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Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Wickelgüte beim Wickeln
von bahnförmigem Material.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
der Wickelgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material, insbesondere leichtgewichtigem,
gestrichenem Papier, zu Rollen.
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Von der Wickelgüte der Rollen aus bahnförmigem Material hängt die
Möglichkeit ihrer Weiterverarbeitung ab. So tritt beispielsweise dann, wenn der
Rollenkern zu lose gewickelt ist, das sogenannte Teleskopieren auf, d. h. die Kerniagen
können sich nach außen teleskopartig verschieben. Die abwickelnde Bahn ist damit
in ihrer Seitenführung nicht mehr zu kontrollieren. Die Probleme der Kernwicklung
sind jedoch im großen und ganzen befriedigend gelöst und auch die heute erreichbare
Wickel güte ist durchaus ausreichend, wenn relativ kleine Rollen, also Rollen mit
geringem Außendurchmesser gewickelt werden, die einen großen Kerndurchmesser besitzen.
Diese Aussage gilt praktisch für alle Materialien, die im Sinne dieser Anmeldung
unter dem Begriff bahnförmiges Material Verstanden werden sollen, d.h. also für
Eunststoffolien, Metallfolien, Vliesstoffe und Papier. Bei größeren Durchmesserverhältnissen,wie
sir heute von den weiterverarbeitenden Industrien, also insbesondere Çn Druckereien
angestrebt werden,um durch eine größere Meterzahl auf der Rolle eine längere Maschinenlaufzeit
ohne Rollenwechsel zu erreichen, treten jedoch erhebliche
Schwierigkeiten
infolge von Überdehnungen, Abrissen usw. auf, die besonders bei Tragtrommelrollern
und speziell hier beim Wickeln von leichtgewichtigem, gestrichenen Papier auftreten.
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Die Erfindung soll deshalb nachstehend an Hand des Beispieles Wickeln
von leichtgewichtigem gestrichenen Papier auf Tragtrommelrollern beschrieben werden,
ohne sie jedoch darauf zu beschränken.
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Bei leichtgewichtigen gestrichenen Papieren - nachstehend wie branchenüblich
als LWC-Papiere bezeichnet - treten beim Unterteilen und Aufwickeln der von der
Papiermaschine bzw. dem Ealander kommenden Rolle gestrichenen Papieres immer wieder
Platzstellen auf, die erst beim Abrollen, in der Regel also beim Drucker erkannt
werden. Diese Platzstellen sind auf Spannungen in der Papierbahn zurückzuführen,
da jede Papierbahn unter Spannung gewickelt werden muß, um zu einer harten Rolle
zu führen, die der Drucker anschließend einwandfrei verarbeit en kann. Wichtig ist
dabei, daß die Bahnspannung so gewahlt wird, daß sich in der Rolle auf Grund des
Verschiebens der Lagenzueinander unter der Zugspannung und dem sich dadurch herausstellenden
Komprimieren der unteren Lagen keine Aufplatzer ergeben.
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Entscheidend für die Beurteilung der Wickelgüte einer Rolle sind dabei:
der Lagendruck zwischen den Lagen, der durch die elastische Spannung im Papier,
also dem Wickelzag entsteht; der Verbleibzug im Inneren der Rolle, detWesentlich
geringer ist und sogar negative Spannungen erreicht, da bei der Kompression des
Rolleninneren durch den äußeren Lagerdruck ein Teil der Wickelspannung abgebaut
wird; der Wickelzug, der bestimmt wird durch die Antriebsleistung der Tragtrommel,
den Auflagedruck der Wickelrolle auf den Tragtrommeln, gegf. dem Abwickelzug, sowie
dem Druck der evtl. eingesetzten Andruckwalze.
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Die Problematik des Rollenaufbaus ist in dem Aufsatz "Theoretische
Betrachtungen über den Aufbau einer Wicklung" von Dipl.-Ing. Armin Hutzenlaub, veröffentlicht
in APR 47/1966 ff.
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ausführlich dargestellt. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich u.a.,
daß die Fugenpressung über den Durchmesser bei konstantem Wickel zug jedoch unterschiedlichen
Materialbahnstärken zu völlig unterschiedlichen Werten führt und umso höher ist,
je dünner die aufgewickelte Materialbahn ist. Der Verfasser des Artikels warnt deshalb
ausdrücklich vor einem zu großen von Durchmesserverhältnis Fertigwickelrollendurchmesser
zu Kerndurchmesser und schlägt vor, das Verhältnis 7 : 1 nicht zu überschreiten,
da es sonst mit Sicherheit zu Fehlwicklungen kommt.
