DE4442154A1 - Verfahren zum Einleiten eines vorzeitigen Rollenwechsels - Google Patents

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Einleiten eines vorzeitigen Rollenwechsels einer von einer Hülse abzuwickelnden Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn.

Der Begriff "Hülse" steht stellvertretend für Tamboure, Wickelkerne aus Pappe oder Metall.

Bei allen Wickelvorgängen, insbesondere in der Papierindustrie, werden immer größere Rollen angestrebt. Dies gilt für den Durchmesser und die Breite. Die Wickeltechnik stößt jedoch auf physikalische Grenzen, die eine vollständige Nutzung der aufgewickelten Warenbahnmenge nicht zulassen. Im Innern der Rollen, d. h. im sogenannten Kernbereich, direkt an oder direkt über der Hülse treten Zerstörungen, wie Bahnzerreißungen, sogenannte Kernplatzer oder auch Kreppfalten auf. Im nachfolgenden werden diese Erscheinungen als Fehlstellen bezeichnet. Weiter erschwerend ist, daß diese Fehlstellen nur statistisch mit stark schwankenden Häufigkeiten auftreten.

Zwangsläufig führt dies zu Abrissen der Warenbahn in den nachfolgenden Verarbeitungsmaschinen mit entsprechenden Stillständen und Materialverlusten. Aus Sicherheitsgründen wird daher die Rolle nicht vollständig weiterverarbeitet, sondern es wird eine beträchtliche Menge Restpapier auf der Hülse belassen, die dann als Ausschuß der Wiederverarbeitung zugeführt werden muß.

Wie Jühe in der DE-Literaturstelle:
Praxiserfahrungen bei der Herstellung breiter Tiefdruckrollen mit großem Durchmesser, veröffentlicht in: Das Papier, 45. Jahrgang 1991, Heft 10a, Seiten V73 bis V78 berichtet, wurde bereits versucht, auftretende Fehler, wie z. B. Wickel falten und Riegel während des Anwickelns mit stroboskopischer Beleuchtung für das menschliche Auge sichtbar zu machen. Trotzdem wird auch weiterhin eine beträchtliche Anzahl von Großrollen auf Klinikrollern zu Kontrollzwecken umgewickelt, um Anhaltspunkte für das evtl. Vorliegen von Fehlstellen zu erhalten, die bzw. deren Entstehung bisher von außen nicht festgestellt werden konnten. Aus der erwähnten Literaturstelle geht weiterhin hervor, daß "Problemstellen nahe der Hülse (Kernplatzstellen)" offensichtlich erst während der Abrollung entstehen, bei der Aufwicklung also noch gar nicht erfaßt werden können. Aus bei der Abrollung eines großen Tambours festgestellten Temperaturänderungen, d. h. einer systematischen Temperatursteigerung nahe des Tambourkerns - als Folge von Druckwechsel - und Biegebeanspruchungen sowie Gleitbewegungen im Kern - wird die Vorstellung abgeleitet, ein weiteres Prüfungs- und Beurteilungsverfahren für die Wicklungstechnik zu entwickeln. Als Merkmale für die Wicklungsqualität werden auf Seite V76, rechte Spalte u. a. die Rollenhärte, die Rollenstruktur, die Rollenoberfläche und die Rollenform angegeben. Eine Anregung zur Entwicklung einer Methode, die zur Feststellung evtl. vorliegender Fehlstellen dienen könnte, wird in der Literaturstelle noch nicht gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das bei der Herstellung von Rollen mit großem Rollendurchmesser und großer Bahnbreite, insbesondere in der Papierindustrie, eine Möglichkeit zur frühzeitigen Ermittlung von im Kernbereich auftretenden Fehlstellen schafft, so daß die Herstellung von Großrollen bis zur Ausnutzung ihrer physikalischen Wickelgrenzen ermöglicht wird und die auf der Hülse notwendigerweise zu belassene Restlagenzahl minimiert wird.

