-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glätten von Flächengebilden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Die Herstellung von Flächengebilden, insbesondere von dekorativen Folien und Kunstlederprodukten, erfolgt üblicherweise unter Anwendung gängiger Herstellungsverfahren, beispielsweise auf einem Kalander, indem ein zuvor plastifizierter thermoplastischer oder elastomerer Werkstoff zu einem Flächengebilde ausgewalzt wird. Dieses Flächengebilde wird üblicherweise zur platzsparenden Lagerung und für eine komfortablere Handhabung für den Transport um einen zylindrisch geformten Dorn in einer Aufwickelvorrichtung gewickelt. Danach wird das Flächengebilde weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen, beispielsweise zum Lackieren oder zum Strukturieren bzw. Prägen der Oberfläche, wobei das Flächengebilde üblicherweise mehrfach von dem zylindrischen Dorn ab- und wieder aufgewickelt wird.
-
Insbesondere beim Aufwickeln des Flächengebildes besteht dabei durch mechanische Spannungen im Flächengebilde die Gefahr von Faltenbildung. Besonders nachteilig ist, dass sich eine gebildete Falte beim Umwickeln des Flächengebildes um den Dorn auf die weiteren Wicklungen übertragen kann und somit zu viel Abfall und entsprechend hohen Kosten führen kann. Daher wird der Vermeidung von Falten beim Aufwickeln von Flächengebilden üblicherweise ein besonders hoher Stellenwert beigemessen.
-
Aus dem Stand der Technik sind diverse Anwendungen und Ausführungen für Glättungsvorrichtungen bekannt.
-
Die
DE 1729043 A1 offenbart einen Kalander mit einer hinter diesem angeordneten Reckeinrichtung aus mehreren kleinen Walzen zum Längsstrecken eines Flächengebildes im plastischen Bereich auf ein noch dünneres Maß.
-
Nachteilig bei diesem Verfahren sei zu erwähnen, dass durch das Längsstrecken eine Faltenbildung in Querrichtung nicht unterbunden werden kann und dieser Effekt durch das Längsstrecken sogar noch verstärkt auftreten kann.
-
Die
DE 1561758 A1 offenbart eine Maschine zum Aufkleben von Folien auf Karton oder Pappe. Hierbei erfolgt die Zuführung der Folienabschnitte über zwei Walzen, denen eine gegenläufig drehende Andruckrolle zum Ausstreichen von Falten zugeordnet ist.
-
Auch diese Lösung hat zum Nachteil, dass eine Faltenbildung in Querrichtung nicht unterbunden werden kann.
-
Der Einsatz von Walzen oder Umlenkrollen, die ihre Umfangslänge variabel anpassen und so bedarfsweise das dieses umschlingende Material dehnen können, bietet eine weitere Möglichkeit zur Glättung von Flächengebilden. Dies kann beispielsweise durch in radialer Richtung verschiebbare Segmente auf der Walzenoberfläche erfolgen. Hierbei verschieben Exzenterscheiben die Segmente bei Rotation der Walze. Das die Walze umschlingende Flächengebilde übt dabei eine der Fliehkraft entgegengerichtete Kraft, die abhängig von der Intensität der Faltenbildung ist, auf die Segmente der Walze aus und bestimmt somit den Grad der Erweiterung des Walzendurchmessers.
-
Alternativ können auch dehnfähige Gummischnüre um die Walze gelegt werden, die durch Taumelscheiben bei Rotation der Walze über ihren Umfang gedehnt werden können.
-
Der Nachteil beider zuvor beschriebenen Konstruktionen ist, dass die Streckung stark vom Umschlingungswinkel um die Walze abhängig ist. Eine hinreichende Glättung des Flächengebildes erfolgt üblicher Weise erst bei einem Umschlingungswinkel des Flächengebildes um die Walze von > 90°, welcher aus konstruktiven Gründen nicht immer realisiert werden kann.
-
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, so genannte Breitstreck- oder Spiralwalzen einzusetzen. Diese können sowohl als eine sogenannte „Bananenwalze“ als auch in Form einer „Lamellenwalze“ ausgeführt sein. Im Fall der „Bananenwalze“ ist diese in Form einer gebogenen Achse ausgeführt, auf der eine Vielzahl gelagerter Walzen angeordnet sind. Durch die Biegung wird das Flächengebilde von der Mitte nach links und rechts gestreckt. Der Grad der Durchbiegung bestimmt dabei die Intensität der Querstreckung des Flächengebildes.
