DE19821318A1 - Verfahren zum Überwachen der Wickelhärte einer Wickelrolle - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Überwachen der Wickelhärte einer Wickelrolle beim Wickeln einer Materialbahn angegeben. DOLLAR A Man möchte den Wickelhärteverlauf besser beeinflussen können. DOLLAR A Hierzu wird die Dehnung der Materialbahn ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Wickelhärte einer Wickelrolle beim Wickeln einer Ma­ terialbahn.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist jedoch auch bei anderen Materialbahnen anwendbar.

In einem der letzten Produktionsschritte muß eine Pa­ pierbahn zu verkaufsfähigen Rollen, sogenannten Wickel­ rollen, aufgewickelt werden. Als Wickelkern dient hier­ bei in der Regel eine Hülse aus Pappe. Hierbei möchte man einen Wickelhärteverlauf erzielen, bei dem die Wic­ kelhärte von innen nach außen abfällt. Faktoren, die die Wickelhärte beeinflussen, sind z. B. der Druck, mit dem die Papierbahn auf die Wickelrolle gedrückt wird, wenn die Papierbahn auf die Wickelrolle auftrifft, und die eingewickelte Zugspannung in der Papierbahn. Diese Zugspannung kann beispielsweise dadurch verändert wer­ den, daß die Wickelrolle mit einem größeren oder klei­ neren Drehmoment angetrieben wird. Bei einem Tragwal­ zenwickler, bei dem die Wickelrolle in einem Wickelbett liegt, das aus zwei (oder mehr) Tragwalzen gebildet ist, kann man eine eingewickelte Zugspannung auch da­ durch verändern, daß eine der beiden Tragwalzen eine andere Geschwindigkeit bzw. ein anderes Drehmoment als die andere aufweist.

Man hat zwar Erfahrungswerte gewonnen, die man verwen­ den kann, um die Wickelhärte in der gewünschten Rich­ tung zu beeinflussen. Die Überwachung der Wickelhärte, d. h. die tatsächliche Ermittlung der Wickelhärte beim Wickeln, ist jedoch ausgesprochen schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wickel­ härte beim Wickeln einer Materialbahn zu einer Wickel­ rolle zu überwachen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Dehnung der Ma­ terialbahn ermittelt wird.

Die meisten Materialbahnen sind bis zu einem gewissen Grade dehnbar, bevor sie reißen. Die Dehnung ist abhän­ gig von der Zugspannung, die an dem zu dehnenden Ab­ schnitt der Papierbahn (oder einer anderen Material­ bahn) angreift. Die Dehnung ist relativ klein. Wenn man aber die Eigenschaften der Papierbahn zuvor ermittelt hat, dann erlaubt die Dehnung einen zuverlässigen Rück­ schluß auf die Zugspannung, der die Papierbahn ausge­ setzt ist. Die Dehnung ist hierbei die Längenänderung eines Abschnitts der Papierbahn, die sich beim Aufbrin­ gen der entsprechenden Zugkraft beobachten läßt. Wenn man nun die Dehnung fortlaufend oder in diskreten Schritten überwacht, dann erhält man eine kontinuierli­ che oder quasi kontinuierliche Information über die Zugspannung, der die Papierbahn beim Wickeln ausgesetzt ist. Aus dieser Zugspannung lassen sich dann sehr zu­ verlässig Rückschlüsse auf die Wickelhärte der Ma­ terialbahnrolle ziehen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Längenänderung der Materialbahn zwischen zwei Meßstellen mit unter­ schiedlicher Zugspannung ermittelt wird. "Meßstelle" bedeutet in diesem Zusammenhang ein Ort, hinter dem die Information über die Länge eines Abschnitts der Ma­ terialbahn zur Verfügung steht. Man überwacht die Deh­ nung eines Abschnitts nicht kontinuierlich, sondern be­ schränkt sich auf zwei Messungen oder Ermittlungen der Länge, wobei die eine vor dem Aufbringen der Zugkraft und die andere nach dem Aufbringen der Zugkraft bzw. nach dem Erhöhen der Zugkraft liegt. Dies vermindert den Meßaufwand. Wenn man nun derartige Messungen oder Ermittlungen für viele Abschnitte hintereinander durch­ führt, dann gewinnt man mit der gewünschten Kontinuität die Information über die Zugspannung.

