DE19538155A1 - Aufwickelmaschine und Verfahren zur Steuerung einer Aufwickelmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufwickelmaschine und ein Ver­ fahren zur Steuerung einer Aufwickelmaschine für kontinu­ ierlich zulaufendes bahnförmiges Gut, insbesondere für Kunststoffolien, welches jeweils einer von wenigstens zwei auf einem Wickelrevolver gelagerten und durch Drehung des Wickelrevolvers wechselweise in einen Aufwickel- und in ei­ nen Wechselbereich verfahrbaren Spindeln zuläuft und dort zu einem Wickel aufgewickelt wird, wobei diese Spindel als Arbeitsspindel bezeichnet wird und wobei eine in den Weg des bahnförmigen Gutes einführbare Anlege- und Abschneide­ vorrichtung zum Abschneiden des bahnförmigen Gutes nach dem Verfahren der Arbeitsspindel in den Wechselbereich und An­ legen des Gutes auf der nunmehr im Aufwickelbereich befind­ lichen Spindel vorgesehen ist.

Solche Aufwickelmaschinen und Verfahren sind bekannt. Da dabei die Aufwickelgeschwindigkeit (in Metern pro Minute) durch die Liefergeschwindigkeit, mit der das bahnförmige Gut der Aufwickelmaschine zugeliefert wird, vorgegeben ist, muß die Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel kontinu­ ierlich verändert werden, damit die Zunahme des Durchmes­ sers des Wickels nicht zu einer unerwünschten Erhöhung der Aufwickelgeschwindigkeit führt. Als einfache und kostengün­ stige Möglichkeit zur kontinuierlichen Regelung der Winkel­ geschwindigkeit der Arbeitsspindel hat sich die sogenannte Zugkraft- oder Zugspannungsregelung bewährt. Dabei wird die von dem laufenden Gut auf eine Meßwalze ausgeübte Zugkraft mittels geeigneter Sensoren erfaßt und in entsprechende Re­ gelsignale umgesetzt.

Allerdings gelangt diese Art der Regelung der Winkelge­ schwindigkeit insbesondere beim Aufwickeln von eine gewisse Elastizität aufweisenden Kunststoffolien sehr schnell dann an ihre Grenzen, wenn es am Ende eines Aufwickelvorganges z. B. durch Drehung des Wickelrevolvers in den Wechselbe­ reich oder durch das Einfahren der Anlege- und Abschneide­ vorrichtung zu einer kurzzeitigen Erhöhung der Zugspannung kommt. Diese Zugspannungserhöhung wird dann nämlich durch die Elastizität der Folie ausgeglichen, noch bevor die Zugspannungssensoren die Änderung erfassen und in entspre­ chende Regelsignale umsetzen können. Dadurch ist die Folie jedes Wickels an wenigstens einem Abschnitt stärker gereckt und damit schmaler als an anderen Abschnitten, was, je nach Art der Folie, erhebliche Qualitätseinbußen bedeuten kann, die oft so groß sind, daß diese stärker gereckten Ab­ schnitte als Ausschuß eingestuft werden müssen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Aufwickelmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, welches die Winkelge­ schwindigkeit beim Wechsel der Spindeln und beim Anlegen und Abschneiden des bahnförmigen Gutes nach dem Verfahren der Arbeitsspindel in den Wechselbereich derart steuert, daß es zu keinen ungewollten Zugspannungserhöhungen kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Verfahren der Arbeitsspindel aus dem Arbeits- in den Wech­ selbereich und/oder beim Einfahren der Anlege- und Ab­ schneidevorrichtung in den Weg des bahnförmigen Gutes ein die Zugkraftregelung ausschaltendes Signal erzeugt und die Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Länge des von dem laufenden Gut in der Aufwickelmaschine vor dem Auftreffen auf den Wickel zurückzulegenden Weges und der zeitlichen Änderung des Radius des Wickels derart gesteuert wird, daß die auf das bahnförmige Gut ausgeübte Zugkraft einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die sich aufgrund der Drehung des Wickelrevolvers bzw. aufgrund des Einfahrens der Anlege- und Abschneidevorrichtung erge­ benden Veränderungen der von dem laufenden Gut vor dem Wickel zurückzulegenden Weglänge nicht zu unerwünschten Verän­ derungen in der Zugkraft führen, sondern daß diese Zugkraft vielmehr einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf hat.

Insbesondere kann die Zugkraft über den gesamten Wickelvor­ gang hinweg konstant gehalten werden, da die sich normaler­ weise beim Verlängern der Weglänge ergebende Zugspannungs­ erhöhung bzw. beim Verkürzen der Weglänge ergebende Zug­ spannungserniedrigung durch eine entsprechende Verminderung oder Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel ausgeglichen wird.

Ebenso wird die sich durch den zunehmenden Radius des Wickels ergebende Erhöhung der pro Umdrehung der Arbeitsspin­ del aufwickelbaren Menge von bahnförmigem Gut durch eine entsprechende Minderung der Winkelgeschwindigkeit der Ar­ beitsspindel ausgeglichen bzw. in vorbestimmter, vom Anwen­ der des Verfahrens vorgebbarer Weise geändert. So ist es z. B. durchaus denkbar, daß insbesondere bei elastischem Gut am Ende eines Aufwickelvorganges die Zugkraft etwas vermin­ dert wird, so daß sich das durch die Einwirkung der Zug­ kraft gereckte Gut quer zur Wickelrichtung gesehen wieder etwas verbreitern kann und dann beim Aufwickeln über die seitlichen Kanten des unter erhöhter Zugkraft aufgewickel­ ten bahnförmigen Gutes hinausragt und so eine sogenannte Schutzwicklung bildet.