-
„Lamellenwalzen“ sind als eine drehbar gelagerte, sich über die gesamte Breite des Flächengebildes erstreckende Walze ausgebildet, die über einen elastischen, profilierten Walzenbezug verfügt. Die Profilierung ist derart ausgebildet, dass, von der radialen Mittelebene aus betrachtet, einzelne Lamellen in der linken und der rechten Hälfte einander konträr gewinkelt hinterschnitten sind. Durch die radiale Kraftkomponente eines die Walze umschlingenden Flächengebildes können die Lamellen heruntergedrückt werden und erfahren dabei durch die gewinkelte Hinterschneidung eine seitliche Bewegung. Durch die adhäsiven Kräfte zwischen dem Flächengebilde und den Lamellen der Walze kann das Flächengebilde von der Mitte aus in beide Seiten quer zur Förderrichtung gestreckt werden.
-
Nachteilig sei auch hier erwähnt, dass der auswirkende Effekt der Glättung des Flächengebildes erst mit ansteigendem Umschlingungswinkel des Flächengebildes um die „Lamellenwalze“ zunimmt und stark vom Anpressdruck des Flächengebildes abhängig ist.
-
Aufgabe
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, womit eine Faltenbildung bei der Herstellung verschiedener Ausführungsformen von Flächengebilden, insbesondere bei der Herstellung von Folien und Kunstleder, effektiv und bzw. oder unter flexibler Einstellung von Maschinenparametern unterbunden werden kann. Dies soll vorzugsweise möglichst einfach, kompakt, kostengünstig und bzw. oder langlebig umgesetzt werden können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Vorrichtung geschaffen werden.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1. Hierbei weist die Glättungsvorrichtung wenigstens ein Paar von in Förderrichtung des Flächengebildes nebeneinander im linken und rechten Randbereich des Flächengebildes angeordnete Mecanum-Räder auf, wobei jedes Mecanum-Rad eine Felge mit einer Mehrzahl von auf ihrem Umfang angeordneten Mecanum-Rollen umfasst, welche mit ihrer Rotationsachse zur Rotationsachse der Felge in einem Winkel Alpha versetzt angeordnet sind.
-
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
-
Darüber hinaus offenbart der Anspruch 13 eine Produktionsanlage zum Herstellen eines Flächengebildes mit wenigstens einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die in dem Anspruch 1 offenbarte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Glätten von Flächengebilden kann beispielsweise in Produktionsanlagen zum Herstellen, Lackieren und bzw. oder Prägen von Folien, Kunstlederprodukten oder dergleichen aus polymerem Werkstoff, insbesondere aus einem thermoplastischen oder elastomeren Werkstoff, zum Beispiel aus Polyvinylchlorid (PVC), verwendet werden. Das Flächengebilde kann hierfür von einer Rolle abgewickelt und durch die Produktionsanlage hindurch zu einer Aufwickelvorrichtung gefördert werden. Insbesondere während des Ab- und Aufwickelvorgangs können durch mechanische Spannungen oder thermische Schrumpfvorgänge im Material Falten entstehen, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung durch Ausübung von Kräften auf das Flächengebilde quer zu dessen Förderrichtung geglättet werden können.
-
Die Vorrichtung umfasst hierzu wenigstens ein Paar von in Förderrichtung des Flächengebildes nebeneinander im linken und rechten Randbereich des Flächengebildes angeordneten Mecanum-Rädern, wobei jedes Mecanum-Rad eine Felge mit einer Mehrzahl von auf ihrem Umfang angeordneten Mecanum-Rollen umfasst, welche mit ihrer Rotationsachse zur Rotationsachse der Felge in einem Winkel Alpha versetzt angeordnet sind. Die Felge ist mit anderen Worten gesagt ein in sich drehbar gelagerter rotationssymmetrischer Körper, der auf seinem Umfang mehrere, im Durchmesser kleinere, ebenfalls in sich drehbar gelagerte rotationssymmetrische Körper, im weiteren Verlauf als Mecanum-Rollen bezeichnet, aufweist.
