DE202009012982U1 - Wickelmaschine mit integriertem automatischen Rollenwechselsystem - Google Patents

Abstract

Mehrstellen-Wendeaufwickelmaschine mit integriertem Mechanismus zum automatischen Schneiden und Anlegen von flächenförmigen und wickelfähigen Produkten, wie Folien, Vliesstoffe, Papier, beschichtete Textilien und Verbundmaterial, etc. bei hohen Geschwindigkeiten dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum einer Wickelwendemaschine eine Trägerachse (A) drehbar gelagert ist, die zum Anbau einer Schneideinrichtung (B) dient, deren lineare Bewegung pneumatisch oder mittels einer anderen Vorschubeinrichtung betätigt wird und deren kreisförmige Bewegung gemeinsam mit der leeren Wickelstelle durchführt.

Description

• Stand der Technik:
• Bei der Produktion und/oder Veredelung wickelfähiger, bahnförmiger Materialien, wie Folien, Vliese, Papier, Verbundprodukte, etc. soll der Rollenwechsel, also der Austausch der den Enddurchmesser erreichenden Rolle gegen einen leeren Wickelkern, vollautomatisch erfolgen. Dabei wird angestrebt, dass der automatische Rollenwechsel ohne Reduzierung der Prozessgeschwindigkeit, ohne Qualitätseinbuße im Kantenaufbau und ohne Abfall der produzierten Warenbahn durchgeführt wird.
• Als bekannte Konzepte der Wickelmaschinen werden sogenannte Mehrstellen-Wickler mit den Bezeichnungen Wende-, Schwenk-, Kontakt-, Dreharm-, Linear- oder auch Multifunktions-Wickler eingesetzt, die mit unterschiedlichen Rollenwechselsystemen kombiniert werden können. An die verschiedenen automatschen Rollenwechselsysteme werden Anforderungen gestellt, die der Wirtschaftlichkeit des Produktionsverfahrens oder des Produktes selber entsprechen. Als Beurteilungskriterien spielen dabei folgende Begriffe eine Rolle: Bahnschnitt-Qualität, d. h. ob rechtwinklige oder schräge Bahntrennung, ob der leere Wickelkern (die Hülse) zur Mitnahme des Bahnanfangs durch klebrige Vorhandlung oder elktrostatische Aufladung erfolgen darf und ob bei der Bildung der ersten Wickellagen Anlegefalten akzeptiert werden können. Dabei sei folgende verallgemeinernde Feststellung erlaubt; ein Rollenwechselsystem, welches die Materialbahn rechtwinklig trennt und den Bahnanfang faltenfrei an eine unpräparierte Hülse anlegt nennt man ein Umschlingungssystem. Dieses verursacht einerseits hohe Kosten und verändert andererseits die Bahnwege, was zu einer nicht problemlosen Aufrechterhaltung der Bahnspannungskonstanz in der ohnehin kritischen Rollenwechselphase führt. Kritisch deswegen, weil zu diesem Zeitpunkt als Voraussetzung für den Wechsel, die optimalen Wickelbedingungen, die während der überwiegenden Dauer des Wickelprozesses herrschen, verlassen wurden.
• Bei allen Bemühungen, z. B. durch die relativ zueinander beweglichen kreisförmigen oder linearen Bewegungen der mindestens zwei Wickelköpfe, um die freien, ungestützten Materialwege so kurz wie möglich zu gestalten, sowie nach dem Verlassen einer Kontaktwalze, die die Aufgabe hat, bei höheren Geschwindigkeiten den Lufteinschluss zwischen den Lagen auszuschließen oder erheblichn zu reduzieren, mit dem Ziel, den Kantenaufbau durch seitliches Verlaufen der einzelnen Lagen oder ganzer Wickelschichten zu vermeiden, gelingt es vor allen Dingen bei dünnen, zugempfindlichen, dehnelastischen Materialien und entsprechend hohen Geschwindigkeiten kaum die vorerwähnten Negativeinflüsse auszuschliessen. Dies führt dann zwangsläufig zu einer optischen Verschlechterung des Kantenaufbaus bis hin zu einem Grad, dass die letzten Wickellagen als Abfall entfernt und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktions-Verfahrens beeinträchtigt oder sogar infrage gestellt wird. Die drei Störfaktoren sind demnach zusammengefasst: 1.) Lufteinschlüsse nach Absteuerung der Wickelrolle von der Kontaktwalze. 2.) Addition von Produktions- und Abfahrgeschwindigkeit. 3.) Folienweglängen-Änderungen durch Komponenten des eintauchenden automatischen Rollenwechselsystems.