Die Erfinder haben nun erkannt, daß innerhalb eines bestimmten, der Hülse benachbart liegenden Bereiches von jagen der Papierbahn gewisse Temperaturphänomene auftreten können, die sich zur frühzeitigen Erkennung von Fehlstellen ausnutzen lassen und die Einleitung eines Rollenwechsels ermöglichen, bevor es durch die Fehlstellen zu einem Abriß der Warenbahn kommt. Bei den erwähnten Temperaturphänomenen handelt es sich um punkt- oder flächenförmige Stellen mit um wenige Zehntel °C erhöhter Temperatur. Diese Stellen sind nicht zu verwechseln mit ringförmigen Temperaturerscheinungen, die ebenfalls im Kernbereich zu beobachten sind und im Vergleich zu den weiter von der Hülse entfernt liegenden Lagen einer Warenbahn eine erhöhte Temperatur aufweisen.

Unter Rückgriff auf die neu gewonnenen Erkenntnisse schlägt die Erfindung daher zur Lösung der gestellten Aufgabe ein Verfahren zum Einleiten eines vorzeitigen Rollenwechsels einer von einer Hülse abzuwickelnden Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn, vor, das durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

• - mit einer berührungslosen Temperaturmeßeinrichtung wird, während die Rolle beim Auf- oder Abwickelvorgang 100% bis 60% ihrer Masse aufweist, stirnseitig in einer Zone, die bis zu 150 mm in radialer Richtung von der Oberfläche der Hülse entfernt ist, die Temperatur gemessen,
• - bei einer festgestellten Temperaturdifferenz von 0,5°C zwischen punkt- oder flächenförmigen Temperaturstellen innerhalb der Zone und den kühleren benachbarten Bereichen wird der radiale Abstand von der Hülsenoberfläche ermittelt,
• - der ermittelte Abstand wird zur Auslösung eines Signals, das den Rollenwechsel bei Erreichen des Abstandes auslöst, abgespeichert.

Wie Versuche an den Aufwicklungen zweier Papiermaschinen gezeigt haben, weist die an der Stirnseite der Papierrolle gemessene Temperaturentwicklung bei ca. 90% der Messungen den folgenden typischen Verlauf auf, wobei es keinen gravierenden Unterschied zwischen einzelnen Flächengewichten - Rohpapiergewicht zwischen 32 bis 48 g/m² - oder Papiersorten gab:
Zunächst kommt das Papier mit einer hohen Temperatur aus der Trockenpartie der Papiermaschine. Im weiteren Verlauf der Aufwicklung sinkt die Temperatur im Kernbereich zunächst deutlich ab, je weiter sich der Tambour vom Nip entfernt. Wächst die Masse der Papierrolle über 60% der Endmasse der fertigen Rolle an, klingt die Tendenz fallender Temperatur im Kernbereich deutlich ab. Der Trend fallender Temperaturen kehrte sich um, und die Temperatur stieg in einer Zone, die ca. 5 bis 150 mm, insbesondere 10 bis 80 mm, von der Oberfläche der Hülse entfernt ist, an. Dabei bildete sich innerhalb der Zone eine nur wenige mm breite ringförmige Temperaturstelle im Randbereich der Rolle. Festgestellte Temperaturdifferenzen von 0,5 °C an punkt- oder flächenförmigen Stellen innerhalb der schmalen ringförmigen Temperaturstelle - im Vergleich zu kühleren benachbarten Bereichen der ringförmigen Temperaturstelle - weisen auf Fehlstellen hin, die bei der nachgeschalteten Abwicklung zu Abrissen führen können.

Durch die Erkenntnis der Erfinder, wonach das Ausmaß der Temperaturerhöhung mit Fehlern im Kernbereich der Rolle gekoppelt ist, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren erstmals mittels Temperaturüberwachung das Erkennen von Fehlstellen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des ersten Verfahrens erfolgt die Überwachung beider Stirnseiten der Rolle, da das Auftreten von Fehlstellen willkürlich im Randbereich auf einer der beiden Seiten erfolgen kann und keineswegs auf beiden Seiten gleichzeitig vorkommen muß.

