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HINTERGRUND
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Aufwickelvorrichtung mit Oberflächenantrieb
zum Aufwickeln einer Materialbahn zu Rollen bzw. Langrollen. Insbesondere
betrifft sie eine Zuführmechanik
zum axialen Einführen
von Kernen in die Wickeleinrichtung und zum Vorschieben ersterer
zu den Wickelrollen des Wicklers.
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Wickeleinrichtungen – auch als
Aufwickler bezeichnet – dienen
zum Umwandeln großer
Stamm- bzw. -Jumbo-Papierrollen zu Toilettenpapier- oder Küchentuchrollen
in Einzelhandelsgrößen. Üblicherweise
finden zwei Arten von Aufwicklern Einsatz – solche mit Zentral- und mit
Oberflächenantrieb.
Aufwickler mit Zentralantrieb sind bspw. in der US-PS Re 28 353
beschrieben; sie wickeln die Materialbahn auf einen Kern auf, den
ein Dorn dreht. Aufwickler mit Oberflächenantrieb sind bspw. in den
US-PSn 4 723 724 und 5 104 055 sowie in der WO 97/47547 und der
WO 00/61480 beschrieben; sie wickeln die Materialbahn auf einen
mit einem 3-Rollen-Bett gedrehten Kern auf.
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Vor
dem Aufwickeln der Materialbahn auf einen Kern wird Leim auf letzteren
aufgetragen, so dass die Vorderkante der Materialbahn am Kern haftet,
um den Aufwickelnprozess zu beginnen. Dabei muss die Position des
Leimauftrags relativ zur Vorderkante der Materialbahn genau eingehalten
werden, so dass die Materialbahn ohne unerwünschten Faltenwurf auf den
Kern übergeht.
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Ebenso
sollte schnellstmöglich
der Leim auf den Kern aufgetragen und das Aufwickeln begonnen werden,
damit der Zufuhrprozess den Durchsatz des Aufwicklers nicht begrenzt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt eine Kernzufuhrmechanik bereit, die Kerne axial
in den Aufwickler einführt,
wobei auch auf jeden Kern ein Streifen Leim aufgetragen wird. Die
Lage des Leimstreifens wird durch den Reibschluss des Kerns mit
dem Kernantrieb sowie durch gegenüberliegende Kernführungen
präzise
aufrecht erhalten, die den Kern haltern, während er eingeführt wird.
Nachdem der Kern zwischen die Kernführungen eingeführt worden
ist, schwenkt eine von ihnen vom Kern weg, während die andere den Kern in
eine drehende Kerneinsetzeinrichtung einschwenkt. Die Kerneinsetzeinrichtung
schwenkt den Kern in den Raum zwischen einer ersten Wickelrolle
und einer ortsfesten Platte, um das Aufwickeln zu beginnen. Der
Kern wird mit relativ zur Vorderkante der Materialbahn präzise ausgerichtetem
Leimstreifen in den Raum eingeführt.
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Die
Kerne werden in den Raum zwischen den Kernführungen mit hoher Geschwindigkeit
axial eingeschoben; die Reibung zwischen den Kernführungen
und den Kernen hält
die Leimstreifen in der Solllage und verhindert damit ein Rückprallen
der Kerne am Ende ihrer Bewegung. Das Rückprallen lässt sich auch durch Einweg-Rastrollen
auf den Kernführungen
verhindern. Durch Trennen des axialen Einführens der Kerne vom Einschwenken
lassen sich hohe Zyklusraten erreichen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird nun anhand von in der Zeichnung dargestellten beispielhaften
Ausführungsformen erläutert.