In aller Regel wird man jedoch einen möglichst zeitlich konstanten Verlauf der Zugkraft wählen. Wie dazu die Win­ kelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel gesteuert werden muß, ergibt sich beim Drehen des Wickelrevolvers aus den Bahn­ koordinaten der Drehbewegung des Wickelrevolvers, der Dicke des aufzuwickelnden Gutes, dem Radius des Wickels zum Be­ ginn der Drehbewegung und den zeitlichen Verläufen von Zu­ liefergeschwindigkeit und Drehgeschwindigkeit des Wickel­ revolvers. Beim Einfahren der Anlege- und Abschneide­ vorrichtung sind entsprechend die Daten der Anlege- und Ab­ schneidevorrichtung zu berücksichtigen, also insbesondere der zeitliche Verlauf der Änderung des von dem bahnförmigen Gut vor dem Wickel zurückzulegenden Weges aufgrund des Ein­ fahrens der Anlege- und Abschneidevorrichtung. Wenn die Zu­ liefergeschwindigkeit konstant ist und die Zugkraft kon­ stant gehalten werden soll, so ergibt sich die Winkel­ geschwindigkeit der Arbeitsspindel ω(t) zum Zeitpunkt t als:

Dabei ist v_z die Zuliefergeschwindigkeit, ΔW(t) die zeit­ liche Ableitung der Weglängenänderung ΔW(t) und r(t) der Radius des Wickels jeweils zum Zeitpunkt t.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird der Ra­ dius des Wickels kontinuierlich gemessen. Der Radius des Wickels und seine zeitliche Zunahme können zwar theoretisch berechnet werden, wenn die Dicke des aufzuwickelnden Gutes einschließlich z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen eventuell auftretender Dickenänderungen exakt bekannt ist, jedoch gehen in der Praxis in die Berechnung so viele Fak­ toren ein, daß es gerade bei elastischem Gut einfacher und oftmals genauer ist, den Radius des Wickels zu einem gege­ benen Zeitpunkt nicht theoretisch zu berechnen, sondern ihn zu messen.

Das Verfahren ermöglicht die Herstellung qualitativ extrem hochwertiger Wickel. Dennoch wird von den Anwendern oftmals eine zusätzliche Bestätigung der Qualität der so herge­ stellten Wickel verlangt. Insbesondere müssen Unternehmen, die nach einer der Normen ISO 9000 ff. zertifiziert sind oder eine solche Zertifizierung anstreben, nachweisen, daß sie nicht nur theoretisch in der Lage sind, Wickel der ge­ forderten Qualität herzustellen, sondern daß sie auch die Qualität der Wickel z. B. durch eine abschließende Quali­ tätskontrolle sicherstellen.

In der Regel soll ein fertiger Wickel die Form eines senk­ rechten Kreiszylinders besitzen, so daß der Radius des Wickels an unterschiedlichen Positionen entlang seiner Mittel­ achse ein wichtiger Qualitätsparameter ist. Schwankt näm­ lich die Zugspannung beim Aufwickelvorgang in unerwünschter Weise, so wird das Gut unterschiedlich stark gereckt und dadurch in seiner Breite verändert, so daß ein daraus ge­ bildeter Wickel von der idealen Form abweichen und entlang seiner Mittelachse unterschiedliche Radien aufweisen wird.

Bislang wird die Endkontrolle des Wickels meist von einer Kontrollperson vorgenommen, welche ein Meßband an verschie­ denen Stellen um die Mantelfläche des Wickels legt und den zu dem jeweiligen Radius direkt proportionalen Umfang des Wickels an der jeweiligen Stelle mißt.

Jedoch hat sich diese manuelle Vermessung als nicht immer zuverlässig erwiesen. Insbesondere reicht ihre Genauigkeit nicht an die hohe Präzision heran, mit welcher die Wickel mittels des genannten Verfahrens hergestellt werden können. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens derart, daß der Radius jedes fertigen Wickels automatisch an in Bezug auf die Mittelachse des Wickels wenigstens zwei unter­ schiedlichen Positionen gemessen wird, ermöglicht nun eine abschließende Überprüfung der Qualität der Wickel mit der gleichen Präzision, mit der die Wickel hergestellt werden.

Diese abschließende Qualitätsüberprüfung erfolgt vorzugs­ weise dadurch, daß eine Abstandsmeßeinrichtung entlang ei­ ner vordefinierten Bahn über wenigstens einen Teil, insbe­ sondere aber über die gesamte in Richtung der Mittelachse des Wickels gemessene Breite des Wickels verfahren wird und daß dabei eine kontinuierliche oder mehrere diskrete Mes­ sungen des Abstands zwischen der Abstandsmeßeinrichtung und der Mantelfläche des Wickels zur Ermittlung eines kontinu­ ierlichen oder diskreten Radienprofils vorgenommen werden. Unter dem Begriff "Radienprofil" ist dabei eine eindimen­ sionale Matrix zu verstehen, in welcher für jeden einem Ab­ standsmeßpunkt auf der Mantelfläche zugeordneten Punkt auf der theoretischen Mittelachse des Wickels der Wert des Ra­ dius des Wickels festgehalten wird, so daß eine Aussage über die äußere Form des Wickels getroffen werden kann.

