-
Die Erfindung betrifft einen Wickler zum Wickeln einer Materialbahn.
-
Insbesondere bei der Produktion von Kunststoff-Folien ist das Aufwickeln der Folienbahn ein komplizierter Prozess-Schritt, da Kunststoff-Folien in einer großen Vielfalt mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden. Hierdurch wird das Wickelverhalten vielfältig beeinflusst, sodass ein entsprechender Wickler flexibel auf das Verhalten der zu wickelnden Materialbahn anpassbar sein muss.
-
Typische Verarbeitungsgeschwindigkeiten bei der Produktion von Kunststoff-Folien reichen von 2 bis 1000 m/min, während die fertigen Folienrollen üblicherweise einen Durchmesser von 50 bis 2000 mm und eine Breite von 10 bis 6000 mm besitzen können. Die Dicken der Kunststoff-Folien können von wenigen Mikrometer bis in den Millimeterbereich reichen. Die Rezeptur von Kunststoff-Folien basiert beispielsweise auf Polyolefinen (wie PE Polyethylen oder PP Polypropylene) und reicht von der monoextrudierten Folie, bestehend aus einer einzigen Schicht, bis zur coextrudierten Mehrschichtfolie mit drei, fünf oder mehr Lagen.
-
In Abhängigkeit von der Produktionstechnik ist außerdem zwischen Flach- und Schlauchfolienbahnen zu unterscheiden. Flachfolienbahnen entstehen bei der Gießfolien-Extrusion, während Schlauchfolienbahnen bei der Blasfolien-Extrusion verarbeitet werden müssen.
-
Schließlich unterliegt die herzustellende Folienrolle auch noch weiteren Anforderungen bei der Weiterverarbeitung. Je nach Anforderung werden entweder große Rohrollen, sogenannte Mutterrollen, hergestellt, oder die Folienbahn wird in dem Wickler direkt in mehrere Einzelbahnen geschnitten, die zu schmaleren Folienrollen, sogenannten Nutzen, aufgewickelt werden.
-
Als Wickelkerne kommen unterschiedliche Hülsenarten (Hartpapier, Kunststoff, Stahl) zum Einsatz. Bei speziellen Anwendungen wird auch hülsenlos auf eine Stahlwelle aufgewickelt, die nach dem Wickelprozess dann entfernt werden kann. Die Entnahme der fertigen Folienrollen aus dem Wickler erfolgt üblicherweise ohne Unterbrechung des Folienproduktionsprozesses mit Hilfe spezieller Rollenwechselsysteme. Die fertigen Folienrollen werden danach beispielsweise an Endverbraucher geliefert (z.B. zur Verarbeitung als Verpackungsmaterial) oder werden einer Weiterverarbeitung zugeführt, z.B. in Beschichtungs- und Verstreckungsanlagen oder in Druckmaschinen.
-
Insgesamt besteht ein Wickler zum Wickeln einer Materialbahn in der Regel aus einer Zuführstation zur Förderung der Materialbahn in den Wickler, einer Wickelstation zur Wicklung der von der Zuführstation geförderten Materialbahn auf eine Folienrolle, einer Wechselstation zur Durchführung eines fliegenden Wechsels der Materialbahn von der fertigen Folienrolle auf eine neue Wickelhülse und einer Übergabestation, in der die fertige Folienrolle zur Weiterverarbeitung aus dem Wickler entnehmbar ist. Die Prozesse in der Zuführstation, der Wickelstation, der Wechselstation und der Übergabestation werden dabei von einer Steuereinheit bzw. von mehreren Steuereinheiten gesteuert.
-
Bei dem in der Wickelstation eingesetzten Wickelverfahren wird regelmäßig die Folienbahn über eine Umlenkwalze geführt und dann auf eine Folienrolle aufgewickelt. Hinsichtlich des Zusammenspiels zwischen Umlenkwalze und Folienrolle ist dabei zwischen den folgenden drei Verfahren zu unterscheiden:
- • Kontaktwicklung,
- • Zentralwicklung und
- • Kontakt-Zentralwicklung.
-
Bei der Kontaktwicklung wird nur die Umlenkwalze angetrieben, wobei die Umlenkwalze dabei als Kontaktwalze arbeitet und gegen die Folienrolle gepresst wird. Der Kontaktdruck muss derart gewählt werden, dass der Folienwickel in Drehung versetzt wird und gleichzeitig ein Schlupf sicher vermieden wird. Außerdem wird über den Kontaktdruck auch die Härte des Folienwickels beeinflusst. Die Kontaktwicklung ist somit ein einfaches Verfahren für unempfindliche Folien.
