DE2439212B2

DE2439212B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Wickelgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material

Info

Publication number: DE2439212B2
Application number: DE19742439212
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dr. 5842 Garenfeld Badde; Ruediger Dr. 5800 Hagen Koopmann
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2439212C3; DE2439212A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Wickilgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material, insbesondere leichtgewichtigem, gestrichenen Papier zn Rollen auf Tragtrommelroliern, bei denen zum Stellen des Spaltdrucksollwertes der Durchmesser-Ist-Wert der Wickelrolle erf" ßt und in eine Rechenschaltung eingegeben wird.

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 Kernlagen können sich nach außen iteleskopartig 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 Wickelgüte 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 Kunststoffolien, Metallfolien, Vliesstoffe und Papier. Bei größeren Durchmesserverhältnissen, wie sie heute von den weiterverarbeitenden Industrien, also insbesondere den 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. Die Erfindung soll deshalb nachstehend an Hand des Beispieles Wickeln von leichtgewichtigem gestrichenen Papier auf Tragtrommelrollern beschrieben werden, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Bei leichtgewichtigen gestrichenen Papieren — nachstehend wie branchenüblich als LWC-Papiere bezeichnet - treten beim Unterteilen und Aufwickeln der von der Papiermaschine bzw. dem Kalander 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 verarbeiten kann. Wichtig ist dabei, daß die Bahnspannung so gewählt wird, daß sich in der Rolle auf Grund des Verschiebens der Lagen zueinander unter der Zugspannung und dem sich dadurch herausstellenden Komprimieren der unteren Lagen keine Aufplatzer ergeben.

Entscheidend für die Beurteilung der Wickelgüte einer Rolle sind dabei:

der Lagendruck zwischen den Lagen, der durch die elastische Spannung im Papier, also dem Wickelzug entsteht;

der Verbleibzug im Inneren der Rolle, der wesentlich geringer ist und sogar negative Spannungen erreicht, da bei der Kompression des Roileninneren durch den äußeren Lagendruck ein Teil der Wickelspannung abgebaut wird;
der Wickelzug, der bestimmt wird durch die Antriebsleistung der Tragtrommel, den Auflagedruck der Wickelrolle auf den Tragtrommeln, ggf. dem Abwickelzug, sowie dem Druck der evtl. eingesetzten Andruckwalze.

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. ausführlich dargestellt Aus diesen Betrachtungen ergibt sich u. a, daß die Fugenpressung über den Durchmesser bei konstantem Wickelzug 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 Durchmesserverhältnis von Fertigwickelrollendurchmesser zu Kerndurchmesser und schlägt vor, das Verhältnis 7:1 nicht zu überschreiten, da es sonst mit Sicherheit zu Fehlwicklungen kommt

Zu allen diesen Überlegungen 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 z.„ wickeln. Die Gründe, 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, Ober 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 weraen, bei gleicher aufgenommener Materialbahnlänge unterschiedliche Durchmesser tijfweisen, was w'edenim zu unterschiedlichen Anpreßdrücken in der Kontaktzone Wickelrolle — Tragtrommel und damit zu unterschiedlichen Wickelhärten führt

Bisher hat man, wie in der DE-AS 10 92 293 w beschrieben, versucht, die Aufwickelspannung konstant zu halten. Ei.j anderer Vorschlag - DE-AS 10 14 425 geht dahin, den Anpreßdruck der Wickelrolle auf die Tragtrommel des Tragtrommelroüers durch Aufbringen einer Andruckwalze möglichst konstant zu halten. In die gleiche Richtung zielt der Vorschlag der US-PS 35 99 889, die ebenfalls mit einer auf der Wickelrolle liegenden Andrückrolle arbeitet Das Gewicht dieser Andrückrolle wird als Funktion der Durchmesseränderung der Wickelrolle und damit als Funktion des |[Berührungsdruckes auf die Tragtrommelrollen durch Tmehr oder weniger starkes Anheben der Andruckwalze 'geregelt

f Ein neuerer Vorschlag, die DE-OS 2060 757, geht [dahin, den Berührungsdruck der Wickelrolle auf die Tragtrommel durch unterstützende Bänder zu regulieren und damit konstant zu halten. Abgesehen davon, daß all diese Vorschläge einen erheblichen maschinellen Aufwand bedingen, ist es damit nicht möglich, Rollen ^großen Durchmessers aus leichtgewichtigem Papier ohne Abplatzer zu wickeln.

Der 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.

Diese technische Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Steuern der Wickelgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material, insbesondere leichtgewichtigem, gestrichenen Papier zu Rollen auf Tragtrommelrollern, bei denen zum Stellen des Spaltdrucksollwertes der Durchmesser-Ist-Wert der Wickelrolle erfaßt und in eine Rechenschaltung eingegeben wird, dadurch gelöst, daß die Dickendifferenz Deita d zwischen der Dicke des einlaufenden bahnförmigen Materials und der mittleren Dicke der Wickellagen ermittelt und als Steuergröße für die Steuerung des Wicklers ausgewertet wird.