Da sich gezeigt hat, daß zu Beginn der Abwicklung, genau wie gegen Ende der Aufwicklung an der Papiermaschine, die Ausbildung von punkt- oder flächenförmigen Erwärmungen im hülsennahen Randbereich der Rolle erfolgt, spielt es prinzipiell keine Rolle, ob die Temperaturüberwachung an der Auf- oder Abwicklung erfolgt.

Wird keine Auffälligkeit registriert, verläuft der Verarbeitungsvorgang wie vom Verarbeiter gewünscht und zur bestmöglichen Materialausnutzung optimiert.

Wird dagegen ein kritischer Wert angezeigt, d. h. eine ermittelte Temperaturdifferenz von 0,5 °C gegenüber kühleren benachbarten Bereichen, würde als einfachste Form des Reagierens, die Ausgabe eines Alarms für den Maschinenbetreiber als Hinweis auf eine Fehlstelle genügen.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Automatisierung zur Einleitung eines vorzeitigen Rollenwechsels, wobei Steuersignale der Temperaturmeßeinrichtung einen Rollenwechselvorgang auslösen, hat sich jedoch aus naheliegenden Gründen als überlegen erwiesen.

Die Erfinder stellten fest, daß bei gestrichenen Papieren die Ausbildung von punkt- oder flächenförmigen Stellen mit erhöhter Temperatur stärker ausgeprägt ist als bei ungestrichenem Papier. Es ergaben sich bei der Abrollung von gestrichenem LWC-Papier mit einem Flächengewicht von 75 g/m² zu Beginn der Abwicklung Temperaturdifferenzen bis zu 1,6 °C. Vorzugsweise wird die Temperatur der Rollen an beiden Stirnseiten gemessen.

Gemäß einem zweiten Vorschlag, wie er im Patentanspruch 3 angegeben ist, sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe ein Verfahren zum Einleiten eines Rollenwechsels einer von einer Hülse abzuwickelnden Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn in Rollendruckmaschinen vor, das durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

• - während die Rolle im Bereich von 100 mm von der Hülsenoberfläche entfernt bis zum Ende abgewickelt wird, wird oberhalb der abzuwickelnden Warenbahn eine berührungslose Temperaturmessung im Randbereich sowie im Mittenbereich der Rolle durchgeführt,
• - durch Ermittlung einer Temperaturdifferenz im Randbereich der Rolle im Vergleich zum Mittenbereich von <0,5 °C wird durch von der Temperaturmeßeinrichtung ausgelöste Steuersignale ein vorgezogener Rollenwechsel eingeleitet.

Obwohl die höhere Wärmeentwicklung im Kernbereich der Rolle bei großer Rollenmasse am Anfang des Abwickelprozesses entsteht, lassen sich lokal erwärmte Stellen, die auf Fehlstellen hinweisen, auch noch bei fortgeschrittenem Abwickelprozeß meßtechnisch erfassen. Dies gelingt, weil lokal erwärmte Stellen sich während der Abwicklung infolge eines Wärmeflusses gegenüber der Umgebung in einem größeren Bereich nachweisen lassen. Entscheidend ist dann die Temperaturdifferenz zwischen Rollenmitte und den Randbereichen. Das erfindungsgemäße zweite Verfahren ermöglicht demnach mittels Temperaturüberwachung das frühzeitige Erkennen von Fehlstellen auch dann, wenn kein stirnseitiger Zugang zur Rolle möglich ist, wie es bei der Abwickelstation von Rollendruckmaschinen häufig aus konstruktiven Gründen vorgegeben ist.

Bei dem erfindungsgemäßen zweiten Verfahren hatte sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Temperaturmessung durch eine Infrarotkamera, die mit einer Linearführung ausgestattet ist, traversierend über die gesamte Breite der Rolle erfolgen zu lassen. Ein Rechner wertet das Temperaturprofil über die ganze Breite der Rolle aus. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen Mitten- und Randbereich der Rolle wird ein Steuersignal an die Wechselvorrichtung zum Auslösen des Wechselvorgangs ausgegeben.

