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Technischer Bereich
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit einer Abwickelvorrichtung zum Abwickeln von Spulen oder Rollen
aus Bahnmaterial und zur Weitergabe des Bahnmaterials an nachfolgende
Stationen einer Behandlungsanlage oder ähnlichem. Insbesondere, jedoch
nicht ausschließlich,
beschäftigt
sich die Erfindung mit einer Vorrichtung der genannten Art zum Abwickeln
von Rollen aus Papiermaterial wie etwa Papiergewebe für die Herstellung
von Toilettenpapier, Küchentüchern oder ähnlichen
Produkten oder Servietten, Taschentüchern oder anderen Produkten.
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Die
Erfindung befasst sich auch mit einem Verfahren zum Abwickeln einer
Materialbahn von einer Spule und Weitergabe an eine abstromseitige Behandlungsanlage.
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Stand der Technik
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In
vielen industriellen Bereichen, insbesondere im Bereich der Papierbehandlung,
ist es notwendig, eine Materialbahn, zum Beispiel einen Papierbogen,
von einer Ausgangsspule oder -rolle zu einer Weiterbehandlungsanlage
auszugeben, in der die Materialbahn zur Herstellung halbfertiger
oder fertiger Produkte behandelt wird. Beispielsweise werden zur
Herstellung von Papierrollen, wie etwa Toiletten- oder Küchenpapier, große Spulen
in Abwickelvorrichtungen platziert, aus denen die Materialbahn von
einer oder mehreren Spulen einer Weiterbehandlungsanlage zur Herstellung
der Rollen weitergegeben, die anschließend in kleine Rollen geschnitten werden,
die verpackt und in den Markt gegeben werden sollen. In analoger
Weise werden Spulen von Papierbahnen zur Beschickung von Anlagen
zur Herstellung von Servietten, Papiertaschentüchern oder dergleichen verwendet.
Abwicklungsvorrichtungen für
Mutterspulen mit großen
Durchmessern werden auch im Bereich der Kunststofffilme und Nicht-Gewebe-Verarbeitung
benutzt, um die auf die Spulen aufgewickelte Bahn an abstromseitige
Verarbeitungseinrichtungen weiter zu geben.
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Vor
allem im Bereich der Papierverarbeitung besitzen die Abwicklungsvorrichtungen
motorgetriebene Abwickelmechanismen, die typischerweise aus motorgetriebenen
Gurten bestehen, die ein Drehmoment auf die abzuwickelnde Spule
aufgrund der Reibung zwischen dem Antriebsmechanismus und der Außenfläche der
Spule übertragen.
Diese werden als Abwickelvorrichtungen mit Peripherbetrieb bezeichnet,
was angeben soll, dass das für
die Rotation der Spule und demzufolge zur Ausgabe der Materialbahn erforderliche
Drehmoment mittels Reibung über
die externe Oberfläche,
das heißt
die Peripherie der Spule, übertragen
wird. Beispiele solcher Abwickelvorrichtungen sind beschrieben in
den Dokumenten GB-A-0793937; US-A-3,740,296;
EP-A-0321887; US-A-4,883,233; US-A-3,202,376; US-A-2,984,429; WO-A-9534497
und WO-A-9633120.
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In
gewissen speziellen Situationen so etwa, wenn die Materialbahnspule
außerordentlich
große Form
besitzt und/oder eine beschränkte
Aufwickeldichte hat, ist der periphere Zug nicht geeignet, insofern
als er Phänomene
des Rutschens zwischen den Materialwindungen, die auf die Spule
aufgewickelt sind, verursachen kann (speziell in der zentralen Zone
der Spule), und zwar als Ergebnis der geringen Adhäsion der
Materialbahnwindungen und/oder der hohen Trägheit der Spule und ihrer zentralen
Welle. Schwierigkeiten beim Abwickeln treten insbesondere dann auf,
wenn die Abmessungen der Spule beträchtlich sind und die Materialbahn
besonders weich und delikat aufgewickelt ist, so etwa, wenn sie
auf die Spule aufgewickelt ist und nicht verdichtet werden kann,
und die Spule somit eine geringe Wickeldichte hat.
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Um
das reziproke Schlupfen zwischen den Materialbahnwindungen in diesen
Fällen
zu verhindern, wäre
es notwendig, einen hohen Druck auf die Spule mit dem peripheren
Abwickelmechanismus auszuüben.
Dies ist jedoch nicht angeraten, weil solcher eine permanente Deformation
der Materialbahn unter Verlust derjenigen Eigenschaften von Weichheit
und Dichte hervorrufen würde,
die während
der Herstellung des Materials über
spezielle Prozeduren erhalten worden sind.