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1 zeigt als Teil-Seitenaufriss
einen Oberflächen-Aufwickler
mit einer erfindungsgemäßen Kern-Zufuhrvorrichtung;
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2 zeigt als Aufriss die
Leimauftrageinrichtung und den axialen Kernvortrieb;
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3 zeigt die Leimauftrageinrichtung
als Teil-Endansicht;
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4 zeigt einen Teil der 1 als vergrößerte Teilansicht;
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5 entspricht der 4 und zeigt die Kernführungen
in den abwechselnd eingenommenen Lagen;
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6 zeigt die Zahnräder, die
die Kernführungen
schwenken;
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7–10 zeigen
die Bewegungsfolge der Kernführungen;
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11 zeigt die Schwenk-Kerneinsetzeinrichtung
beim Einführen
des Kerns in den Raum zwischen einer ersten Wickelrolle und einer
ortsfesten Platte;
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12 entspricht der 5 und zeigt den Kurbelarm
zum Schwenken der Kernführungen;
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13 ist eine vergrößerte Teil-Darstellung
einer der Kernführungen;
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14 zeigt als Teilansicht
den Antrieb zum Schwenken der Kernführungen; und
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15 entspricht der 14 und zeigt eine direkte
Antriebsverbindung mit der Kernführung.
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BESCHREIBUNG EINER SPEZIELLEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
1 zeigt einen (Auf-) Wickler
10 mit
Oberflächenantrieb,
wie er allgemein in der
US-PS
6 056 229 beschrieben ist. Der hier gezeigte spezielle
Aufwickler ist in der US-Patentanmeldung Ser. No. 09/559 865 vom
26. April 2000 mit dem Titel "Apparatus
and Method for Applying Glue to Cores" beschrieben, deren Offenbarung als
Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.
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Der
Aufwickler weist ein herkömmliches
3-Rollen-Wickelbett mit einer ersten oder oberen Wickelrolle 11,
einer zweiten oder unteren Wickelrolle 12 und einer Reiterrolle 13 auf.
Die Rollen sind in einem Gestell 14 in Richtung der Pfeile
drehbar gelagert, um eine Materiabahn W auf einen hohlen Pappkern
C zu einer Langrolle L aus Papierwindungen – bspw. Toilettenpapier oder
Küchentücher – aufzuwickeln.
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Die
zweite Wickelrolle
12 kann auf dem Aufwickler bewegbar
so gelagert sein, dass sie zu ersten Wickelrolle hin und von ihr
weg bewegbar ist, wie in den US-Patenten
4 828 195 und 4 909 452 beschrieben. Auch kann die zweite Wickelrolle
mit variablem Geschwindigkeitsprofil ausgeführt sein, wie in der
US-PS 5 370 335 beschrieben.
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Die
Reiterrolle 13 ist schwenkbar so gelagert, dass sie mit
dem Zuwachs der sich aufwickelnden Langrolle von der zweiten Rolle
weg schwenkt.
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Die
Materialbahn läuft
laufabwärts,
wie mit dem Pfeil A gezeigt, und ist vorzugsweise mit in Längsrichtung
beabstandeten Perforationslinien zu einzelnen Blättern bzw. Bögen quer
perforiert. In der dargestellten speziellen Ausführungsform weist eine Perforiereinrichtung 15 einen
Amboss 16 und eine drehende Perforierwalze 17 auf.
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Bevor
die Materialbahn die erste Wickelrolle 11 erreicht, läuft sie über eine
ortsfeste Quetschstange 20, die an der ersten Wickelrolle
angeordnet ist. Eine ortsfeste Platte 21 (auch als Übergabe-
oder Totplatte bezeichnet) ist laufaufwärts der zweiten Wickelrolle 12 unter
der ersten Wickelrolle 11 angeordnet. Das laufaufwärtige Ende 22 der
ortsfesten Platte ist von der ersten Wickelrolle etwas weiter als
mit dem Durchmesser der Kerne C beabstandet. Der Abstand zwischen
dem Rest der ortsfesten Platte und der ersten Wickelrolle ist geringfügig kleiner
als der Kerndurchmeser, so dass die Kerne von der umlaufenden Wickelrolle 11 leicht
komprimiert und über
die ortsfeste Platte gerollt werden. Wie die 4 zeigt, hat die ortsfeste Platte einen
durchgehenden Bereich 21a, der sich über die axiale Länge des
Aufwicklers erstreckt, sowie axial beabstandete Finger 21b.