Wird der Radius des Wickels an jeweils zwei einander diame­ tral gegenüberliegenden Punkten gemessen bzw. ermittelt, so kann dadurch vorteilhaft eine Verfälschung des Abstands­ meßergebnisses aufgrund einer eventuell durch das Eigen­ gewicht des Wickels hervorgerufenen Durchbiegung der Mittelachse erkannt und entsprechend korrigiert werden.

Alle Radienmessungen, also sowohl die Messung des Radius eines gerade in der Entstehung befindlichen Wickels als auch die abschließende Radiusmessung eines fertigen Wickels, können vorteilhaft berührungslos, z. B. in an sich be­ kannter Weise mittels Ultraschall oder mittels eines Licht­ strahls, insbesondere eines Laserstrahls, erfolgen.

Bei einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der vor dem Ausschalten der Zugkraftrege­ lung zuletzt gemessene Betrag der Zugkraft der Steuerung als Sollwert vorgegeben. Dies hat den Vorteil, daß die Zug­ kraft nach dem Abschalten der Zugkraftregelung nicht ein­ fach auf einen theoretisch vorbestimmten Wert eingestellt wird, welcher eventuell von dem zuletzt gemessenen Zug­ kraftwert abweichen könnte, sondern vielmehr diesen zuletzt gemessenen tatsächlichen Zugkraftwert beibehält, so daß es nicht zu plötzlichen Sprüngen in der Zugspannung kommt.

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens erfolgt die Steuerung der Winkelgeschwin­ digkeit der Arbeitsspindel derart, daß der Betrag der Zug­ kraft zeitlich konstant ist. Dies ermöglicht die Bildung eines Wickels, dessen Gut von Anfang bis Ende mit derselben Zugkraft und damit derselben Verstreckung aufgewickelt wurde, was je nach Art des aufgewickelten Gutes ein wichti­ ges Qualitätsmerkmal sein kann.

Der Erfindung liegt daneben die Aufgabe zugrunde, eine Auf­ wickelmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, welche das Aufwickeln von kontinuierlich zulaufendem bahnförmigen Gut mit vorbestimmter Zugkraft erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Aufwickelma­ schine der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher Si­ gnalgebungsmittel zum Erzeugen eines die Zugkraftregel­ einrichtung beim Drehen des Wickelrevolvers und/oder beim Einfahren der Anlege- und Abschneidevorrichtung in den Weg des bahnförmigen Gutes vor dem Wickel ausschaltenden Signa­ les vorgesehen sind und bei welcher eine Steuereinrichtung zum Steuern der Winkelgeschwindigkeit einer jeden Spindel bei ausgeschalteter Zugkraftregelung vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Aufwickelmaschine kann vorteilhaft da­ durch weitergebildet werden, daß die Anlege- und Abschnei­ devorrichtung mechanisch, insbesondere elektromotorisch po­ sitionierbar ist. Dies erlaubt ein besonders exaktes und genau steuerbares Positionieren der Anlege- und Abschneide­ vorrichtung, so daß die beim Einfahren oder Einschwenken der Anlege- und Abschneidevorrichtung in den Weg des bahn­ förmigen Gutes auftretenden Weglängenänderungen exakt bere­ chenbar sind. Eine solche Positionierung, die eine entspre­ chende Steuerung der Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspin­ del erlaubt, ist beim bislang bekannten hydraulischen Posi­ tionieren der Anlege- und Abschneidevorrichtung aufgrund der bei hydraulischen Systemen immer auftretenden Leckage­ verluste nur mit extrem hohem Aufwand möglich.

Die erfindungsgemäße Aufwickelmaschine weist in zweckmäßi­ ger Weiterbildung eine vorzugsweise mit der Steuereinrich­ tung gekoppelte Meßvorrichtung zum insbesondere kontaktlo­ sen Messen des Radius des Wickels auf. Ist diese Meßvor­ richtung mit der Steuereinrichtung gekoppelt, so wird vor­ teilhaft die kontinuierliche Überwachung des in die Steue­ rung der Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel ein­ fließenden Radius des Wickels möglich und der Radius muß nicht theoretisch berechnet werden.

Die Meßvorrichtung kann derart ausgebildet sein, daß sie eine Messung des Radius des Wickels an in Bezug auf dessen Mittelachse wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen ermöglicht. Dies hat den Vorteil, daß die bereits beschrie­ bene abschließende Radiusqualitätskontrolle durch eine Kon­ trollperson überflüssig wird, indem entweder der Radius des auf der Arbeitsspindel entstehenden Wickels an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen bis zum Abschneiden des kontinuierlich zulaufenden bahnförmigen Gutes überwacht wird, oder aber indem die Meßvorrichtung erst nach dem Ab­ schneiden des bahnförmigen Gutes aktiviert wird und den so­ eben fertiggestellten Wickel radienmäßig überprüft. Dabei kann diese Meßvorrichtung nach dem Abschneiden des bahnför­ migen Gutes an den jetzt im Wechselbereich befindlichen fertigen Wickel herangefahren oder -geschwenkt werden, oder aber es kann eine Abschiebe- und Transporteinrichtung vor­ gesehen sein, welche den fertigen Wickel von der im Wech­ selbereich befindlichen Spindel abschiebt und zu einer wei­ teren Ver- oder Bearbeitung transportiert, wobei dann die Meßvorrichtung nicht unmittelbar im Bereich des Wickelre­ volvers an der Aufwickelmaschine angeordnet sein muß.