-
Bei der Zentralwicklung wird im Gegensatz zur Kontaktwicklung die Folienrolle angetrieben. Die Umlenkwalze wird in der Regel nicht gegen die Folienrolle angestellt, sondern wird im Abstand zur Folienrolle mit einem definierten Wickelspalt betrieben. In diesem Fall wird deshalb auch von „Spaltwicklung“ gesprochen. Die Zentralwicklung ist vor allem für empfindliche und weich zu wickelnde Folien geeignet, für die eine Kontaktwicklung nicht in Betracht kommt.
-
Bei der Kontakt-Zentralwicklung handelt es sich um eine Kombination aus Kontaktwicklung und Zentralwicklung, sodass nunmehr sowohl die Umlenkwalze als auch die Folienrolle angetrieben werden. Mit diesem Verfahren kann den unterschiedlichsten Folienarten über die Einstellung von Bahnzug- und Kontaktkräften Rechnung getragen werden. Auch das Wickeln mit einem definierten Wickelspalt oder das Aufbringen einer in engen Grenzen geregelten Kontaktkraft sind möglich. Die Kontakt-Zentralwicklung erlaubt es somit, einen Wickler mit maximaler Flexibilität zu betreiben.
-
Ein weiterer wichtiger Maschinenparameter in der Wickelstation ist die Lagerung der Folienrolle gegenüber dem Maschinenrahmen. Hierbei sind regelmäßig die folgenden vier Maschinenkonzepte zu unterscheiden:
- • Tragschienenwickler
- • Schwenkarmwickler
- • Wendewickler
- • Dreharmwickler
-
Beim Tragschienenwickler verschiebt sich der Mittelpunkt der Folienrolle mit zunehmendem Rollendurchmesser entlang einer horizontalen Führungsschiene. Tragschienenwickler arbeiten häufig mit dem Verfahren der Kontaktwicklung, allerdings können je nach Maschinenausstattung auch die Zentralwicklung oder die Kontakt-Zentralwicklung zum Einsatz kommen. Der Tragschienenwickler basiert auf einem einfachen Prinzip und ist daher als Wickler weit verbreitet.
-
Im Schwenkarmwickler wird die Folienrolle in einem gestellfesten Dreharm aufgenommen, der mit zunehmendem Rollendurchmesser von der Kontaktwalze abschwenkt. Bei entsprechender Maschinengestaltung kann das Rollengewicht im Kontaktwickelmodus zur Erzeugung des Kontaktdrucks genutzt werden. Darüber hinaus kann die Kontaktwalze horizontal beweglich gelagert werden, um feinfühlig einstellbare Kontaktdrücke zu ermöglichen. Mit einem zweiten Antrieb ist auch eine Kontakt-Zentralwicklung möglich. Nachdem die Wicklung abgeschlossen ist, wird der Dreharm weiterhin dazu verwendet, um die fertige Folienrolle von der Wickelstation in die Übergabestation abzulegen.
-
Beim Wendewickler sind zwei Wickelwellen auf einer drehbaren Wendescheibe angeordnet. Ist der gewünschte Rollendurchmesser bei der Folienrolle erreicht, schwenkt die Wendescheibe während des laufenden Wickelvorgangs um 180° und bringt eine leere Wickelhülse in die Anwickelposition. Die Folienbahn wird automatisch abgetrennt, und der Anfang der Folienbahn wird auf die neue Hülse angewickelt. Aus der abgeschwenkten Wickelposition wird die fertige Folienrolle entnommen. Wendewickler arbeiten üblicherweise nach dem Verfahren der Zentralwicklung. Neben Wicklern mit zwei Wickelpositionen auf der Wendescheibe kommen bei schnell laufenden Anwendungen (z.B. Stretchfolien-Kurzrollen) auch Wendewickler mit bis zu vier Wickelpositionen zum Einsatz.
-
Beim Dreharmwickler wird eine Wickelwelle auf einer kreisringförmigen Wendescheibe aufgenommen. Eine zweite Wickelwelle wird in einem Dreharm gehalten, der unabhängig von der Wendescheibe geschwenkt werden kann. Mit Dreharmwicklern können auf diese Weise die bei Wendewicklern im Wendevorgang auftretenden Bahnlängenänderungen und die damit zwangsläufig verbundenen Prozessbeeinflussungen reduziert werden.