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Eine
Kerneinsetzeinrichtung 25 ist auf eine Welle 26 aufgesetzt,
die um eine Achse 27 drehbar auf dem Gestell 14 gelagert
ist. Die Kerneinsetzeinrichtung weist eine Vielzahl axial beabstandeter
Arme 28 auf, die von der Welle 26 radial auswärts abstehen.
Jeder Arm ist mit einer Reihe Urethan-Saugnäpfe 29 versehen. Unterdruckanschlüsse 30 der
Saugnäpfe
sind mit eine Unterdruckquelle verbunden, um einen Kern durch Einsaugen
in den Saugnäpfen
zu halten. An die Enden der Arme 28 sind komprimierbare
und federelastische Druckkissen 31 angesetzt. Beim Drehen
der Kerneinsetzeinrichtung drücken
die Druckkissen die Materialbahn auf die ortsfeste Quetschstange 20 (1).
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Die
Einzelheiten des Wickelzyklus sind in der
US-PS 6 056 229 beschrieben. Wie die
11 zeigt, dreht die Kerneinsetzeinrichtung
25 im
Uhrzeigersinn, um einen Kern C in den Raum zwischen dem laufaufwärtigen Ende
22 der
ortsfesten Platte
21 und der ersten Wickelrolle
11 einzutragen.
In der
11 liegt der Kern
nahe an der Materialbahn, drückt
aber nicht auf sie. Die Druckkissen
31 berühren die
Materialbahn noch nicht; diese wird weiter auf die Langrolle L aufgewickelt.
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Beim
Weiterlaufen der Kerneinsetzeinrichtung 25 drücken die
Druckkissen 31 die Materialbahn auf die ortsfeste Quetschstange 20,
so dass die Materialbahn entlang der dem Kern nächstliegenden laufabwärtigen Perforationslinie
abreißt.
Die Arme 28 auf der Kerneinsetzeinrichtung drücken den
Kern auf die erste Wickelrolle 11 und die ortsfeste Platte 21 und
die umlaufende Wickelrolle bewirkt, dass der Kern über die
ortsfeste Platte rollt. Ein axial verlaufender Leimstreifen 33 legt
sich an die zertrennte Materialbahn an, die sich auf den Kern aufzuwickeln
beginnt, während
der Kern über
die ortsfeste Platte rollt. Die axial beabstandeten Arme 28 durchlaufen
die Räume
zwischen den axial beabstandeten Fingern 21b, während die
Kerneinsetzeinrichtung sich im Uhrzeigersinn dreht. Erreichen der
Kern und die sich aufwickelnde Langrolle die zweite Wickelrolle 12, wird
die Langrolle zwischen der ersten und der zweiten Wickelrolle aufgewickelt
und schließlich
von der Reiterrolle 13 erfasst.
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Wie
die 2 zeigt, werden
Kerne von einer Vielzahl von gepaarten oberen und unteren Kernvortriebrädern 35, 36 axial
in den Aufwickler eingeführt.
Die Vortriebräder
werden von Riemen 37, 38 angetrieben. Der Riemenzug
wird von Spannrädern 39, 40 kontrolliert.
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Die
Kerne werden den Vor- bzw. Antriebsrädern aus einem herkömmlichen
Kernmagazin (nicht gezeigt) von einem Schieber zugeführt. Sie
werden in Richtung des Pfeils B durch eine Öffnung 41 im Gestell 14 des
Aufwicklers geschoben. Eine Leimauftrageinrichtung 42 trägt auf den
Kern bei dessen Vorbeilauf einen axial sich erstreckenden Leimstreifen
auf. In der dargestellten speziellen Ausführungsform weist die Leimauftrageinrichtung
eine Sprühdüse 43 (3) auf, die erwärmten Leim
oder Kaltkleber auf den Kern aufsprüht. Andersartige Leimauftrageinrichtungen
lassen sich ebenfalls einsetzen, um eine durchgehende oder unterbrochene
Leitlinie auf den Kern aufzubringen.