Erfindungsgemäß haben sich Infrarotkameras mit einer Auflösegenauigkeit von wenigstens 0,2 °C bewährt. Die Umgebungstemperatur, bei der die Messungen stattfinden, beträgt im Mittel 30 °C.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind nicht nur auf das Wickeln von Warenbahnen aus Papier anwendbar. Auch beim Wickeln von Warenbahnen aus Kunststoffasern oder bei Folien entstehen mit wachsender Rollenmasse Erwärmungen im Kernbereich der Rolle.

Die nachfolgenden Figuren dienen der näheren Erklärung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 die Stirnseite einer Rolle mit skizzenhafter Darstellung einer ringförmigen Temperaturstelle und einer punktförmigen Stelle mit erhöhter Temperatur,

Fig. 2 eine räumlich angeordnete schematische Darstellung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens nach Patentanspruch 3,

Fig. 4 und 5 Infrarot-Temperaturaufnahmen mit lokaler Temperaturerhöhung, aufgenommen von der Stirnseite der Rolle.

Fig. 1 zeigt die Stirnseite der fertig gewickelten Rolle (1) kurz vor dem Ausstoßen aus der nicht gezeichneten Aufwicklung einer Papiermaschine. Die Rolle (1) weist einen Fertigdurchmesser von d_max = 3,2 m und einen Innendurchmesser bzw. Hülsendurchmesser von d_H = 560 mm auf. Der Bereich der Hülse (2) ist schraffiert gezeichnet. Eine wenige mm breite, als dicke Strichpunktlinie dargestellte ringförmige Temperaturstelle (5) befindet sich innerhalb der in radialer Richtung mit Z = 150 mm gezeichneten Zone. Der gestrichelt gezeichnete Kreis (4) entspricht 60%. des Fertigdurchmessers und gibt den zeitlichen Beginn der Temperaturüberwachung an. Mit Erreichen des Fertigdurchmessers weisen die Papierlagen der ringförmigen Temperaturstelle (5) eine um 1,3 °C höhere Temperatur als die direkt benachbarten Papierlagen auf. Die Stirnseite der Rolle (1) zeigt zudem eine lokale punktförmige Temperaturstelle (6), die gegenüber der ringförmigen Temperaturstelle (S) nochmals eine um 0,5 °C höhere Temperatur aufweist. Die Temperaturabstufung zwischen den Lagen der ringförmigen Temperaturstelle (5) und der lokalen erhöhten Temperaturstelle (6) sind aus Fig. 4 und 5 zu entnehmen.

Die perspektivische Darstellung der Rolle (1) in Fig. 2 zeigt die Lage einer ringförmigen Temperaturstelle (5) im Randbereich (R) der Rolle (1). Dieser Randbereich (R), an dem erhöhte flächen- oder punktförmige Temperaturstellen beobachtet werden, wird durch einen Hohlzylinder beschrieben, bei dem der Innendurchmesser = Außendurchmesser der Hülse (2) einer Wandstärke der Zone Z = 150 mm entspricht und der eine Höhe (7) von 1/8 der Rollenbreite (AB) aufweist. Der Hohlzylinder ist mit dünn ausgezogenen Linien gezeichnet, wogegen die ringförmige Temperaturstelle (5) wieder durch eine dicke strichpunktierte Linie dargestellt ist.