• Als Gegenmassnahmen sind bekannt und werden in der Praxis realisiert, z. B. Hilfs- oder Sekundär-Kontaktwalzen, die die Funktion der Haupt-Kontaktwalze in der Wechselphase übernehmen sollen; problematisch dabei, dass die Beschleunigung der zusätzlichen Walze(n) den Regelkreis stören und kurzzeitig die sich mehrfach ändernden Kontaktdruck vom aktiven Wickelantrieb ausgeregelt werden müssten.
• Die Relation der Wickelgeschwindigkeiten im statischen Wickelprozess und in der Wechselphase sollen ebenfalls durch eine empfindliche Bahnzugregelung kompensiert werden. Je nach Trägheit der Masse (der Wickelrolle) und des Regelsystems, evtl. auch nur der Steuerung, gibt es die kaum zu beherrschenden Bahnzugschwankungen, die noch gravierender ausfallen, wenn der fast fertige Wickel in der neuen Zwischen- oder Rollenwechselposition abrupt anhält. Ähnlich ungünstige Bedingungen treten sowohl beim Verlängern der Materialwege als auch durch Beschleunigung der Leitwalzen des Rollenwechselsystems auf. Für die beiden zuletzt genannten Situationen gilt ausser einem erheblichen Aufwand an Regelungs- und Steuerungstechnik, alle Bewegungen, die im Zusammenhang mit der Warenbahn erfolgen, schonend, d. h. über Rampenfunktionen ablaufen zu lassen. Das kostet aber Zeit und verlängert die kritische Rollenwechselphase.
• Die Maschinenelemente, die Bestandteile der automatischen Rollenwechselsysteme sind, werden bekanntermassen von ausserhalb der eigentlichen Wickelmaschine in die Wechselposition eingeschwenkt; sollte dann, wie vermehrt geäussert, die Forderung gestellt werden die Materialbahn wahlweise in beide Richtungen zu wickeln, gibt es wegen Kollisionsgefahr nur noch wenige technische Lösungen bzw. Anbieter.
• Problemlösung und Vorteile:
• Die praktischen Erfahrungen haben jedoch gezeigt, dass alle Änderungen der Wickelparameter, wie sie in der Rollenwechselphase trotz der Optimierungsmassnahmen, zwangläufig auftreten, im Ergebnis hohe Kosten verursachen und das Wickelergebnis trotzdem nicht immer zufriedenstellend ausfällt.
• Wenn dieser Sachverhalt als zutreffend bezeichnet werden muss erhebt sich logischerweise die Frage, kann das Wickelergebnis verbessert und gleichzeitig der Kostenaufwand gesenkt werden? Diesbezügliche Recherchen und Abwägungen der weltweit eingesetzten Konzepte haben zu einem positiven Ergebnis geführt, welches im Rahmen einer Weiterentwicklung umgesetzt und wie folgt beschrieben werden kann:
  Als Wickelmaschinentyp für den Einsatz in Verbindung mit Anlagen im Hochgeschwindigkeitsbereich wurde ein Wendewickler mit zwei Paar überdimensionierter Grosswälzlager, bekannt als Kugeldrehverbindungen, für besonders hohe Laufruhe gewählt. Die verzahnten Drehkränze werden paarweise am Umfang mittels Getriebemotore angetrieben und die beiden Wickelmotore sind in einem der beidseitigen Kastenständer eingebaut. Die Wickelachsen-Aufnahmen befinden sich auf Stahlplatten, die ihrerseits an die Drehkränze angeschraubt sind. Durch die unabhängige kreisförmige Bewegung der Wickelköpfe mittels der zusammengehörigen Kugeldrehverbindungspaare, können die beiden Wickelköpfe relativ zueinander auf minimal kurze Abstände gefahren werden, was dem Wunsch nach kurzen Wegen in der Rollenwechselphase entgegenkommt.