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In
der 3 wird der Leimstreifen
auf den Kern 15° über der
waagerechten Mittellinie aufgebracht. In Folge der Reibung zwischen
dem Kern und den Antriebsrädern
behält
beim axialen Durchlauf desselben der Leimstreifen seine Lage präzise bei.
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Während der
Kern axial in den Aufwickler einläuft, wird er in den Raum zwischen
einem Paar Kernführungen 46, 47 (4) geführt. Die Kernführung 46 weist
einen Kunststoffkanal bzw. ein Kunststoffprofil 48 auf, das
von einer Vielzahl axial beabstandeter Arme 49 gehaltert
ist (vergl. ebenfalls die 14).
Die Arme sind auf eine Welle 50 aufgespannt, die im Gestell
des Aufwicklers schwenkbar gelagert ist.
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Entsprechend
weist die Kernführung 47 ein
Kunststoffprofil 51 auf, das von Armen 52 und
einem schwenkbaren Welle 53 gelagert ist. Die Profile 48, 51 weisen
eine allgemein V-förmige
Fläche
auf, mit der sie sich an den Kern anlegen.
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Wie
die 6 zeigen, sind Zahnräder 55, 56 auf
die Wellen 50 bzw. 53 aufgesetzt, so dass letztere gemeinsam
drehen. Der Durchmesser des Zahnrads 55 ist kleiner als
der des Zahnrads 56; die Welle 50 dreht also schneller
als die Welle 53. Das Zahnverhältnis der Zahnräder beträgt vorzugsweise
1,20 : 1 bis 1,50 : 1.
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Die
Wellen 50, 53 werden von einem Kurbelarm 58 gedreht,
der auf die Welle 50 aufgespannt ist. Der Kurbelarm wird
von einer Verbindungsstange 59 hin- und hergeschwenkt, der mit seinem unteren
Ende mit einem drehbaren Kurbelarm 60 (12) verbunden ist. Der Kurbelarm 60 ist
mittels der Antriebswelle 61 eines Servomotors 62 drehbar.
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Wie
die 13 zeigt, weist
eine oder beide Kernführungen 46, 47 eine
oder mehr Rastrollen 64 auf. Die Rastrollen sind mit einer
Oberfläche
hoher Reibung ausgeführt,
die sich an den Kern anlegt. Die Rastrollen sind in der axialen
Einschubrichtung der Kerne, nicht aber dieser entgegengesetzt frei
drehbar.
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Der
Kern wird mit hoher Geschwindigkeit von den Antriebsrädern 35, 36 in
den Raum zwischen den Kernführungen
eingeschoben – bspw.
ein Kern mit 120 in. [3050 mm] Länge
in etwa einer Sekunde (axiale Zufuhrgeschwindigkeit etwa 120 in./sec.
[3 m/s]).
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Die
Kernführungen
nehmen die in 4 gezeigte
Lage ein, während
der Kern zwischen sie eingeschoben wird. Der Raum zwischen den Kernführungen
ist – bspw.
1/32 in. [0,8 mm] bis 1/16 in. [1,6 mm] – kleiner als der Kerndurchmesser.
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Sie
legen sich daher reibschlüssig
an den Kern an, halten die Lage des Leimstreifens aufrecht und bremsen
der Kern ab. Am Ende der Bewegungsstrecke läuft der Kern auf eine Anschlagplatte
auf dem Aufwickler auf. Der Reibschluss zwischen dem Kern und den
Kernführungen
sowie den Rastrollen 64 verhindert ein erhebliches Rückprallen
des Kerns von der Anschlagplatte.