Bei der Meßvorrichtung kann es sich um eine entlang einer vordefinierten Bahn verfahr- oder verschwenkbare Abstands­ meßvorrichtung handeln. Vorteilhaft weist diese Abstands­ meßvorrichtung einen Sender zum Aussenden einer Schallwelle oder einer elektromagnetischen Welle in Richtung auf die Mantelfläche des Wickels, einen Empfänger zum Empfangen des an der Mantelfläche reflektierten Teils der Welle und Um­ setzen der Welle in ein entsprechendes Empfangssignal sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Empfangssignals und Bestimmung des Radius des Wickels aus dem Abstand zwischen Abstandsmeßvorrichtung und Mantelfläche des Wickels auf. Auf diese Weise kann der Wickel vermessen werden, ohne sel­ bigen zu berühren und ohne das unter Umständen empfindliche bahnförmige Gut der Gefahr einer Beschädigung auszusetzen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden der Sender und der Empfänger von einem einzigen an sich bekann­ ten Ultraschall-Transceiver realisiert, welcher alternie­ rend Ultraschallwellen in Richtung auf die Mantelfläche des Wickels aussendet und an der Mantelfläche reflektierte An­ teile der Ultraschallwellen empfängt. Der Ultraschall- Transceiver kann an einer zur Mittelachse des Wickels pa­ rallelen Führungsschiene verschieblich gehaltert und ent­ lang dieser Führungsschiene insbesondere mittels eines Spindelantriebs positionierbar ausgebildet sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Aufwickelmaschine sind wenigstens zwei Meß­ vorrichtungen zum vorzugsweise kontaktlosen Messen der Ra­ dien der auf der Aufwickelmaschine hergestellten Wickel vorgesehen. Dabei kann insbesondere eine der Meßvorrichtun­ gen den Radius eines gerade in der Herstellung befindli­ chen, auf der Arbeitsspindel aufgespult werdenden Wickels überwachen, während eine weitere, vorzugsweise zwei weitere Meßvorrichtungen einen fertigen Wickel abschließend über­ prüfen, wobei die Radien vorzugsweise jeweils an diametral gegenüberliegenden Punkten auf der Mantelfläche des Wickels gemessen werden, so daß eine eventuelle Verfälschung des Meßergebnisses durch eine Durchbiegung der Mittelachse des Wickels aufgrund dessen Eigengewichts - wie oben bereits beschrieben - ausgeglichen werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Aufwickelmaschine ist die Steuereinrichtung mit der Überwachungseinrichtung gekoppelt und verfügt über einen Speicher zur Speicherung wenigstens eines der von der Über­ wachungseinrichtung gemessenen Zugkraftwerte. Dieser Zug­ kraftwert kann dann z. B. der Steuereinrichtung als einzu­ haltender Sollwert bei der Steuerung der Winkelgeschwindig­ keit der Arbeitsspindel vorgegeben werden, er kann aber auch zur Bestimmung der verschiedensten Qualitätsparameter des fertigen Wickels gespeichert und z. B. beim Verpacken des fertigen Wickels an eine entsprechende Etikettiervor­ richtung übermittelt und auf dem Wickel angebracht werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den rein beispielhaft zwei mögliche Ausführungs­ formen erfindungsgemäßer Aufwickelmaschinen zeigenden Zeichnungen und deren nachfolgender Beschreibung. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Aufwickel­ maschine mit in Arbeitsstellung be­ findlicher Arbeitsspindel und abge­ schwenkter Anlege- und Arbeitsvorrich­ tung,

Fig. 2 die Aufwickelmaschine gemäß Fig. 1 mit in Wechselstellung verfahrener Ar­ beitsspindel kurz vor Beginn des Ein­ fahrens der Anlege- und Abschneidevor­ richtung,

Fig. 3 dieselbe Aufwickelmaschine mit kom­ plett eingeschwenkter Anlege- und Ab­ schneidevorrichtung kurz vor dem Ab­ schneiden des laufenden Gutes und

Fig. 4 ein Detail einer mit einer mit einer erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrich­ tung ausgerüsteten Aufwickelmaschine.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Aufwickel­ maschine 10 zum Aufwickeln des kontinuierlich zulaufenden bahnförmigen Gutes 12, bei dem es sich z. B. um eine Kunst­ stoffolie handeln kann, gezeigt. Die Aufwickelmaschine 10 weist einen Wickelrevolver 14 auf, auf dem zwei Spindeln 16 und 18 drehbar gelagert sind. Das laufende Gut 12 läuft von einer nicht weiter gezeigten Herstellungs- oder Bearbei­ tungseinrichtung kommend durch eine an sich bekannte Zug­ kraft-Meß- und -Überwachungseinrichtung 20 über eine Um­ lenkwalze 22 und eine Kontaktwalze 24 der Spindel 16 zu und bildet dort den Wickel 26.