-
Die Rotationsbewegung der Felge ist gleichgerichtet zur Förderrichtung des Flächengebildes ausgebildet, sodass die Mecanum-Rollen, durch den winkligen Versatz der Rotationsachsen zu denen der Felgen, eine quer gerichtete Kraft auf das Flächengebilde ausüben können. Die Mecanum-Rollen sind dabei vorzugsweise aus einem Werkstoff ausgebildet oder auf deren Oberfläche derart beschichtet, dass die Oberfläche der Mecanum-Rollen einen ausreichend hohen Reibbeiwert zu dem geförderten Flächengebilde aufweist, um die zuvor beschriebenen quergerichteten Kräfte auf das Flächengebilde ausüben zu können. So kann eine Kraftübertragung von den Mecanum-Rollen auf das Flächengebilde und eine entsprechende Glättung des Flächengebildes sichergestellt werden.
-
Diese Vorrichtung erweist sich als besonders vorteilhaft, da im Gegensatz zum Stand der Technik ein vom Umschlingungswinkel unabhängiger Glättungseffekt erzielt werden kann.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ergibt sich dadurch, dass der Winkel Alpha, der wie eingangs definiert den Versatz der Rotationsachse der Felge zu denen der Mecanum-Rollen beschreibt, über den Umfang der einzelnen Felge für alle Mecanum-Rollen eines Mecanum-Rades gleich ist. Hierdurch ergibt sich eine über den Umfang des Mecanum-Rades gleichgerichtete und gleichmäßige Krafteinleitung in das Flächengebilde.
-
Zwischen den einzelnen Mecanum-Rädern kann der Winkel vorteilhafter Weise variieren, wodurch bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit der Mecanum-Räder verschieden starke Querkräfte auf das Flächengebilde ausgeübt werden können. Dies kann bei einem einseitigen Verzug des Flächengebildes erforderlich sein.
-
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, dass der Winkel Alpha über den Umfang der einzelnen Felge für alle Mecanum-Rollen des Paares von Mecanum-Rädern gleich ist. Hieraus ergibt sich, dass jedes der einander als Paar zugeordneter und zusammenwirkender Mecanum-Räder eine identische Querkraftkomponente auf das Flächengebilde ausüben kann.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Winkel Alpha des Paares von Mecanum-Rädern entgegengesetzt orientiert. Daraus ergibt sich auf vorteilhafte Weise, dass die zu einem als Paar zugeordneten Mecanum-Räder etwaige Spannungen aus der Mitte des Flächengebildes über den Randbereich nach außen hin ableiten können. Weiterhin kann durch die gegenläufigen Querkraftkomponenten gewährleistet werden, dass das Flächengebilde seine Förderrichtung beibehalten kann, da sich die Querkräfte in Summe betrachtet gegeneinander aufheben können.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt sind mehrere Paare von Mecanum-Rädern in Förderrichtung des Flächengebildes hintereinander angeordnet. Dies kann bei langen Förderstrecken des Flächengebildes von Vorteil sein, wenn hierbei eine weitere Faltenbildung entsteht, die durch weitere Paare von Mecanum-Rädern, welche entlang der Förderrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, von Beginn an vermieden oder nachträglich korrigiert werden kann. Auch können diese mehreren Paare von Mecanum-Rädern unmittelbar beieinander angeordnet sein, um innerhalb einer kurzen Streckung ihre Wirkung zu kombinieren und hierdurch die Glättung hier zu erhöhen.
-
Als besonders vorteilhaft erweist sich, dass jedes Mecanum-Rad oder das Paar von Mecanum-Rädern gemeinsam über einen in der Drehzahl regelbaren Antrieb verfügt, da sich durch Veränderung der Drehzahl eine Anpassung der aufzubringenden Querkraftkomponente der Mecanum-Räder auf das Flächengebilde vornehmen lässt. Es kann somit flexibel und schnell auf Qualitätsschwankungen in der Produktion reagiert werden, ohne dass ein mechanischer und oft aufwendiger Eingriff in die Vorrichtung erforderlich ist. Durch die Einstellung einer mit der Fördergeschwindigkeit des Flächengebildes identischen Rotationsgeschwindigkeit des Mecanum-Rades kann bei Bedarf die Querkraftkomponente auf Null reduziert werden, wenn das Flächengebilde beispielsweise keinerlei Faltenbildung aufweist.