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Zu allen diesen tberlegungen kommt noch hinzu, daß die Tragtrommelroller
im Normalfall nicht einfach dem Umrollen einer Bahn von Maschinenbreite, also so,
wie sie vom Tambour der Papiermaschine entnommen wird, dienen, sondern zum Unterteilen
der maschinenbreiten Bahn als Längsschneider eingesetzt werden, wobei man aus wirtschaftlichen
Gründen versucht, auch die unterteilte Bahn auf einen möglichst großen Durchmesser
zu wickeln. Die Gr;unde, die gegen eine große Wickelrolle sprechen, sind ausführlich
in dem vorgenannten Artikel abgehandelt. Hinzu kommt aber noch, daß bei einem Wurf,
also einem Satz Wickelrollen wie er gleichzeitig aus einem Tambour, also der Mutterrolle
wie sie von der Papiermaschine kommt, geschnitten wird, über die volle Breite der
Papiermaschine stets Dickenschwankungen in der Papierbahn auftreten. Das führt dazu,
daß die Rollen eines Wurfes, die ja gleichzeitig auf den Tragtrommelroller aufgewickelt
werden, bei gleicher aufgenommener Materialbahnlänge unterschiedliche Durchmesser
aufweisen, was wiederum zu unterschiedlichen Anpreßdrücken im Nipp, d.h. in der
Kontaktzone Wickelrolle - Tragtrommel und damit zu unterschiedlichen Wickelhärten
führt.
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Bisher hat man, wie in der DAS 1 o92 293 beschrieben, versucht, die
Aufwickelspannung konstant zu halten. Ein anderer Vorschlag - DAS 1 o14 425 - geht
dahin, den Anpreßdruck im Nipp der Wickelrolle durch Aufbringen einer Andruckwalze
möglichst konstant zu halten. Ein neuerer Vorschlag - die OS 2 060 757 -geht dahin,
den Berührungsdruck der Wickelrolle im Nipp durch unterstützende Bänder zu regulieren
und damit konstant zu halten. Abgesehen davon, daß alle diese Vorschläge einen erheblichen
maschinellen Aufwand bedingen, ist es damit nicht möglich, Rollen großen Durchmessers
aus leichtgewichtigem Papier ohne Abplatzer zu wickeln.
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Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, LWC-Papiere,ohne
daß Platzstellen auftreten, zu Rollen großen Durchmessers, d.h. zu Rollen mit einem
Durchmesserverhältnis über 7 : 1 zu wickeln, dabei eine möglichst konstante Wickelgüte
im gesamten Wurf zu erreichen und aufwendige technische Einrichtungen zu vermeiden.
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Diese technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Steuern
der Wickelgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material, insbesondere leichtgewichtigem
gestrichenen Papier zu R-ollen mit dem kennzeichnenden Merkmal, daß die Dickendifferenz
Delta d zwischen dem einlaufenden bahnförmigen Material und der mittleren Dicke
der Wickellagen ermittelt und als Steuergröße für die Steuerung des Wicklers ausgewertet
wird.
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Durch das Wickeln einer Rolle erfolgt wegen der auftretenden Spannung
eine Kompression des Papieres, die logischerweise zu einer Dickenverringerung führen
muß. Die Dickenabnahme vom einlaufenden zum gerollten Papier in der fertigen Rolle
kennzeichnet dabei die generelle Belastung des aufgerollten Papieres. Durch Kontrolle
der Dicke des einlaufenden Papieres und der zugehörigen Länge in Verbindung mit
dem anwachsenden Durchmesser der Wickelrolle kann die Dickendifferenz Delta d errechnet
werden. Durch ständige Ermittlung der Dicke während
des Aufrollens
wird damit eine Änderung in der Belastung des aufgerollten Papieres sofort erkannt.
Die mittlere Lagendicke d des auf der Wickelrolle befindlichen Papieres ergibt sich
nach der Formel
wobei D der Durchmesser der fertig gewickelten Papierrolle)D0 der Durchmesser der
Hülse und L die Bahnlänge des aufgewickelten Papieres ist. Delta d ergibt sich als
Differenz aus gemessener Papierdicke dn im Einlauf
mittlerer errechneter Lagendicke d.
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Dieser Wert Delta d ist selbstverständlich von verschiedenen Faktoren
abhängig. Im wesentlichen geht die Materialstärke und das Material als solches ein.