Es sei an dieser Stelle betont, daß die im gezeigten Aus­ führungsbeispiel aus drei Walzen bestehende Zugkraft-Meß- und -Überwachungseinrichtung 20 auch in beliebiger anderer Weise ausgestaltet sein kann und daß, je nach Art des auf­ zuwickelnden Gutes und den gewünschten Qualitätseigenschaf­ ten, unter Umständen auch auf die Umlenkwalze 22 und insbe­ sondere die Kontaktwalze 24, welche oft auch als Anpreß- oder Reib-Walze bezeichnet wird und im wesentlichen dazu dient, das laufende Gut 12 an das bereits aufgewickelte Gut 26 gleichmäßig anzupressen und so Lufteinschlüsse zu ver­ hindern, verzichtet werden kann.

Zum Anlegen und Abschneiden am Ende eines Aufwickelvorgan­ ges ist eine in den Weg des bahnförmigen Gutes schwenkbare Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 vorgesehen. In der Fig. 1 ist diese Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 ganz aus dem Weg des bahnförmigen Gutes 12 geschwenkt. Die mo­ mentan arbeitende, d. h. sich drehende und den Wickel 26 bildende und deshalb als Arbeitsspindel bezeichnete Spindel 16 befindet sich im Arbeitsbereich, während sich die andere Spindel 18 im Wechselbereich befindet, in welchem die fer­ tigen Wickel von den Spindeln abgenommen und neue, hier nicht weiter gezeigte Leerhülsen auf die Spindeln aufge­ schoben werden.

Zu dem in der Fig. 1 gezeigten Zeitpunkt eines Aufwickel­ vorganges wurde bereits eine große Menge bahnförmigen Gutes 12 aufgewickelt, so daß der Wickel 26 in Kürze die ge­ wünschte Dicke erreichen wird und der Wickelvorgang auf ei­ ner neuen Leerhülse fortgesetzt werden muß. Dazu ist zu­ nächst, wie in Fig. 2 gezeigt, die Arbeitsspindel 16 mit dem auf ihr gebildeten Wickel 26 durch Drehung des Wickel­ revolvers 14 in den Wechselbereich zu verfahren. Durch Dre­ hung des Wickelrevolvers 14 bewegt sich die bislang im Wechselbereich befindliche Spindel 18 in den Arbeitsbereich und tritt bereits in Kontakt mit dem aufzuwickelnden Gut 12, ohne dieses jedoch aufzuwickeln. Das Gut 12 läuft viel­ mehr weiterhin der Spindel 16 zu.

Durch das Verfahren der Arbeitsspindel 16 in den Wechselbe­ reich nimmt der von dem laufenden Gut vor dem Auftreffen auf dem fertigen Wickel 26 zurückzulegende Weg in exakt vorherbestimmbarer Weise zu, während die Zuliefergeschwin­ digkeit jedoch konstant bleibt. Dies bedeutet, daß - wenn das laufende Gut nicht in die Länge gezogen werden kann oder soll - während der Zunahme des zurückzulegenden Weges weniger Gut aufgewickelt werden muß, so daß also die Dreh­ zahl der Arbeitsspindel stärker zu reduzieren ist, als dies allein aufgrund der Radiuszunahme des Wickels der Fall wäre. Erfindungsgemäß übernimmt deshalb beim Beginn des Verfahrens der Arbeitsspindel 16 eine Steuerung die Dreh­ zahlsteuerung, wozu entsprechend mit der Steuerung des Wickel­ revolvers 14 gekoppelte Signalgebungsmittel vorgesehen sind, die ein die Zugkraftregelung ausschaltendes Signal beim Beginn der Verfahrbewegung der Arbeitsspindel 16 bzw. der Drehung des Wickelrevolvers 14 erzeugen. Vorteilhaft können sowohl die Steuerung des Wickelrevolvers 14 als auch die Drehzahlsteuerung der Arbeitsspindel 16 und die zug­ kraftabhängige Drehzahlregelung der Arbeitsspindel 16 in einer zentralen Steuer- und Regeleinheit integriert sein. Wie diese Drehzahlsteuerung im Einzelfall zu erfolgen hat, hängt von den Parametern des jeweiligen Aufwicklungsprozes­ ses ab, insbesondere von der Zuliefergeschwindigkeit, der Dicke des laufenden Gutes, der Bahn der Arbeitsspindel, der Geschwindigkeit, mit der die Arbeitsspindel entlang der Bahn verfahren wird, dem Radius des Wickels zum Zeitpunkt des Beginns des Verfahrens der Arbeitsspindel und den Para­ metern der ebenfalls in den Weg des laufenden Gutes eintau­ chenden und dadurch den Weg des Gutes verlängernden zweiten Spindel samt der auf ihr aufgeschobenen Hülse.