-
Als besonders vorteilhaft erweist sich zum Beispiel bei einseitigem Verzug des Flächengebildes ein separater Antrieb jedes einzelnen Mecanum-Rades, wodurch sich die nach links und rechts gerichtete Querkraftkomponente individuell regeln lässt. Der gemeinsame Antrieb eines Paares von Mecanum-Rädern kann hingegen die Komplexität und den Wartungsaufwand der Vorrichtung reduzieren. Die Regelung der Drehzahl kann durch die Verknüpfung mit der Maschinensteuerung automatisch und in Abhängigkeit und dem Zusammenwirken verschiedenster Parameter erfolgen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist bzw. sind der Antrieb oder die Antriebe ausgebildet, das Paar der Mecanum-Räder mit einer größeren oder kleineren Rotationsgeschwindigkeit als die Fördergeschwindigkeit des Flächengebildes anzutreiben. Relevant für die auszuübende Querkraftkomponente ist bei der erfindungsgemäßen Lösung die Differenzgeschwindigkeit zwischen der Fördergeschwindigkeit des Flächengebildes und der Rotationsgeschwindigkeit der Mecanum-Räder. Dies ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise, dass der Antriebsmotor bzw. die Antriebsmotoren des Paares der Mecanum-Räder durch die Wahl einer höheren oder geringeren Drehzahl in einem für den jeweiligen Betriebsfall optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden können.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist dem Paar von Mecanum-Rädern eine sich über die gesamte Breite des Flächengebildes erstreckende Walze zugeordnet, wobei das Paar von Mecanum-Rädern und die Walze zwischen sich jeweils einen Spalt ausbilden, durch den das Flächengebilde gefördert werden kann. Hieraus ergibt sich auf vorteilhafte Weise, dass große Kräfte auf das Flächengebilde ausgeübt werden können und eine Streckung des Materials durch die Gegenkraft der Walze vermieden werden kann.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ergibt sich dadurch, dass die Walze ausgebildet ist, abschnittsweise von dem Flächengebilde umschlungen zu werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, dass das durch die Mecanum-Räder geglättete Flächengebilde während der Förderung einer Verweilzeit auf dem Umschlingungsbogen der Walze unterliegt. Während dieser Verweilzeit kann das Flächengebilde beispielsweise abkühlen, wobei durch Adhäsionskräfte zwischen Flächengebilde und Walze eine erneute Faltenbildung durch thermische Schrumpfvorgänge vermieden werden kann.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt beträgt der Umschlingungswinkel des Flächengebildes um die Walze kleiner 90°, vorzugsweise zwischen 15° bis 45°. Da die Effektivität der Glättung des Flächengebildes bedingt durch die Mecanum-Räder unabhängig vom Umschlingungswinkel um die Walze ist, bieten möglichst kleine Umschlingungswinkel den Vorteil einer kompakten Bauweise der Produktionsanlage, da häufige Umlenkungen in der Förderrichtung des Flächengebildes vermieden werden können. Die zuvor erläuterte Verweilzeit des Flächengebildes auf dem Umschlingungsbogen der Walze bei etwaiger Abkühlung zur Vermeidung von einer erneuten Faltenbildung durch thermischen Schrumpf kann erfahrungsgemäß mit vergleichsweise geringen Umschlingungswinkeln zwischen 15° bis 45° in ausreichendem Maße erfolgen.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Walze ausgebildet ist, das Flächengebilde linienförmig zu berühren. Hierdurch lässt sich ein äußerst kompakter Aufbau der Produktionsanlage realisieren.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Vorrichtung unmittelbar vor einer Aufwickelvorrichtung oder unmittelbar nach einer Abwickelvorrichtung für das Flächengebilde angeordnet. Dies ermöglicht eine effiziente Glättung des Flächengebildes sowohl zu Beginn des Prozesses, um ungewünschte Prozessstörungen durch fehlerhaftes Material vermeiden zu können, als auch zum Prozessende, um das Aufwickeln eines faltenfreien Flächengebildes gewährleisten zu können. Insbesondere beim Aufwickeln besteht in Folge von Faltenbildung ein großes Risiko, dass sich die Falten auf die einzelnen Wickellagen übertragen können und zu hohen Ausschussraten, verbunden mit entsprechend hohen Kosten, führen können.
-
Weiterhin ergibt sich für eine Produktionsanlage zum Herstellen eines Flächengebildes mit wenigstens einer Vorrichtung, ausgebildet zum Fördern und Glätten eines Flächengebildes, auf vorteilhafte Weise ein kompakter Aufbau. Dies ermöglicht eine große Flexibilität bei der Wahl des Standortes derartiger Produktionsanlagen.