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Die 4 zeigt die Lage des axialen
Leimstreifens 33 auf dem Kern C nach dem Einschieben in
die Kernführungen.
Der Leimstreifen wird in der gleichen Lage (15° über der waagerechten Mittellinie)
gehalten, in der er aufgetragen wurde.
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Der
Wickelzyklus des Aufwicklers wird von einem Mikroprozessor auf bekannte
Weise gesteuert. An einem geeigneten Zeitpunkt innerhalb des Zyklus
steuert der Mikroprozessor den Servomotor 62 (12, 14) an, der die Kernführungen 46, 47 steuert.
Die Antriebswelle 61 des Servomotors vollzieht eine vollständige Umdrehung,
die den Kurbelarm 58 erst im Uhrzeigersinn und dann im
Gegenuhrzeigersinn dreht.
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Wie
in den 6–10 gezeigt, werden die Antriebswelle 50 und
die Kernführung 46 anfänglich im
Gegenuhrzeigersinn gedreht, um die Kernführung 46 aus dem Weg
des Kerns C zu drehen. Die Antriebswelle 53 und die Kernführung 47 werden
zunächst
im Uhrzeigersinn gedreht, aber langsamer, damit die Kernführung 46 genug
Zeit hat, um aus dem Weg zu laufen. Beim Drehen der Kernführung behalten
der Kern C und der Leimstreifen 33 (durch eine radiale
Linie auf dem Kern gezeigt) eine feste Lage relativ zur Kernführung 47 bei.
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In
den 5 und 10 hat die Kernführung 47 den
Kern C an die Saugnäpfe 29 auf
der Kerneinsetzeinrichtung 25 geschwenkt. Die Kernführung 47 drückt den
Kern auf die Saugnäpfe
und begradigt den Kern, der dazu neigt, sich längs zu biegen. Die Saugnäpfe halten
den Kern auf der Kerneinsetzeinrichtung fest. Der Mikroprozessor
signalisiert der Einsetzeinrichtung, den Kerneinführvorgang
zu beginnen. Hat der Hebelarm 60 die unterste Lage erreicht,
werden die Kernführungen 46, 47 in
ihre Ausgangslage zurück
gedreht.
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Die
Kerneinsetzeinrichtung 25 wird von einem Servomotor gedreht,
den der Mikroprozessor des Aufwicklers ansteuert. An einem geeigneten
Zeitpunkt im Wickelzyklus wird der Servomotor betätigt, um
die Einsetzeinrichtung im Uhrzeigersinn zu drehen (vergl. die 5 und 11).
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Die 11 zeigt die Lage der Kerneinsetzeinrichtung
und des Kerns, unmittelbar bevor die Druckkissen 31 die
Materialbahn auf die Quetschstange 20 drücken. Die
Lage des Kerns relativ zur Einsetzeinrichtung bleibt beim Drehen
der letzteren fest; der Leimstreifen 33 liegt laufabwärts und
geringfügig
im Gegenuhrzeigersinn von dem Punkt versetzt, wo der Kern die Materialbahn
zuerst berührt.
Beim Weiterdrehen der Kerneinsetzeinrichtung halten die Druckkissen 31 die
Materialbahn fest und zertrennen sie; der Kern wird zwischen die
obere Wickelrolle 11 und die ortsfeste Platte 21 eingeführt. Die
obere Wickelrolle rollt den Kern über die ortsfeste Platte, wobei
sich der Kern nur wenige Winkelgrade im Uhrzeigersinn dreht, bevor
der Leimstreifen 33 den Vorderkantenbereich der zertrennten
Materialbahn berührt.
Die Materialbahn haftet am Kern und wickelt sich auf den Kern auf,
während
dieser über
die ortsfeste Platte rollt.