Wenn nun der Wickel 26 die gewünschte Dicke erreicht hat, muß das kontinuierlich zulaufende bahnförmige Gut durch­ trennt und auf einer auf der Spindel 18 aufgeschobenen Leerhülse angelegt werden, so daß die Spindel 18 zur Ar­ beitsspindel wird und der fertige Wickel 26 von der im Wechselbereich befindlichen Spindel 16 abgenommen und einer weiteren Be- oder Verarbeitung, z. B. einer Verpackungsein­ richtung, zugeführt werden kann.

Die Situation unmittelbar vor dem Abschneiden ist in der Fig. 3 gezeigt. Die an sich bekannte Anlege- und Abschnei­ devorrichtung ist komplett in eine Anlege- und Abschneide­ position eingeschwenkt und das laufende Gut wird nun über die Walzen der Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 gelei­ tet. Gleich wird die Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 das laufende Gut 12 zwischen der Spindel 18 und der Spindel 16 durchtrennen und auf der auf der Spindel 18 befindlichen Leerhülse anlegen, wodurch dann die Spindel 18 zur Arbeits­ spindel wird und worauf die Anlege- und Abschneidevorrich­ tung 28 wieder in ihre Ruheposition geschwenkt werden kann.

Auch beim Einschwenken der Anlege- und Abschneidevorrich­ tung 28 in die Bahn des laufenden Gutes 12 vor dem Wickel 26 kommt es zu einer Änderung der Länge des von dem laufen­ den Gutes 12 vor dem Wickel 26 zurückzulegenden Weges, so daß auch hier die zugkraftabhängige Regelung der Drehzahl der Arbeitsspindel 16 abgeschaltet und durch eine Steuerung ersetzt wird. Bei der gezeigten Aufwickelmaschine 10 erfol­ gen Drehung des Wickelrevolvers 14 und Einfahren der An­ lege- und Abschneidevorrichtung 28 in so kurzen Zeitabstän­ den, daß die Zugkraftregelung der Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel 16 zwischen dem Verfahren der Arbeitsspindel 16 in den Wechselbereich und dem Einfahren der Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 die ganze Zeit über ausgeschaltet bleibt. Es sind aber durchaus auch Aufwickelmaschinen denk­ bar, bei denen die Zugkraftregelung erst beim Einfahren der Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 ausgeschaltet wird. Wie bei ausgeschalteter Zugkraftregelung die Steuerung der Drehzahl der Arbeitsspindel 16 beim Einfahren der Anlege- und Abschneidevorrichtung 28 zu erfolgen hat, hängt von den Parametern des speziellen Aufwicklungsprozesses ab, insbe­ sondere von den Daten des auf zuwickelnden Gutes (Zuliefergeschwindigkeit und Dicke), vom Radius des Wickels 26 zum Zeitpunkt des Einfahrens der Anlege- und Abschneide­ vorrichtung in den Weg des laufenden Gutes und von den ma­ schinenspezifischen Parametern der Anlege- und Abschneide­ vorrichtung 28 (Bahn der Anlegewalzen der Anlege- und Ab­ schneidevorrichtung, Geschwindigkeit der Bewegung der Wal­ zen entlang dieser Bahn und Radien der Walzen).

Die Fig. 4 zeigt ein Detail eines weiteren Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Aufwickelmaschine, nämlich eine in ihrer Gesamtheit mit 30 bezeichnete Meßvorrichtung zum Messen der Radien fertiger Wickel. Die Meßvorrichtung 30 weist zwei Ultraschall-Transceiver 32 und 34 auf, welche an jeweils einer zur theoretischen Mittelachse 36 eines in der Meßvorrichtung 30 zu vermessenden Wickels 38 parallelen Führungsschiene 40 bzw. 42 verschieblich gehaltert und ent­ lang ihrer jeweiligen Führungsschiene mittels jeweils eines Spindelantriebs 44 bzw. 46 positionierbar sind. Beide Ul­ traschall-Transceiver 32 und 34 sind zum alternierenden Senden und Empfangen von Ultraschallwellen einer größten­ teils an der Oberfläche des Wickels reflektiert werdenden Frequenz ausgestaltet und mit einer hier nicht dargestell­ ten Auswerteeinheit zum Auswerten der empfangenen Signale und Bestimmen der jeweils gemessenen Abstände verbunden.

Die beschriebene Meßvorrichtung 30 arbeitet wie folgt: Ein fertiger Wickel 38 wird von einer an sich bekannten und deshalb nicht näher gezeigten Abschiebe- und Transportein­ richtung von der im Wechselbereich der Aufwickelmaschine befindlichen Spindel abgeschoben und zu der Meßvorrichtung 30 transportiert und dort in an sich bekannter Weise derart gehaltert, daß die Position seiner theoretischen Mittel­ achse 36 bekannt ist. Sodann fahren die Ultraschall-Trans­ ceiver 32 und 34 entlang ihrer durch ihre Führungsschienen 40 und 42 vorbestimmten Bahn einmal über die gesamte Breite des Wickels 38 und messen dabei jeweils den Abstand zwi­ schen sich und dem jeweils nächstgelegenen Punkt auf der Mantelfläche des Wickels 38, woraus sich dann, da die Posi­ tion der theoretischen Mittelachse 36 des Wickels 38 be­ kannt ist, die Radien an jeweils zwei diametral gegenüber­ liegenden Punkten des Wickels 38 ergeben. Diese Art der Messung hat den Vorteil, daß eine durch die strichpunk­ tierte Linie 48 angedeutete und aufgrund des u. U. sehr ho­ hen Eigengewichts des Wickels 38 theoretisch mögliche Durchbiegung der Mittelachse des Wickels und damit eine durch die ebenfalls strichpunktierten Linien 50 angedeutete äußere Verformung des Wickels nicht zu einer Verfälschung des Meßergebnisses derart führt, daß ein an sich den Quali­ tätsanforderungen entsprechender Wickel fehlerhaft als Aus­ schuß eingestuft wird.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Weiter­ bildungen möglich, die sich z. B. auf die Ausgestaltung des im hier gezeigten Beispiel kreisscheibenförmigen Wickel­ revolvers beziehen. Auch können auf dem Wickelrevolver - statt der hier gezeigten zwei - drei oder mehr Spindeln ge­ lagert sein.