Vorzugsweise sind die Meßstellen durch einen Nip von­ einander getrennt. Ein Nip oder Walzenspalt führt also zu einer Entkopplung der Zugspannung in der Material­ bahn vor und hinter dem Nip. Damit lassen sich die bei­ den Zustände der Materialbahn zuverlässig voneinander trennen. Die Information über die Dehnung ist dann ein­ deutig.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Nip zwischen der Wickel­ rolle und einer Tragwalze ausgebildet ist. Man muß dann keine zusätzlichen Bauelemente verwenden, um den Nip zu erzeugen. Dieser steht ohnehin zur Verfügung und kann für die Durchführung der Messung verwendet werden.

Vorzugsweise wird die Dehnung optisch ermittelt. Beim Wickeln ist es praktisch nicht möglich, Eingriffe in die Papierbahn vorzunehmen. Eine optische Messung kann aber berührungslos erfolgen. Sie ist darüber hinaus in der Lage, auch relativ kleine Änderungen, d. h. relativ kleine Dehnungen zu ermitteln. Bei den herrschenden Zugspannungen werden sich auch nur kleine Dehnungen er­ geben.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Materialbahn mit Markie­ rungen versehen wird, deren Abstand oder Länge ermit­ telt wird. Dies erleichtert die optische Messung. Mit Hilfe geeigneter Meßaufnehmer kann man die Markierungen erkennen. Vor dem Aufbringen der Zugspannung (bzw. beim Herrschen einer ersten Zugspannung) werden Markierungen aufgebracht. Wenn dann die Zugspannung angelegt oder erhöht wird, dann dehnen sich die Markierungen mit der Materialbahn oder ihr Abstand wächst. Wenn man dann den Abstand der Markierungen oder ihre Länge ermittelt, ge­ winnt man die Information über die Längenänderung oder die Dehnung der Materialbahn bei der Änderung der Zug­ spannung. Man muß nun nur noch dafür sorgen, daß die Materialbahn tatsächlich mit der ermittelten Zugspan­ nung aufgewickelt wird.

Dies erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß die Mes­ sung der Dehnung an einem Abschnitt der Materialbahn erfolgt, der auf der Wickelrolle aufliegt. In diesem Fall kann sich die Zugspannung nicht mehr verändern. Die ermittelte Zugspannung nimmt vielmehr unmittelbar Einfluß auf die Wickelhärte, so daß die Information über die Zugspannung ausreicht, um den Wickelhärtever­ lauf zu ermitteln.

Vorzugsweise sorgt man nach der Ermittlung für ein Ver­ schwinden der Markierung. Die Materialbahn hat dann wieder eine unmarkierte Oberfläche, was vom Endabnehmer letztendlich gewünscht ist. Nach der Ermittlung der Dehnung ist es aber auch nicht notwendig, daß die Mar­ kierungen auf der Oberfläche der Materialbahn verblei­ ben.

Dies erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß man zum Erzeugen der Markierungen eine Farbe aufträgt, die nach einer endlichen Zeit unsichtbar wird. Derartige Farben sind beispielsweise aus dem Scherzartikelbereich als "Schrecktinte" bekannt. Als Spielzeug wird sie von Kin­ dern auch als "Zaubertinte" verwendet. Anbieter einer derartigen Farbe ist beispielsweise die Firma Walter Toufar Gesellschaft, Herzgasse 39-41, A-1100 Wien, Österreich. Die dort erhältliche Farbe kann unter­ schiedliche Farbintensitäten aufweisen, beispielsweise kann sie auch an den optischen Aufnehmer angepaßt wer­ den. Durch eine pH-Wert-Verschiebung wird die Farbflüs­ sigkeit nach einer gewissen Zeit zu einer rein wässri­ gen Lösung, die verdunstet. Deshalb sind hierbei keine Verunreinigung der Bahn zu erwarten. Auch wenn die Far­ be noch nicht verschwunden ist, bevor die entsprechend markierten Stellen der Materialbahn inmitten der Wic­ kelrolle verschwunden sind, so führt die eingetragene Feuchtigkeit doch praktisch zu keinen Materialbahnände­ rungen.

Vorzugsweise ist die Zeit kleiner als 15 Minuten. Diese Zeit reicht aus, um die Messungen mit der erforderli­ chen Genauigkeit ausführen zu können. Sie ist aber an­ dererseits klein genug, so daß nicht zu befürchten ist, daß markierte Materialbahnrollen ausgeliefert werden.

