei durchläuft die Wickelwelle 110 in diesem Ausführungsbeispiel von höheren Drehzahlen kommend erneut die kritischen Drehzahlen nk4 bis nk1. Ist die Rolle voll, wird die Wickelwelle 110 bis zum Stillstand abgebremst (in der Figur nicht mehr dargestellt), wobei sie in diesem Ausführungsbeispiel keine weitere kritische Drehzahl nk1 durchläuft. Auch hier ist es grundsätzlich u.a. von Material und Durchmesser der Wickelwelle abhängig, wie oft eine kritische Drehzahl bei dem Prozess auftritt. Auch beim Inlinewickler ist das erfinderische Verfahren anwendbar. Wobei der Zugspannungszustand der Wickelwelle 110 jeweils bei Annäherung an die kritischen Drehzahlen nk1, nk2, nk3, nk4 verändert wird, wodurch sich die kritischen Drehzahlen der Wickelwelle 110 zu anderen Drehzahlen n, die entweder oberhalb oder unterhalb der jeweils kritischen Drehzahl nk1 ohne Veränderung des Zugspannungszustands liegen, verändert. Dadurch kann die Wickelwelle 110 die entsprechenden Drehzahlen nk1 durchlaufen, ohne dass es zu einem merklichen Aufschwingen der Wickelwelle 110 kommt.
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Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wickelvorrichtung
- 110
- Wickelwelle
- 121
- Erste Einspannung
- 122
- Zweite Einspannung
- n
- Drehzahl
- nki
- i-te kritische Drehzahl
- nSch
- Schwellwert
- t
- Zeit