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 wird die Dickendifferenz Delta d errechnet Durch ständige Ermittlung dsr Dicke während des Aufrollens wird damit eine Änderung in der Belastung des aufgerollten Papieres sofort erkannt Die mittlere Lagendicke </des auf der Wickelrolle befindlichen Papieres ergibt sich nach der Formel

d = -* (^-ßgJ/L, M

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 d_ü im Einlauf und mittlerer errechneter Lagendicke d.

Dieser Wer·. Delta d ist selbstverständlich von verschiedene^ Faktoren abhängig, !m wesenrhthen geht die Materiaktarke und das Material als solches ein. Er ist jedoch sehr einfach durch Versuche zu bestimmen. Bei L WC-Papieren liegt er bei ca. 4 μιη. Die Steuerung der Tragtromme! ist bei Tragtrommeiroliern üblicher weise so ausgelegt, daß zumindest die zweite Tragtrornmel 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 ggf. das auftretende Bremsmoment als Antriebskraft ganz von der ersten Tragtrommel übernommen werden muß.

So besteht z. B. bei einem bekannten Tragtrommelroller die Möglichkeit, den Abwickelzug einzustellen, d. h. die Antriebsleistung beider Tragtrommeln insgesamt zu wählen, ferner diese gesamte Antriebsleistung auf beide Tragtrommeln aufzuteilen, des weiteren die zeitliche Verschiebung dieser Aufteilung zu wählen und den Druck der Andruckwalze zu regeln. Obwohl also bereits wesentliche Funktionen voll maschinell gesteuert werden und alle weiteren Regelrnöglichkeiten vorgesehen sind, gibt es für den Maschinenführer keine konkreten Hinweise, wonach er steuern könnte, so daß er das Gerät auf Grund seiner Erfahrungen steuert

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 Roilenwicklung dem ihm vorgegebenen Sollverlauf folgt

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Dickendifferenz Delta aus Momentanwarten 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 Zc .ur 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

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Tragtrommelroller, eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Durchmesser-Ist-Wertes der Wickelrolle, eine Rechenschaltung und eine Steuerung zum Stellen des Spaltdrucksollwertes auf, mit dem kennzeichnenden Merkmal, daß der Steuerung des Tragtrommelantriebes ein Impulsgeber zugeordnet ist, der über einen Rechner mit je einer Vorrichtung zur Längen- und Dickenmessung der aufzuwickelnden Bahn und einer Vorrichtung zur Ermittlung des Durchmessers der Wickelrolle verbunden ist Da die erste Tragtroir»· mel 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 Tragtrommel gleichzeitig als Meßwates zur Ermittlung der Bahnlänge eingesetzt werdfjn kann, Die Umdrehungszahl dieser Walze gibt also in Verbindung mit ihrem Durchmesser einen sehr genauen Wert über die auf die Wickelrolle aufgelaufenen Meter.

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 elektrcoptische Mittel analog einer Lichtschranke, 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der P i g. 1 beschrieben, wobei Fig. 1 die Systemskizze eines Tragtrommelrollers darstellt, die Fig.4 und 5 Kurven darstellen, die den Wickelzustand von Rollen aufzeigen, die mit einer Vorrichtung nach F i g. 1 gerollt wurden.

Der von der Papiermaschine kommende Tambour 4 ruht in einer Abwicklung. Die Papierbahn 19 wird durch das Dickenmeßgerät 1 geführt und gelangt über die Leitwalze 5 und die Spannvorrichtung 6 nach Passieren der Breitstreckwalze 7 zum Schneidwerk 8. Die Papierbahn 19 ist damit in Längsstreifen unterteilt und erreicht nach erneutem Passieren einer Breitstreckwalze 7 die hirtere Tragtrommel 9a, die von ihr umschlungen wird. Durch diese Umschlingung besteht zwischen der Papierbahn 19 und der hinteren Tragtrommel 9a kein Schlupf. An ihr ist deshalb das Längenmeßwerk 2 angeordnet, das Längendaten in den Rechner 13 einspeist Die Druckwalze 10 übt auf die Wickelroüe 18 einen konstanten Andruck aus und ist mit einer Vorrichtung 3 zur Ermittlung des Rollendurchmessers gekuppelt Die aus dieser Vorrichtung erhaltenen Werte werden ebenfalls in den Rechner 13, der im Schaitpuh 12 angeordnet ästeängespeis*.