Vorzugsweise werden die Geschwindigkeit der Material­ bahn einerseits und der zeitliche Abstand oder die zeitliche Länge der Markierungen andererseits gleich­ laufend ermittelt. Eine Zeitmessung läßt sich bei den heute verfügbaren Zeitnormalen, beispielsweise Quarz- Schwingkreisen mit relativ hoher Frequenz, mit hoher Genauigkeit durchführen. Die Information über die Länge bzw. den Abstand der Markierungen gewinnt man über die Geschwindigkeitsmessung der Materialbahn. Wenn man nun beide Größen kombiniert, dann erhält man auf einfache Art und Weise die gewünschten Informationen über Länge oder Abstand.

Vorteilhafterweise wird die Zugspannung in Abhängigkeit von der ermittelten Dehnung geregelt. Hierbei kann man, wenn man einen nicht konstanten Wickelhärteverlauf er­ zielen will, auch einen Dehnungsverlauf vorgeben, der als Soll-Wert dient. Die als Ist-Wert ermittelte Deh­ nung wird mit dem Soll-Wert verglichen. Bei Abweichun­ gen muß die Zugspannung in die richtige Richtung verän­ dert werden, um Ist- und Soll-Wert wieder in Überein­ stimmung zu bringen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung zum Aufwickeln einer Materialbahnrolle und

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung der Zugspannung.

Eine Materialbahn 1 durchläuft eine Leitanordnung 2 mit einem Nip 3 oder Walzenspalt, bevor sie zu einer Auf­ wickelstation 4 geführt wird. Die Aufwickelstation 4 ist durch zwei Tragwalzen 5, 6 gebildet, die zwischen sich ein Wickelbett 7 ausbilden, in dem eine Wickelrol­ le 8 liegt, auf der die Materialbahn 1 aufgewickelt wird. In der Regel liegt die Aufwickelstation 4 hinter einer nicht näher dargestellten Schneideinrichtung.

Die Wickelrolle 8 ist über einen Motor 9 angetrieben, d. h. der Motor 9 erzeugt ein Drehmoment an der Wickel­ rolle 8.

Die Materialbahn 1 umschlingt die eine Tragwalze 5 um etwa 180° und läuft dann durch einen Nip 10 zwischen der Wickelrolle 8 und der Tragwalze 5. Dieser Nip 10 entkoppelt die Zugspannung in dem Bereich zwischen der Leitanordnung 2 mit ihrem Nip 3 und der Tragwalze 5 ei­ nerseits von der Zugspannung, die auf der Oberfläche der Wickelrolle 8 durch den Motor 9 erzeugt wird.

Die Zugspannung in dem erstgenannten Bereich habe den Wert F1. Die Zugspannung in der Materialbahn 1 in der obersten Lage der Wickelrolle 8, d. h. der Lage, die auf der Oberfläche der Wickelrolle 8 aufliegt, habe den Wert F2. Die Zugspannung F1 ist bekannt, beispielsweise ist sie gleich Null, wenn die Leitanordnung 2 und die Tragwalze 5 mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit an­ getrieben werden. Die Zugspannung F2 hingegen hängt we­ sentlich von dem Moment ab, das vom Motor 9 erzeugt wird.

Um die Zugspannung zu ermitteln, ist eine Farbauftrags­ einrichtung hinter dem Nip 3, aber vor der Tragwalze 5 angeordnet. Diese Farbauftragseinrichtung 11 erzeugt Farbpunkte 12 mit einem vorgegebenen Abstand d1. Da die Geschwindigkeit der Materialbahn 1 bekannt ist (sie kann beispielsweise durch einen Geschwindigkeitssensor 13 ermittelt werden, der im vorliegenden Fall auf eine Drehzahl- und einer Durchmesserermittlung der Wickel­ rolle 8 beruht), ergibt sich aus dem zeitlichen Ab­ stand, mit dem die Farbauftragseinrichtung die Farb­ punkte 12 aufträgt, ein erster Wert, der einer Steuer­ einrichtung 14 zugeführt wird. Natürlich kann man die Anordnung auch so auslegen, daß die Steuereinrichtung 14 die Farbauftragseinrichtung 11 in vorgegebenen zeit­ lichen Intervallen so ansteuert, daß die Farbauftrags­ einrichtung 11 Farbpunkte mit dem Abstand d1 auf die Materialbahn 1 aufbringt.

Die Farbauftragseinrichtung 11 bildet eine erste Meß­ stelle, an der die Länge eines Abschnitts der Material­ bahn 1 ermittelt werden kann. Unter "Ermittlung" wird verstanden, daß die Information über die Länge dieses Abschnitts nach dem Durchlaufen der Meßstelle zur Ver­ fügung steht. Die Information steht auch dann zur Ver­ fügung, wenn die Länge in dieser Meßstelle erst festge­ legt wird.