Die Verfahrbewegung der Spindeln aus dem Arbeits- in den Wechselbereich kann entlang einer anderen als der gezeigten halbkreisförmigen Bahn erfolgen. Es ist auch möglich, ins­ besondere wenn die auf zuwickelnden Bahnen nicht zu breit sind, gleichzeitig mehrere, parallel in einer Ebene zuein­ ander kontinuierlich zulaufende Bahnen des Gutes auf einer Spindel auf zuwickeln, wozu fluchtend hintereinander mehrere Leerhülsen auf der Spindel auf zuschieben sind.

Die bei der abschließenden Radienvermessung gewonnen Quali­ tätsparameter können, da die vorgeschlagenen Vermessungs­ verfahren sehr schnell arbeiten, auch zur Steuerung der Aufwickelmaschine verwendet werden, so daß, falls ein Wickel Qualitätsmängel aufweisen sollte, die Aufwickelmaschine sofort entsprechend nachgesteuert werden kann.

Die ermittelten Qualitätsparameter können leicht auf Daten­ trägern, z. B. Etiketten, festgehalten werden, welche an den Wickeln angebracht werden können.

Es sei betont, daß erfindungsgemäße Aufwickelmaschinen sehr komplex ausgestaltet und insbesondere auch mehr als jeweils nur einen Wickelrevolver aufweisen können. Gerade bei sol­ chen komplexen Aufwickelmaschinen, aber auch bei mit je­ weils nur einem Wickelrevolver ausgestatteten Maschinen ist es möglich und sinnvoll, die erfindungsgemäß vorgeschlage­ nen Meßvorrichtungen zur abschließenden Qualitätsüberprü­ fung der fertigen Wickel nicht unmittelbar bei jeder Auf­ wickeleinheit vorzusehen, sondern vielmehr einer einzigen Meßvorrichtung die Wickel von mehreren Arbeitsspindeln zu­ zuliefern.

Erfindungswesentlich ist jedenfalls, daß immer dann, wenn sich der von dem aufzuwickelnden Gut in der Aufwickelma­ schine vor dem Auftreffen auf den Wickel zurückzulegende Weg z. B. durch Verfahren der Arbeitsspindel aus dem Ar­ beits- in den Wechselbereich ändert, die Zugkraftregelung abgeschaltet und durch eine maschinenspezifische Steuerung in der erfindungsgemäßen Weise ersetzt wird.

Claims (20)

1. Verfahren zur Steuerung einer Aufwickelmaschine für kontinuierlich zulaufendes bahnförmiges Gut, insbesondere für Kunststoffolien, welches jeweils einer von wenigstens zwei auf einem Wickelrevolver gelagerten und durch Drehung des Wickelrevolvers wechselweise in einen Aufwickel- und in einen Wechselbereich verfahrbaren Spindeln zuläuft und auf dieser als Arbeitsspindel bezeichneten Spindel zu einem Wickel aufgewickelt wird, wobei die die Aufwickelgeschwin­ digkeit bestimmende Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspin­ del über eine Zugkraftregelung in Abhängigkeit von der von einer Überwachungseinrichtung gemessenen Zugkraft des bahn­ förmigen Gutes geregelt wird und wobei eine in den Weg des bahnförmigen Gutes vor dem Wickel einfahrbare Anlege- und Abschneidevorrichtung zum Abschneiden des bahnförmigen Gu­ tes nach dem Verfahren der Arbeitsspindel in den Wechselbe­ reich und Anlegen des Gutes auf der nunmehr im Aufwickelbe­ reich befindlichen Spindel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Verfahren der Arbeitsspindel aus dem Arbeits- in den Wechselbereich und/oder beim Einfahren der Anlege- und Abschneidevorrichtung in den Weg des bahnförmigen Gutes ein die Zugkraftregelung ausschaltendes Signal erzeugt wird und
daß die Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsspindel in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der Länge des von dem laufenden Gut in der Aufwickelmaschine vor dem Auftref­ fen auf den Wickel zurückzulegenden Weges und der zeitli­ chen Änderung des Radius des Wickels derart gesteuert wird,
daß der Betrag der auf das bahnförmige Gut ausgeübten Zug­ kraft einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Wickels kontinuierlich gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Radius des fertigen Wickels automatisch an in bezug auf die Mittelachse des Wickels wenigstens zwei un­ terschiedlichen Positionen gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstandsmeßeinrichtung entlang einer vordefinierten Bahn über wenigstens einen Teil, vorzugsweise über die ge­ samte in Richtung der Mittelachse des Wickels gemessene Breite des Wickels verfahren wird und daß dabei eine konti­ nuierliche oder mehrere diskrete Messungen des Abstands zwischen der Abstandsmeßeinrichtung und der Mantelfläche des Wickels zur Ermittlung eines kontinuierlichen oder dis­ kreten Radienprofils vorgenommen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Wickels an jeweils zwei einander diametral gegenüberliegenden Punkten gemessen bzw. ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Radius des Wickels bzw. des Abstands zu der Abstandsmeßeinrichtung berührungslos erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Wickels bzw. der Abstand zu der Abstands­ meßeinrichtung mittels Ultraschall gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Wickels bzw. der Abstand zu der Abstands­ meßeinrichtung mittels eines Lichtstrahles, insbesondere eines Laserstrahles, gemessen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vor dem Ausschalten der Zugkraft­ regelung zuletzt gemessene Betrag der Zugkraft der Steue­ rung als Sollwert vorgegeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit der Arbeits­ spindel derart geregelt wird, daß der Betrag der von der Arbeitsspindel auf das bahnförmige Gut ausgeübten Zugkraft zeitlich konstant ist.