-
Bei der Wicklung einer Kunststoff-Folie fließen sämtliche der oben genannten Parameter in die Qualität der hergestellten Folienrolle ein. Nur eine qualitativ hochwertig gewickelte Folienrolle ermöglicht den reibungslosen Ablauf von den nachfolgenden Verarbeitungsprozessen, wie Kaschierung, Bedruckung oder Konfektionierung. Neben allgemeinen Kenngrößen wie Rollenbreite, Gewicht, Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Lauflänge sind Kantengeradheit, saubere Kantenverlegung, Rundheit, Auswuchtung und Transparenz bzw. Opazität der Folienrolle wichtige Qualitätskriterien.
-
Ein weiterer Parameter zur Erreichung einer hohen Wickelqualität kann die Folienseite bzw. die Drehrichtung sein, mit der die Folienbahn auf die Folienrolle aufgewickelt wird, da mehrschichtige Folien auf den verschiedenen Folienseiten auch verschiedene Folieneigenschaften haben können.
-
Um eine Folie wahlweise mit unterschiedlichen Drehrichtungen aufwickeln zu können, werden in der Wechselstation sogenannte VSK-Walzen eingesetzt (VSK steht für die Abkürzung von „Vakuum-Schneid-Kontakt-Walze“). Durch die Integration des Schneidmesser in der Umlenkwalze bzw. der Kontaktwalze wird die Folie bei Einsatz der VSK-Walze aus der Walze heraus geschnitten. Dies ermöglicht einen rechtwinkeligen Schnitt und ein produktionssicheres, umschlagfreies Anwickeln auf der neuen Wickelhülse unabhängig von der Drehrichtung. Durch das kurz vor dem Schnitt über die gesamte Breite der Walze erfolgende Ansaugen der Folie kann die Folie zudem sicher von der neuen Wickelhülse ohne Faltenbildung aufgenommen werden.
-
VSK-Walzen sind jedoch verhältnismäßig aufwendig hinsichtlich Kosten und Wartung.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kostengünstigen Wickler zum Wickeln einer Materialbahn mit wahlweiser Drehrichtung bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Der erfindungsgemäße Wickler zum Wickeln einer Materialbahn umfasst eine Zuführstation zur Förderung der Materialbahn in den Wickler, eine Wickelstation zur Wicklung der von der Zuführstation geförderten Materialbahn auf eine Folienrolle, eine Wechselstation zur Durchführung eines fliegenden Wechsels der Materialbahn von der fertigen Folienrolle auf eine neue Wickelhülse, und eine Übergabestation, in der die fertige Folienrolle zur Weiterverarbeitung aus dem Wickler entnehmbar ist, wobei die Wechselstation eine Umlenkwalze und eine axial verschiebbare Ziehklinge zum Trennen der Materialbahn im Moment des Wechsels aufweist, und wobei die Materialbahn der Umlenkwalze wahlweise mit zwei unterschiedlichen Drehrichtungen zuführbar ist, sodass in der Folge die Materialbahn von der neuen Wickelhülse ebenso wahlweise mit zwei unterschiedlichen Drehrichtungen aufnehmbar ist, wobei der Transport der Materialbahn zwischen der Umlenkwalze und der neuen Wickelhülse zumindest in einer Drehrichtung durch Mittel zum Beaufschlagen der Materialbahn mit einer elektrostatischen Ladung unterstützt wird.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mittel zum Beaufschlagen der Materialbahn mit einer elektrostatischen Ladung aus einer Elektrodenanordnung. Alternativ oder zusätzlich können die Mittel zum Beaufschlagen der Materialbahn mit einer elektrostatischen Ladung auch aus einer Bürstenanordnung bestehen.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Materialbahn aus einer Kunststoff-Folie besteht.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Doppel-Tragschienenwicklers einer Blasfolien-Extrusionsanlage,
- 2 eine erste Ansicht der Wickelstation und der Wechselstation des linken Tragschienenwicklers gemäß 1,
- 3 eine zweite Ansicht der Wickelstation und der Wechselstation des linken Tragschienenwicklers gemäß 1, und
- 4 eine schematische Ansicht der Elektrodenanordnung gemäß 2 und 3.