• Die Neuartigkeit liegt in dem Mechanismus, der die Zwangsführung und Positionierung der Schneideinrichtung gemeinsam mit der Wendebewegung vom Zentrum her ohne zusätzlichen Zeitaufwand durchführt und bei Erreichung des Enddurchmessers oder der vorgewählten Länge trennt und zum Anlegen des Bahnanfangs an die leere, adhesive Hülse führt. Dabei kann in Abhängigkeit der Schneidfähigkeit des Wickelmaterials bzw. der adhesiven Mitnahmekraft der Hülse und/oder des Bahnzuges zum Fertigwickel, entweder die Folienbahn durch den Anstellweg der Kontaktwalze an die Hülse in das stationäre Trennmesser geführt und abgeschnitten werden, oder ein mit der Kontaktwalze verbundener oder ein unabhängiger aber von der Kontaktwalze impulsartig betätigter Gegenhalter verändert den Folienweg derart, dass es zum Trennschnitt kommt.
• Unmittelbar nach dem Schneid- und Anlegevorgang wird der Messerträger pneumatisch zur Mitte zurückgezogen und um 90° mittels Indexkurbeltrieb in die senkrechte Warteposition gebracht.
• Die Wende- oder Schwenkbewegung der Rollenträger addiert sich zur Produktionsgeschwindigkeit und führt aufgrund der Massenträgheit des Fertwickels zu einer Erhöhung der Bahnspannung, die einerseits die Gesamtbahn, aber mehr noch, bei einer Nutzenwicklung, die Einzelbahnen zentriert und einen seitlichen Verlauf weitestgehend verhindern hilft, ohne dass eine Sekundär-Kontaktwalze angestellt werden muss – aber auf Wunsch kann.
• Andererseits ist jedoch wichtig, dass die wickelnde Rolle nicht an einer bestimmten Wende-Position angehalten wird, sondern weiterschwenkt, selbst wenn die leere Wickelstelle in der Wechselposition angekommen ist. Unter diesen Bedingungen begünstigt die erhöhte Bahnspannung die Funktionalität des Trennschnittes und erfordert keine problematische Anpassung der Wickler-Beschleunigung wie im Fall eines Positionsstops der Fertigrolle.
• Weil auf diverse Elemente, die sonst üblicherweise in der Rollenwechselphase zum Einsatz kommen und diesen ungünstigen Zeitraum verlängern, bewusst verzichtet wird und die leere vorpositionierte Wickelachse schon durch die Relativ-Bewegung des zweiten Drehkranzpaares in der Nähe des Aussendurchmessers wartet, werden bei Kommando „Rollenwechsel” beide Drehkranzpaare gleichzeitig angetrieben. Die leere Wickelstelle stoppt dann in Anlegeposition und quasi zeitgleich schwenkt die Kontaktwalze aus einer hinteren in die Kontaktwickelposition, was zu dem zwangsläufigen Schneid- und Anlegevorgang führt. Ziel dieses Rollenwechselprozesses soll sich im Bereich von wenigen Sekunden bewegen.
• Während des beginnenden Rollenaufbaus wird die Wickelstelle mit der Fertigrolle in die Entnahmeposition gewendet. Nach dem Beschicken der leeren Wickelstelle mit einer Wickelachse mit neuer Hülse, wendet die entsprechende Kugeldrehverbindung erst um 90° und nach Ankoppelung des Trennmechanismus und Fixierung mittels Zentrierprisma, wendet dieser durch Zwangsmitnahme mit dem Wickelkopf in die optimale Zwischenposition. Von hier wiederholen sich die oben beschriebenen einfachen Abläufe.
• Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, sowie zwecks Vermeidung irgendwie gearteter, kostspieliger Umbaumassnahmen treten die Anlagen-Betreiber an die Fachfirmen der Wickeltechnik heran und verlangen mit gut nachvollziehbaren Argumenten die Notwendigkeit, diverse Produkte auch in der entgegengesetzten Richtung aufzuwickeln. Bei Automatikwicklern, die, wie oben mehrfach erwähnt, für den Rollenwechsel Umschlingungssysteme oder bahnumlenkende Maschinenelemente verschwenken müssen, haben vielfach Kollisionsprobleme bis hin zur Ablehnung eines solchen Kundenwunsches.
• Bei dem hier beschriebenen, in den Wickler integrierten Rollenwechsel-Mechanismus kann diese Forderung in einfachster und im Prinzip ohne nennenswerte Mehrkosten entsprochen werden. Der Messerträger erhält ein zweites Zackenmesser und der verlängerte Index-Kurbeltrieb bewegt ihn nach dem Schneid- und Anlegevorgang um 90° nach unten, von wo im nächsten Arbeitstakt die erneute Mitnahme in die Rollenwechselposition geschieht.

Claims (8)

1. Mehrstellen-Wendeaufwickelmaschine mit integriertem Mechanismus zum automatischen Schneiden und Anlegen von flächenförmigen und wickelfähigen Produkten, wie Folien, Vliesstoffe, Papier, beschichtete Textilien und Verbundmaterial, etc. bei hohen Geschwindigkeiten dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum einer Wickelwendemaschine eine Trägerachse (A) drehbar gelagert ist, die zum Anbau einer Schneideinrichtung (B) dient, deren lineare Bewegung pneumatisch oder mittels einer anderen Vorschubeinrichtung betätigt wird und deren kreisförmige Bewegung gemeinsam mit der leeren Wickelstelle durchführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnet, dass die Schneideinrichtung mit dem Messerträger pneumatisch gegen die beidseitigen Pinolen gedrückt und mittels prismatisch ausgeformter Aufnahmestücke (C) zwangsweise zentriert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die zwangsweise Mitnahme durch die leere Wickelstelle um maximal 90° unter Aufrechterhaltung der auf den Schneidmechanismus ausgeübten Andruckkraft erfolgt.
4. Vorrichtung nach einem der zuvor aufgeführten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnführung derart beeinflusst wird, dass die Folie nach Verlassen einer Kontaktwalze und vor Erreichen der Wickelrolle zwangsläufig in das feststehende Messer läuft und getrennt wird und zwar, indem beispielsweise die auf Abstand zur Leerhülse gehaltene Kontaktwalze schlagartig vorschnellt und den Folienkontakt mit der präparierten Hülse herstellt.
5. Vorrichtung nach einem der zuvor aufgeführten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Kontaktwalze verbundener oder auch unabhängig davon montierter Gegenhalter durch die schlagartige Betätigung der Kontaktwalze in Richtung Bahnverlauf transportiert wird und die Folienbahn gegen das stationäre Zackenmesser zum Trennschnitt führt.
6. Vorrichtung nach einem der zuvor aufgeführten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführung des Rollenwechsels, d. h. Schneiden und Anlegen der Bahn an die leere, präparierte Hüls, der Messerträger pneumatisch oder ähnlich auf linearem Weg in Richtung Drehachse zurückgezogen wird
7. Vorrichtung nach einem der zuvor aufgeführten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung in ihrer zurückgezogenen Position beispielsweise über ein Ritzel in Verbindung mit einer pneumatisch aktivierten Zahnstange um 90° in die Ausgangsposition verschwenkt wird, bevor sie erneut in Richtung der Wickelpinolen bewegt wird.
8. Vorrichtung nach einem der zuvor aufgeführten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch den Anbau eines zweiten Trennmessers auf der gegenüberliegenden Seite des Messerträgers, der Verdoppelung des Verfahrweges des Zahnstangen-Ritzel-Vorschubs für 2 × 90° kreisförmige Schwenkradien und der mit dieser zu schützenden Einrichtung nicht ursächlich verbundenen Umkehrung der Wende- und Wickelrichtung ein automatischer Rollenwechsel in der entgegengesetzten Richtung fast ohne Aufwand möglich ist.