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Die 15 zeigt eine alternative
Ausführung,
bei der der Servomotor 62 direkt mit der Welle 50 der Kernführung 46 gekoppelt
ist. In dieser Ausführungsform
entfallen die Kurbelarme 58, 60 sowie die Verbindungsstange 59 der 14.
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Die
hier beschriebene Zuführmechanik
ergibt eine präzise
Ausrichtung des Leimstreifens relativ zu den Druckkissen 31 und
ermöglicht
der Kerneinsetzeinrichtung 25 das Arbeiten mit hohen Zyklusraten.
Die Sollausrichtung des Leim streifens wird aufrecht erhalten durch
den Reibschluss zwischen dem Kern und den Kernantriebsrädern 35, 36 sowie
zwischen dem Kern und den Kernführungen 46, 47,
durch die Drehung der Kernführung 47,
die den Kern an die Kerneinsetzeinrichtung 25 übergibt,
und durch den Saugangriff der Kerneinsetzeinrichtung am Kern. Das
Erreichen hoher Zyklusraten wird erleichtert, da die axiale Kernzufuhr
von der drehenden Kerneinführung
getrennt ist.
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Durch
entsprechende Auswahl der Länge
der Arme 49, 52 der Kernführungen und des Ort der Schwenkachse
der Welle 50 der Kernführung 46 kann
Leimauftragkopf über
der waagerechten Mittellinie des Kerns (15° über der Horizontalen in 3) liegen. Die Armlänge kann
2.5 in. [63,5 mm] bis 6.0 in. [152,4 mm] betragen. Die Schwenkachse
der Welle 50 liegt außerhalb
der Bewegung der drehenden Kerneinsetzeinrichtung 25 und
hält den
maximalen Schwenkwinkel der Kernführungen 46, 47 zwischen
45° und
75°.
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Es
folgt ein Beispiel für
die hohen Zyklusraten, die sich mit der Axial-Kernzufuhrvorrichtung
erreichen lassen:
Dauer
des axialen Einführens
eines 120-in.-Kerns | 1
s |
Dauer
der Drehung des Kerns zur Einsetzeinrichtung 25 durch die
Kernführung 47 | 0,15
s |
Verweildauer
der Kernführung 47 an
der Kerneinsetzeinrichtung | 0,1
s |
Rückkehr der
Kernführungen
etwa in deren Ausgangslage | 0,15
s |
Abschließendes Positionieren
der Kernführungen | 0,1
s |
Gesamtdauer | 1,5 s |
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Eine
Zyklusdauer von 1,5 s pro Kern entspricht einer Zyklusrate des Aufwicklers
von 40 Langrollen pro Minute. Es wird dafür gehalten, dass die Erfindung
Zyklusraten des Aufwicklers von 50 Langrollen pro Minute und mehr
ermöglicht.
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Vorzugsweise
führt die
drehende Kerneinsetzeinrichtung 25 den Kern zwischen die
obere Wickelrolle 11 und die ortsfeste Platte 21 mit
einer höheren
als der translatorischen Geschwindigkeit des Kerns ein, während die
obere Wickelrolle ihn über
die ortsfeste Platte rollt. Während
die obere Wickelrolle 11 den Kern über die ortsfeste Platte 21 rollt,
beträgt
die translatorische Geschwindigkeit der Kerns die halbe Durchlaufgeschwindigkeit
der Materialbahn. Die translatorische Geschwindigkeit der Kerns
während
des Einsetzens kann 70 der Bahngeschwindigkeit betragen,
damit die Druckkissen 31 die Materialbahn zertrennen können und
der Leimstreifen 33 die Materialbahn schnellstmöglich aufnehmen
kann, um eine etwaige Lose in der Bahn zu minimieren. Während dann
die obere Wickelrolle den Kern über
die ortsfeste Platte rollt, fällt
die translatorische Geschwindigkeit des Kerns auf die halbe Durchlaufgeschwindigkeit
der Materialbahn ab.