-
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Doppel-Tragschienenwicklers einer Blasfolien-Extrusionsanlage. Die vorgeschaltete Blasfolien-Extrusionsanlage liefert einen Folienschlauch 101, der über eine Bahnmittenregelung 102 geführt wird und im Anschluss daran eine Vorbehandlung 103 zur Erhöhung der Oberflächenspannung passiert. Danach fördert der Vorzug 104 den Folienschlauch zu der Längsschneide-Einrichtung 105, wo der Folienschlauch aufgeschlitzt und in zwei Materialbahnen 122, 123 aufgeteilt wird. Der weitere Betrieb läuft dann im Prinzip symmetrisch ab, d.h. die erste Materialbahn 122 wird dem linken Tragschienenwickler 131 zugeführt und die zweite Materialbahn 123 wird dem rechten Tragschienenwickler 132 zugeführt.
-
Ihrem grundsätzlichen Aufbau nach bestehen die Tragschienenwickler 131, 132 aus einer Zuführstation 133, 134 zur Förderung der Materialbahn in den Wickler, einer Wickelstation 135, 136 zur Wicklung der von der Zuführstation geförderten Materialbahn auf eine Folienrolle, einer Wechselstation 139, 140 zur Durchführung eines fliegenden Wechsels der Materialbahn von der fertigen Folienrolle auf eine neue Wickelhülse und einer Übergabestation 137, 138, in der die fertige Folienrolle zur Weiterverarbeitung aus dem Wickler entnehmbar ist.
-
In der Zuführstation 133, 134 befinden sich Pendelwalzen 106, 107, die die Bahnspannung messen. Mit diesen Messwerten errechnet die Steuereinheit (nicht näher dargestellt) die benötigten Antriebswerte im Tragschienenwickler 131, 132, um die Bahnspannung auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln. In der Zuführstation 133, 134 können sich außerdem beispielsweise Längsschneide-Vorrichtungen 108, 109 vorgesehen sein, die mit Breitstreck-Walzen zusammenwirken, um die Materialbahn in mehrere parallele Nutzen aufzuteilen und zu konfektionieren.
-
Das Kernstück der Wickelstation 135, 136 bilden die Umlenkwalze 112, 113 sowie die Folienrolle 114, 115. Die Folienrolle 114, 115 ist dabei entlang einer horizontalen Führungsschiene in Abhängigkeit vom Rollendurchmesser verschiebbar. Direkt an der Wickelstation 135, 136 ist außerdem jeweils eine Wechselstation 139, 140 mit Funktionen zum automatisierten Rollenwechsel vorgesehen. Dazu gehört insbesondere auch eine axial verschiebbare Ziehklinge, die die Materialbahn bei Erreichen des Durchmessers der fertigen Folienrolle durchtrennt. Über geeignete Anwickelmechanismen wird das durch den Schnitt erzeugte Folienende automatisch auf die neue Wickelhülse angewickelt. Hierzu werden neue Hülsen zusammen mit Wickelwellen in dem Magazin 110, 111 vorgehalten und beim Rollenwechsel vollautomatisch in die Anwickelposition gebracht.
-
Die Übergabestation 137, 138 ist schließlich für den Abtransport der häufig mehrere Tonnen schweren fertigen Folienrollen 116, 117 verantwortlich. Hierzu sind beispielsweise Ablegearme 118, 119 und Kransysteme 120, 121 vorgesehen. Die Kransysteme 120, 121 dienen außerdem dazu, um neue Hülsen in dem Magazin 110, 111 zur neuerlichen Verwendung abzulegen.
-
2 zeigt eine erste Ansicht der Wickelstation und der Wechselstation des linken Tragschienenwicklers gemäß 1. Entsprechende Komponenten aus 1 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sodass insofern auf die Beschreibung gemäß 1 verwiesen wird. Die Wickelstation 135 besteht im Einzelnen aus der Führungswalze 201, der Umlenkwalze 112 und der Folienrolle 114. Darüber hinaus besteht die Wechselstation 139 aus der neuen Wickelhülse 203, der entlang des Balkens 205 verschieblich geführten Ziehklinge 206 sowie der Abhebewalze 204. Außerdem umfasst die Wechselstation 139 eine Elektrodenanordnung 202, die allerdings erst in der zweiten Ansicht gemäß 3 in Aktion tritt, sodass insoweit auf die Beschreibung gemäß 3 verwiesen wird.