Er ist jedoch sehr einfach durch Versuche zu bestimmen. Bei BWC-Papieren liegt er
bei ca. 4/um.
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Die Steuerung der Tragtrommel ist bei Tragtrommelrollern üblicherweise
so ausgelegt, daß zumindest die zweite Tragtrommel sowohl motorisch als auch generatorisch
wirken kann. Anders ausgedrückt: während die erste Tragtrommel die Funktion des
Antriebs der zu wickelnden Rolle übernimmt, kann die zweite Tragtrommel diese Funktion
sowohl ergänzen als auch abbremsen, d.h. daß die erforderliche Antriebsleistung
und gegf. das auftretende Bremsmoment als Antriebskraft ganz von der ersten Tragtrommel
übernommen werden muß.
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So besteht z.B. bei dem unter der Bezeichnung VARI-DUR vertriebenen
Tragtrommelroller der Jagenberg-Werke die Möglichkeit, den Ackelzug einzustellen,
dt.h. die Antriebsleistung beider Tragtrommeln insgesamt zu wählen, ferner diese
gesamte Antriebsleistung auf beide Tragtrommeln aufzuteilen, desweiteren die zeitliche
Verschiebung dieser Aufteilung zu wählen und in Druck der Andruckwalze zu regeln.
Obwohl also bereits wesentliche Funktionen voll maschinell gesteuert werden und
alle weiteren Regelmöglichkeiten vorgesehen sind, gibt es für den Maschinenführer
keine konkreten Hinweise, wonach er steuern könnte, so daß er das Gerät auf Grund
seiner Erfahrungen steuert.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun diese Steuerung nach einer
optischen Anzeige vorzunehmen oder vollautomatisch ablaufen zu lassen, d.h. daß
beim Einsatz einer optischen Anzeige die ermittelte Dickendifferenz kontinuierlich
angezeigt wird und der Maschinenführer lediglich dafür zu sorgen hat, daß diese
Differenz im Laufe einer Rollenwicklung dem ihm vorgegebenen Sollverlauf folgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Dickendifferenz
Delta d mittels eines Rechners aus Momentwerten für die Dicke der einlaufenden Materialbahn
und dem Rollendurchmesser, sowie dem Integralwert für die aufgewickelte Materialbahnlänge
ständig errechnet. Der große Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt darin,
daß es durch den Einsatz eines Rechners möglich ist, die Dickendifferenzwerte innerhalb
kürzester Zeit zur Verfügung zu haben, d.h. daß praktisch jederzeit auf Abruf das
Ergebnis des Rechners vorliegt, optisch sichtbar gemacht werden kann und selbstverständlich
neben der optischen Sichtbarmachung auch die Möglichkeit besteht, direkt Impulse
aus dem Rechner abzuleiten und zur Steuerung, beispielsweise eines Tragtrommelrollers
zu benutzen, so daß ein vollautomatisches Aggregat entsteht.
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Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht
aus einem Tragtrommelroller Aund einer Steuerung des Tragtrommelantriebs mit dem
kennzeichnenden Merkaml, daß der Steuerung des Tragtrommelantriebs ein Impulsgeber
zugeordnet ist, der über einen Rechner mit einer Vorrichtung zur Längen- und Dickenmessung
der aufzuwickelnden Bahn und einer Vorrichtung zur Ermittlung dF Durchmesser der
Wickelrolle verbunden ist. Da die erste Tragtrommel des Tragtrommelrollers zu einem
großen Teil von der aufzuwickelnden Bahn umschlungen ist, tritt zwischen ihr und
der zu wickelnden Rolle praktisch kein Schlupf ein, so daß diese Tragtommel gleichzeitig
als Meßwalze zur Ermittlung der Bahnlänge eingesetzt werden kann. Die Umdrehungszahl
dieser Walze gibt also in
Verbindung mit ihrem Durchmesser einen
sehr genauen Wert über die auf die Wickelrolle aufgelaufenen Meter.
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Das Dickenmeßgerät ist dieser Tragtrommel vorgeschaltet, wobei es
im einfachsten Falle genügt, eine linienförmige Messung vorzunehmen. Diese Messung
erfolgt dann zweckmäßigerweise in der Bahnmitte. Die Durchmessererfassung der Wickelrolle
erfolgt am zweckmäßigsten durch elektrooptische Mittel analog einer Lichtschrsnke,
jedoch ist es auch möglich, mechanische auf Seil, Rolle, Hebel, Meßdose usw. wirkende
Mittel zurückzugreifen, die jedoch im allgemeinen nicht die hohe Genauigkeit der
optischen Einrichtungen erreichen.