Wenn die Zugspannung F2 größer ist als die Zugspannung F1, dann dehnt sich die Materialbahn 1. Dies ist in Fig. 2 übertrieben groß dargestellt. Dementsprechend ist der Abstand d2 zwischen zwei Punkten 12 größer. Der Abstand der Punkte 12 wird mit Hilfe einer Farbmeßein­ richtung 15 ermittelt, die optisch die Punkte 12 er­ kennt. Auch die Farbmeßeinrichtung 15 ermittelt die Zeit zwischen dem Durchlaufen zweier aufeinanderfolgen­ der Farbpunkte verstreicht. Diese Zeit wird an die Steuereinrichtung 14 zurückgemeldet.

Man kann nun die Zugspannung F2 in der obersten Lage der Wickelrolle 8 hinter dem Nip 10 aus folgender Be­ ziehung ermitteln:

(d2 - d1) = c.(F2 - F1).

Wenn F1 = 0 ist, dann läßt sich die Zugspannung F2 aus dieser Formel problemlos errechnen. Die Konstante c ist hierbei von den Werten der Materialbahn 1 abhängig. Diese Werte können zuvor in einem Laborversuch ermit­ telt werden.

Anstelle von Punkten 12 kann man auch andere Markierun­ gen verwenden, beispielsweise parallel zur Laufrichtung der Materialbahn 1 verlaufende Striche. Die Information über die erfolgte Dehnung läßt sich aus einem Vergleich der Länge der Striche vor und nach dem Nip 10 gewinnen.

Nach dem Durchlaufen der zweiten Meßstelle, die durch die Farbmeßeinrichtung 15 gebildet wird, sind die Punk­ te 12 (oder andere Markierungen) nicht mehr notwendig. Man verwendet daher zum Erzeugen der Punkte 12 (oder anderer Markierungen) eine Farbe, die nach einer gewis­ sen Zeit unsichtbar wird. Eine derartige Farbe ist bei­ spielsweise bei der Firma Walter Toufar Gesellschaft, Herzgasse 39-41, A-1100 Wien, Österreich, erhältlich. Durch eine pH-Wert-Verschiebung, die sich nach dem Auf­ treffen der Farbe auf einer Papierbahn ergibt, wird die Farbflüssigkeit zu einer rein wässrigen Lösung, die verdunstet. Nach einer gewissen Zeit, beispielsweise nach fünf Minuten, sind daher keine Verunreinigungen oder Farbreste mehr auf der Bahn zu erkennen.

Die Zugspannung hat einen direkten Einfluß auf die Wic­ kelhärte der Wickelrolle 8. Man kann nun entweder einen Zugspannungsverlauf vorgeben oder einfach einen Deh­ nungsverlauf und in der Steuereinrichtung 14 speichern. Die Steuereinrichtung 14 nimmt den Zugspannungsverlauf als Soll-Wert und den von der Farbmeßeinrichtung 15 er­ mittelten Dehnungsverlauf als Ist-Wert und regelt den Motor 9 (oder allgemein: den Antrieb), so daß der ge­ messene Verlauf mit dem vorgegebenen Verlauf in Über­ einstimmung kommt. Auf diese Weise ist es mit relativ geringem Aufwand möglich, den Wickelhärteverlauf in ei­ ner gewünschten Weise zu beeinflussen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Überwachen der Wickelhärte einer Wic­ kelrolle beim Wickeln einer Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung der Materialbahn ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderung der Materialbahn zwischen zwei Meßstellen (11, 15) mit unterschiedlicher Zugspannung (F1, F2) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstellen (11, 15) durch einen Nip (10) voneinander getrennt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nip (10) zwischen der Wickelrolle (8) und einer Tragwalze (5) ausgebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung (d2-d1) optisch er­ mittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn (1) mit Markierungen (12) ver­ sehen wird, deren Abstand (d1, d2) oder Länge er­ mittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Dehnung an einem Abschnitt der Materialbahn (1) erfolgt, der auf der Wickelrolle (8) aufliegt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man nach der Ermittlung für ein Ver­ schwinden der Markierung (12) sorgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Erzeugen der Markierun­ gen (12) eine Farbe aufträgt, die nach einer endli­ chen Zeit unsichtbar wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit kleiner als 15 Minuten ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Materialbahn einerseits und der zeitliche Abstand oder die zeitliche Länge der Markierungen (12) an­ dererseits gleichlaufend ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zugspannung in Abhän­ gigkeit von der ermittelten Dehnung geregelt wird.