Die Infrarotkamera (8) ist in einem Abstand A = 1,5 m, gemessen von der Stirnseite der Rolle, angeordnet. Die Meßeinrichtung der Infrarotkamera gibt die Koordinaten des Ortes, d. h. den radialen Abstand von der Hülsenoberfläche bei Überschreiten einer hier eingestellten Temperaturdifferenz von 1°C an den Speicher (10) weiter. Die Wechseleinrichtung (11) der Abwicklung erhält die zuvor gespeicherten Koordinaten des Ortes und löst bei Erreichen des Ortes den vorgezogenen Rollenwechsel aus. Ermittelt die Meßeinrichtung der Infrarotkamera kleinere Temperaturdifferenzen, wird der Wechselvorgang erst bei vollständiger Ausnutzung der gewickelten Warenbahnlänge erfolgen.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 3. Die Großrolle (1′) aus LWC-Papier mit den Dimensionen AB = 3,2 m Breite, dem Außendurchmesser d_max = 1.250 mm und dem Hülsendurchmesser d_H = 150 mm, ist bereits bis auf Z′ = 100 mm Restdicke abgewickelt. Die zuvor bei maximaler Rollenmasse entstandene flächenförmige Temperaturstelle (6′) hat sich aufgrund der guten Isoliereigenschaften von Papier im Laufe der Abwickelzeit gegenüber der Umgebung nur gering abgeschwächt und läßt sich zudem in einem größeren Bereich nachweisen. Die traversierend, ständig messende Infrarotkamera (8′) nimmt über die Rollenbreite das Temperaturprofil auf. Ein intern arbeitender Rechner wertet die Temperaturdifferenz der Ränder (R), die ca. 1/8 der Rollenbreite ausmachen, gegenüber dem Mittenbereich der Rolle aus. Bei Vorliegen einer eingestellten Temperaturdifferenz gibt der Rechner ein Steuersignal auf den Eingang der Wechselvorrichtung (11′) weiter, die damit den vorzeitigen Rollenwechsel auslöst. Auch hier werden erfolgreich Bahnreißer durch Überwachung der Temperatureffekte beim Abwickeln vermieden.

Infrarot-Temperaturaufnahmen an rotierenden LWC- Rohpapieren sind in Fig. 4 und 5 dargestellt Zur besseren Orientierung sind in Fig. 5 der Hülsendurchmesser (d_H) und die Zone (Z) angegeben. Fig. 4 zeigt den Ausschnitt einer flächenförmigen Temperaturstelle (6) im vergrößerten Maßstab. Die Grauabstufung der normalerweise farbigen Infrarotaufnahme zeigt bei Fig. 5 deutlich im Kernbereich der Rolle (1) die lokale, innerhalb einer ringförmigen Temperaturstelle (5) auftretende Temperaturstelle (6). Die Temperaturdifferenz zwischen ringförmiger Temperaturstelle (5) und lokaler flächenförmiger Temperaturstelle (6) beträgt 0,5 °C. Die benachbarten Papierlagen (12) weisen eine Temperatur von ca. 31,9°C auf.

Claims (5)

1. Verfahren zum Einleiten eines vorzeitigen Rollenwechsels einer von einer Hülse abzuwickelnden Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn, gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:

• - mit einer berührungslosen Temperaturmeßeinrichtung wird, während die Rolle beim Auf- oder Abwickelvorgang 100% bis 60% ihrer Masse aufweist, stirnseitig in einer Zone, die bis zu 150 mm in radialer Richtung von der Oberfläche der Hülse entfernt ist, die Temperatur gemessen,
• - bei einer festgestellten Temperaturdifferenz von 0,5 °C zwischen punkt- oder flächenförmigen Temperaturstellen innerhalb der Zone und den kühleren benachbarten Bereichen wird der radiale Abstand von der Hülsenoberfläche ermittelt,
• - der ermittelte Abstand wird zur Auslösung eines Signals, das den Rollenwechsel bei Erreichen des Abstandes auslöst, abgespeichert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung von beiden Stirnseiten der Rolle erfolgt.

3. Verfahren zum Einleiten eines Rollenwechsels einer von einer Hülse abzuwickelnden Warenbahn, insbesondere einer Papierbahn in Rollendruckmaschinen, gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:

• - während die Rolle im Bereich von 100 mm von der Hülsenoberfläche entfernt bis zum Ende abgewickelt wird, wird oberhalb der abzuwickelnden Warenbahn eine berührungslose Temperaturmessung im Randbereich sowie im Mittenbereich der Rolle durchgeführt,
• - durch Ermittlung einer Temperaturdifferenz im Randbereich der Rolle im Vergleich zum Mittenbereich von < 0,5 °C wird durch von der Temperaturmeßeinrichtung ausgelöste Steuersignale ein vorgezogener Rollenwechsel eingeleitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung durch eine Infrarotkamera, die mit einer Linearführung ausgestattet ist, traversierend über die gesamte Breite der Rolle erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßeinrichtung eine Infrarotkamera mit einer Auflösegenauigkeit von wenigstens 0,2 °C eingesetzt wird.