11. Aufwickelmaschine (10) für kontinuierlich zulaufendes bahnförmiges Gut (12), insbesondere für Kunststoffolien, mit wenigstens zwei auf einem Wickelrevolver (14) gelager­ ten und durch Drehung des Wickelrevolvers (14) wechselweise in einen Aufwickel- und in einen Wechselbereich verfahrba­ ren Spindeln (16, 18), einer Überwachungseinrichtung (20) zur Messung der Zugkraft des bahnförmigen Gutes (12), einer mit der Überwachungseinrichtung (20) gekoppelten Zugkraft­ regeleinrichtung zur zugkraftabhängigen Regelung der Win­ kelgeschwindigkeit der jeweils das bahnförmige Gut (12) zu einem Wickel (26) aufwickelnden Spindel (16) und einer in den Weg des bahnförmigen Gutes einfahrbaren Anlege- und Ab­ schneidevorrichtung (28), dadurch gekennzeichnet,
daß Signalgebungsmittel zum Erzeugen eines die Zug­ kraftregeleinrichtung beim Drehen des Wickelrevolvers (14) und/oder beim Einfahren der Anlege- und Abschneidevorrich­ tung (28) in den Weg des bahnförmigen Gutes (12) vor dem Wickel (26) ausschaltenden Signales vorgesehen sind und
daß eine Steuereinrichtung zum Steuern der Winkelge­ schwindigkeit einer jeden Spindel (16, 18) bei abgeschalte­ ter Zugkraftregeleinrichtung vorgesehen ist.

12. Aufwickelmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlege- und Abschneidevorrichtung (28) mechanisch, insbesondere elektromotorisch positionierbar ist.

13. Aufwickelmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise mit der Steuerein­ richtung gekoppelte Meßvorrichtung (30) zum insbesondere kontaktlosen Messen des Radius des Wickels (26) vorgesehen ist.

14. Aufwickelmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßvorrichtung (30) derart ausgebildet ist, daß sie eine Messung des Radius des Wickels an in be­ zug auf dessen Mittelachse wenigstens zwei unterschiedli­ chen Positionen ermöglicht.

15. Aufwickelmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßvorrichtung (30) eine entlang einer vordefinierten Bahn verfahr- oder verschwenkbare Abstands­ meßvorrichtung (32; 34) ist.

16. Aufwickelmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandsmeßvorrichtung (32; 34) einen Sender zum Aussenden einer Schallwelle oder einer elektro­ magnetischen Welle in Richtung auf die Mantelfläche des Wickels (38), einen Empfänger zum Empfangen des an der Man­ telfläche reflektierten Teils der Welle und Umsetzen der Welle in ein entsprechendes Empfangssignal sowie eine Aus­ werteeinheit zur Auswertung des Empfangssignals und Bestim­ mung des Radius des Wickels aus dem Abstand zwischen Ab­ standsmeßvorrichtung und Mantelfläche des Wickels aufweist.

17. Aufwickelmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sender und der Empfänger von einem einzi­ gen an sich bekannten Ultraschall-Transceiver (32; 34) rea­ lisiert werden, welcher alternierend Ultraschallwellen in Richtung auf die Mantelfläche des Wickels (38) aussendet und an der Mantelfläche reflektierte Anteile der Ultra­ schallwellen empfängt.

18. Aufwickelmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ultraschall-Transceiver (32; 34) an einer zur Mittelachse des Wickels (38) parallelen Führungsschiene (40; 42) verschieblich gehaltert und entlang dieser Füh­ rungsschiene insbesondere mittels eines Spindelantriebs (44; 46) positionierbar ist.

19. Aufwickelmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Meßvorrichtungen (32; 34) zum vorzugsweise kontaktlosen Messen der Ra­ dien der auf der Aufwickelmaschine hergestellten Wickel vorgesehen sind.

20. Aufwickelmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit der Überwachungseinrichtung (20) gekoppelt ist und über einen Speicher zur Speicherung wenigstens eines der von der Über­ wachungseinrichtung (20) gemessenen Zugkraftwerte erfügt.