-
Figurenliste
-
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und im Folgenden näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 die schematische Darstellung eines Mecanum-Rades in der Seitenansicht
- 2 die schematische Darstellung des Mecanum-Rades in der Draufsicht
- 3 die Vorrichtung in Zusammenwirken mit einem Flächengebilde und einer Auf-oder Abwickelvorrichtung in der Draufsicht
- 4 die Vorrichtung in Zusammenwirken mit dem Flächengebilde und der Auf-oder Abwickelvorrichtung in der Front- / Seitenansicht
-
Ausführungsbeispiel:
-
1 zeigt die schematische Darstellung eines Mecanum-Rades 2 in der Seitenansicht. Das Mecanum-Rad 2 besteht aus einer Felge 3 mit auf dem Umfang angeordneten Mecanum-Rollen 4. Sowohl die Felge 3 als auch die Mecanum-Rollen 4 sind jeweils drehbar gelagert.
-
2 zeigt die schematische Darstellung des Mecanum-Rades 2 in der Draufsicht. Ein in 2 nicht näher dargestellte Flächengebilde 11 wird in einer Förderrichtung A über das Mecanum-Rad 2 mit einer Fördergeschwindigkeit 9 geführt. Zur Ausübung einer Querkraft auf das Flächengebilde 11 ist es erforderlich, dass das Mecanum-Rad 2 sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit 8 bewegt, die sich von der Fördergeschwindigkeit 9 unterscheidet. Eine Differenzgeschwindigkeit 10 zwischen der Fördergeschwindigkeit des Flächengebildes 11 und der Umfangsgeschwindigkeit 8 des Mecanum-Rades 2 bestimmt in Zusammenwirken mit einer Schrägstellung der Rotationsachse 5 der Mecanum-Rollen 4 zur Rotationsachse 6 der Felge 3 um einen Winkel Alpha 7 die Größe der Querkraftkomponente, welche über die sich auf dem Flächengebilde 11 abrollenden Mecanum-Rollen 4 auf dieses übertragen wird.
-
3 zeigt die Vorrichtung 1 zum Glätten des Flächengebildes 11 mit einer Auf- oder Abwickelvorrichtung 13 in der Draufsicht. Die Vorrichtung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Mecanum-Räder 2, die auf einer gemeinsamen Welle (nicht dargestellt) jeweils im linken und rechten Randbereich des Flächengebildes 11 angeordnet sind. Diese Welle wird über einen nicht näher dargestellten Motor und ein gegebenenfalls dazwischengeschaltetes Getriebe angetrieben und kann in ihrer Drehzahl geregelt werden. Angeordnet ist die Vorrichtung 1 in unmittelbarer Nähe der Auf- oder Abwickelvorrichtung 13, auf der das Rohmaterial des Flächengebildes 11 in die Produktionsanlage einläuft oder diese nach erfolgter Bearbeitung wieder verlässt. Insbesondere beim Aufwickeln des Flächengebildes 11 kommt der Glättung eine besonders hohe Bedeutung zu, damit sich etwaige Falten nicht auf die weiteren aufgewickelten Lagen übertragen.
-
Bei dem Paar von Mecanum-Rädern 2 ist dargestellt, dass die Mecanum-Rollen 4 einander im Winkel entgegengesetzt orientiert sind, sodass die Summe der Querkräfte Null ergibt und das Flächengebilde 11 seine Förderrichtung beibehält.
-
4 zeigt die Vorrichtung 1 zum Glätten des Flächengebildes 11 mit der Auf- oder Abwickelvorrichtung 13 in der Front- / Seitenansicht. Ergänzend zu 3 ist eine Walze 12 dargestellt, die in Zusammenwirken mit dem Mecanum-Rad 2 einen Spalt ausbildet, durch den das Flächengebilde 11 hindurch gefördert wird. Durch den Gegendruck, den die Walze 12 auf das Mecanum-Rad 2 auswirkt, kann eine hohe Kraft auf das Flächengebilde 11 ausgeübt werden, ohne dieses zu dehnen.
-
Bezugszeichenliste
-
- A
- Förderrichtung; Bewegungsrichtung
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Mecanum-Rad
- 3
- Felge
- 4
- Mecanum-Rolle
- 5
- Rotationsachse der Mecanum Rolle
- 6
- Rotationsachse der Felge
- 7
- Winkel Alpha
- 8
- Umfangsgeschwindigkeit Mecanum-Rad
- 9
- Fördergeschwindigkeit Flächengebilde
- 10
- Differenzgeschwindigkeit zwischen Mecanum-Rad und Flächengebilde
- 11
- Flächengebilde
- 12
- Walze
- 13
- Aufwickel- oder Abwickelvorrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1729043 A1 [0005]
- DE 1561758 A1 [0007]