-
Zur Durchführung eines fliegenden Wechsels wird die Abhebewalze von der gestrichelt gezeichneten Position entlang des Pfeils 207 zu der Position 204' verschoben. Dadurch wird die Materialbahn 122 von der Umlenkwalze 112 abgehoben und in die Schneidbahn der Ziehklinge 206 gebracht. Im nächsten Schritt wird die Ziehklinge 206 entlang des Pfeils 208 verschoben, wodurch die Materialbahn durchtrennt wird. Das lose Bahnende wird sodann von der neuen Wickelhülse 203 aufgenommen, womit der fliegende Wechsel vollzogen ist. In einem letzten Schritt wird die fertige Folienrolle 114 zur Weiterverarbeitung in die Übergabestation 118 verschoben und die neue Wickelhülse 203 sodann auf die Position der vormaligen Folienrolle geschwenkt. Gleichzeitig wird die Abhebewalze 204' wieder zurück auf die Position 204 verfahren.
-
3 zeigt eine zweite Ansicht der Wickelstation und der Wechselstation des linken Tragschienenwicklers gemäß 1. Entsprechende Komponenten aus 1 und 2 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sodass insofern auf die Beschreibung gemäß 1 und 2 verwiesen wird. Der Unterschied zu der ersten Ansicht gemäß 2 besteht darin, dass die Materialbahn 122 nunmehr mit der entgegengesetzten Seite und Drehrichtung der Wickelstation 135 und der Wechselstation 139 zugeführt wird. Eine Besonderheit der Erfindung besteht hierbei darin, dass die Positionen der einzelnen Walzen der Wickelstation 135 und der Wechselstation 139 unverändert bleiben und dementsprechend die gleichen Funktionen ausführen. Dies ermöglicht einen sehr kostengünstigen Aufbau mit dem gleichzeitigen Vorteil der Flexibilität hinsichtlich der Wickelrichtung.
-
Der Ablauf des fliegenden Wechsels läuft im Prinzip analog zu der ersten Ansicht gemäß 2 ab, sodass insoweit auf die Beschreibung gemäß 2 verwiesen wird. Es gibt lediglich 2 Unterschiede:
- Der erste Unterschied besteht darin, dass die Ziehklinge 206 im Moment des fliegenden Wechsels zusätzlich noch in Richtung des Pfeils 301 verschoben wird, um den geänderten Winkel der Materialbahn 122 auszugleichen.
- Der zweite Unterschied besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 202 im Moment des fliegenden Wechsels aktiviert wird, sodass das lose Ende der durchtrennten Materialbahn 122 an der Umlenkwalze 112 haftet und von der neuen Wickelhülse 203 aufgenommen werden kann.
-
4 zeigt eine schematische Ansicht der Elektrodenanordnung 202 gemäß 2 und 3. Wie bereits erwähnt, wird die Elektrodenanordnung 202 nur in der Ansicht gemäß 3 im Moment des fliegenden Wechsels aktiviert. Die Funktion basiert dabei auf dem Prinzip der Verschiebungspolarisation.
-
Bringt man ein nichtleitendes Material („Dielektrikum“) ohne elektrische Dipole in ein homogenes elektrisches Feld ein, so werden die Ladungsschwerpunkte in allen Atomen leicht verschoben und jeder Atomkern gerät etwas aus dem Zentrum seiner Elektronenhülle. Alle Atome werden somit zu elektrischen Dipolen, auch wenn sie ursprünglich keinen Dipolcharakter besessen haben. Diese Form der Polarisation wird Verschiebungspolarisation genannt.
-
Aufgrund dieses Prinzips wird nunmehr die Elektrodenanordnung 202 beispielsweise mit einem positiven Potenzial und die Umlenkwalze mit einem negativen Potenzial beaufschlagt. In dem Raum zwischen der Elektrodenanordnung 202 und der Umlenktwalze 112 entsteht dadurch ein annähernd homogenes elektrisches Feld, durch das die Materialbahn 122 geführt wird, die hierbei als Dielektrikum wirkt. Bei Austritt aus der Elektrodenanordnung 202 verschwindet die Verschiebungspolarisation nicht sofort wieder, sondern hält weiter an, sodass Materialbahn 122 aufgrund des Dipolcharakters an der negativ geladenen Umlenkwalze 112 haftet und damit im Moment des fliegenden Wechsels sicher zu der neuen Wickelhülse 203 geführt werden kann.