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Beispiel 1 Mit einem Jagenberg VARI-DUR-Roller wurde Tiefdruckpapier
mit einem Flächengewicht von 65 g/m2 umgerollt und geschnitten.
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Die Rollergeschwindigkeit betrug maximal 1.300 m/Min.
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Der Hülsendurchmesser, der Rollen des neu gewickelten Wurfes betrug
11,2 cm, der Rollenenddurchmesser 96,6 cm. Die Rollen enthielten einet Papieiänge
von 13.olo m. Die Automatik dieses Rollers berücksichtigt 3 Faktoren: 1. die Führung
der Bahn, 2. der Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Tragtrommeln,
3. den Auflagedruck der Druckwalze auf die zu wickelnde Rolle.
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Mit wachsendem Rollendurchmesser wird dabei durch die Bewegung der
Druckwalze nach oben über ein pneumatisch elektrisches System auf elektrischem Wege
der Zweimotorenantrieb der Tragwalzen gesteuert, wobei durch den Rollerführer am
Steuerventil nach einem Anzeigeinstrument die prozentuale Voreilung der vorderen
Tragtrommel und der Druckwalze gegenüber der hinteren Tragtrommel eingestellt wird.
Dies eingestellte Verhältnis wird von der Automatik selbsttätig beibehalten. Ohne
Ohne
zusätzlichen Eingriff des Rollerführers ergibt sich damit die Kurve 1. Die prozentuale
Voreilung betrug dabei .....
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Die geringste Papierverdichtung ergibt sich dabei beim Aufwickelstand
von 8.ooo m, die daran anschließenden Lagen weisen wieder eine wesentlich stärkere
Kompression auf, insbesondere die letzten 20 cm - bezogen auf den Durchmesser der
Papierrolle -bei der Abwicklung weist diese Rolle eine Vielzahl von Platzstellen
im letztgenannten Bereich auf.
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Beispiel 2 Auf dem gleichen vorbeschriebenen Roller wurde ein Diefdruckpapier
mit 60 g/m gerollt und geschnitten. Die Rollergeschwindigkeit betrug maximal 1500
m/Min., der Hülsendurchmesser der Fertigrollen 11,2 cm, der Rollenenddurchmesser
betrug 94,5 cm, die Papierlänge, die auf diesen Rollen enthalten war, 13.720 m,
Die Steuerung des Roller wurde dahingehend verändert, daß nicht mehr der Rollerführer
am Steuerventil nach einem Anzeigeinstrument die prozentuale Voreilung einer Tragtrommel
einstellt, sondern daß während des gesamten Wickelvorganges durch dieses Ventil
eine kontinuierliche Steuerung erfolgte. Zu diesem Zweck war die umschlungene Tragtrommel
mit einem Drehzahlmesser ausgerüstet, der mit einem Rechner gekuppelt wurde, so
daß, da der Schlupf zwischen dieser Tragtrommel und der laufenden Papierbahn vernachlässigbar
klein ist, aus Drehzahl und Tragtrommelumfang die Papierlänge ermittelt werden konnte.
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Dem Roller vorgeschaltet war ein Dickenmeßgerät, das den Wert der
Papierdicke konstant in den Rechner einspeiste. Die Papierdicke betrug während des
ganzen Laufes konstant 55/um.
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Ferner war die Druckwalze des Rollers, die während des gesamten Wickelvorganges
konstant auf der zu wickelnden Rolle aufliegt, mit einem Meßwerk verbunden, das
die Höhenlage der Druckwalze und damit den Rollendurchmesser anzeigte. Auch dieser
Wert wurde in den Rechner eingespeist. Aus diesen Werten wurde vom Rechner kontinuierlich
der jeweilige Delta d-Wert ermittelt, über ein Anzeigeinstrument sichtbar gemacht
und gleichzeitig einem Impulsgeber zugeführt, der nach einer vorgegebenen Verlauf
skurve
für Delta d die Regulierung des Steuerventiles bewirkte. Die Kurve 2 zeigt, daß
der Wert Delta d zunächst kontinuierlich abnimmt und dann - von geringfügigen Schwankungen
abgesehen - auf einem konstanten Wert verharrt.
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Die Überprüfung dieser Rolle durch Abwickeln ergab keinerlei Platzstellen.