Aus der auf der Wickelrolle 18 aufgewickelten Papierlänge in Verbindung mit dem Durchmesser dieser Rolle errechnet der Rechner 13 die mittlere Lagendicke einer Lage und bildet die Differenz Delta d, die auf einem Anzeigeinstrument 15 im Schaltpult 12 sichtbar gemacht wird. Durch Umsetzen des Wertes ir. Impulse im Impulsgeber 14 und Oberleiten der Impulse auf das Steuerventil 16, das den Stellmotor 17 betätigt, kann die Drehzahl der umschlungenen Tragtrommel 9a und der vorderen Tragtrommel 96 geregelt werden, dh, dadurch, daß man das Verhältnis der Drehzahlen von vorderer Tragtrommel 9b zu hinterer Tragtrommel 9a regelt, wird die Spannung beim Aufwickeln der Papierbahn 19 auf die Wickelrolle 18 geregelt und damit die Wickelgüte gesteuert

Die F i g. 2 und 3 zeigen das Verhältnis der mittleren Papierdicke, bzw. von Delta d zur aufgewickelten Papierlänge gemäß Beispiel 1, also gemäß dem Stand der Technik.

Die F i g. 4 und 5 zeigen das Verhältnis Delta d, bzw. mittlere Papierdicke zur aufgewickelten Papierlänge gemäß Beispiel 2, also gemäß der Erfindung. Die Papierdicke, d. h. die Papiereinlaufdicke verändert sich in beiden Fällen nicht Die mittlere Papierdicke bleibt beim erfindungsgemäßen Verfahren auf Grund der* Steuerung nach Delta d auch bei großen Papierlängen praktisch konstant

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Beispiel 1

Mit einem bekannten Tragtrommelroller wurde Tiefdruckpapier mit einem Flächengewicht von 65 g/m² umgerollt und geschnitten. Die Rollergeschwindigkeit betrug maximal 1300 m/Min. Der Hülsendurchmesser, der Rollen dec neu gewickelten Wurfes betrug 11,2 cm, der Rollenenddurchmesser 96,6 cm. Die Rollen enthielten eine Papierlänge von 13 010 m. Die Automatik dieses Rollers berücksichtigt 3 Faktoren:

1. die Führung dei Bahn,

2. der Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Tragtrommeln,

3. den Auflagedruck der Druckwalze auf die zu wickelnde Rolle.

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 zusätzlichen Eingriff des Rollerfljhrers ergibt sich damit die Kurve 1, F i g. 2 und 3. Die prozentuale Voreilung betrug dabei ...%. Die geringste Papierverdichtung ergibt sich dabei beim Aufwickelstand von 8000 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.

Beispiel 2

Auf dem gleichen vorbeschriebenen Roller wurde ein Tiefdrückpapier mit 50 g/m gereut und geschnitten. Die Rollergeschwindigkeit betrug maximal 1500 m/Min, der Hülsendurchmesser der Fertigrollen 11,2 «an, der Rollenenddurchmesser betrug 945 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 Tragtrommei 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 Tragtrommelumfarjg die Papierlänge ermittelt werden konnte.

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 μτη.

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 Verlaufskurve für Delta d die Regulierung des Steuerventils bewirkte. Die Kurve 2, Fig.4 und 5, zeigt, daß der Wert Delta d zunächst

kontinuierlich abnimmt und dann — von geringfügigen Schwankungen abgesehen — auf einem konstanten Wert verharrt.

Die Überprüfung dieser Rolle durch Abwickeln ergab keinerlei Platzstellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

I106/213

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern der Wickelgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material, insbesondere « leichtgewichtigem gestrichenen Papier zu Rollen auf Tragtrommelroller^ bei denen zum Stellen des Spaltdrucksollwertes der Durchmesser-Ist-Wert der Wickelrolle erfaßt und in eine Rechenschaltung eingegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickendifferenz Delta d zwischen der Dicke des einlaufenden bahnförmigen Materials und der mi-tleren Dicke der Wickellagen ermittelt und als Steuergröße für die Steuerung des Widders ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickendifferenz Delta d aus Momentanwerten für die Dicke der einlaufenden Materialbahn und dem Rollendurchmesser, sowie dem Integralwert für die aufgewickelte Materialbahnlänge ständig errechnet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, bestehend aus einem Tragtrommelroller, einer Meßvorrichtung zur Erfassung des Durchmesser-Ist-Wertes der Wickelrolle, einer Rechenschaltung und einer Steuerung zum Stellen des Spaltdrucksollwertes, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerung des Tragtrommelantriebes ein Impulsgeber (14) zugeordnet ist, der über einen Rechner (13) mit je einer Vorrichtung zur Längen- (2) und Dickenmessung (1) der aufzuwickelnden Bahn (19) und einer Vorrichtung zur Ermittlung des Durchmessers (3) der Wickelrolle (18) verbunden ist.