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Zur
Lösung
dieser Probleme sind Abwickelvorrichtungen untersucht worden, die
ein Abwickeldrehmoment auf die Spule durch die zentrale Welle der
Spule aufbringen. Beispiele solcher Abwickelvorrichtungen sind beschrieben
in den Dokumenten US-A-5,906,333; USA-A-6,030,496; EP-A-0872440 und
WO-A-9846509.
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Die
Schrift EP-A-1136406 beschreibt eine duale Abwickelvorrichtung mit
einer an sich bekannten Struktur, die im Wesentlichen äquivalent
zu derjenigen ist, die in WO-A-95344497 beschrieben ist, bei welcher
das Abwickeln mittels eines zentralen Antriebsmechanismus erreicht
wird, von welchem eine äquivalente
Ausführung
zum Beispiel in WO-A-9846509 beschrieben ist. Das Dokument US-5,471,153 beschreibt
eine andere Abwickelvorrichtung, die als der der Erfindung am nächsten kommende
Stand der Technik betrachtet wird.
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Diese
Systeme mit zentralem Betrieb sind jedoch nicht zufriedenstellend,
und zwar speziell dann, wenn die Spule einen sehr großen Durchmesser
und hohes Trägheitsmoment
besitzt. Weiter ist in einigen Fällen
jede Seite der Spule mit einem Mechanismus in der Form einer rotierenden
Platte versehen, die auf die ebene Fläche zur Übertragung von Drehbewegung
drückt.
Dieser Mechanismus hat einen Durchmesser, der größer sein kann als der Durchmesser der
abzuwickelnden Spule, speziell, wenn der Spulendurchmesser als Ergebnis
der Materialausgabe abnimmt. Wenn dieses auftritt, bricht die Materialbahn
oft aufgrund des Umstandes, dass die Kante der äußersten Wicklung des Materials
zwischen der ebenen Stirnfläche
der Spule und dem relativen Drehplattenmechanismus eingeklemmt und
zurückgehalten
wird. Wenn dieser Umstand eintritt, wird die Materialbahn daran
gehindert, abzuwickeln und reißt.
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Aufgaben und Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abwickelvorrichtung zum
Abwickeln von Spulen aus einer Materialbahn zu schaffen, die Spulen
großer
Durchmesser und/oder sehr kleiner Wickeldichte und/oder weichem
und delikatem Material effizient behandeln kann und insbesondere
geeignet ist, Spulen aus Papiergewebe zu manipulieren.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, eine Abwickelvorrichtung
zu schaffen, die Materialbahnspulen ohne die Gefahr reziproken Rutsches zwischen
den Materialbahnwindungen und ohne eine Beschädigung des Materials abwickeln kann.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann
aus dem folgenden Text deutlich, und werden erreicht mit einer Abwickelmaschine,
die aufweist:
- – Lager, die wenigstens eine
Rolle oder Spule in einer Abwickelposition halten;
- – wenigstens
einen Umfangsantriebsmechanismus, der auf die Zylinderfläche der
abzuwickelnden Rolle oder Spule einwirkt und auf die Rolle oder
Spule ein Drehmoment peripher überträgt, um sie
in Drehung zu ziehen;
- – wenigstens
einen zentralen Antriebsmechanismus, welcher auf die Rolle oder
Spule ein Zusatzdrehmoment zentral überträgt, um sie in Kombination mit
dem Drehmoment, welches der Umfangsantriebsmechanismus überträgt, in Drehung zu
ziehen;
- – ein
Steuersystem, welches den Betrieb des Umfangsantriebsmechanismus
und des zentralen Antriebsmechanismus reziprok koordiniert.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird im Kern das gesamte auf die Spule oder Rolle ausgeübte Drehmoment,
welches sie in Rotation versetzt und folglich das Abwickeln der
Materialbahnen bewirkt, teilweise peripher durch den Umfangsantriebsmechanismus
und teilweise zentral über
die Welle der Spule durch den zentralen Antriebsmechanismus ausgeübt. Die
Steuerung des von den beiden Antriebsmechanismen ausgeübten Drehmoments,
so dass diese ausgeglichen sind, das heißt geeignet verteilt sind,
stellt das korrekte Abwickeln ohne wechselseitigen Schlupf zwischen
den Materialbahnwindungen der Spule sicher.
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Zusätzlich zum
Vorteil des regelmäßigen Abwickelns
ohne die Gefahr des Knitterns der Materialbahn und/oder des Schlupfes
zwischen den Windungen des auf die Spule aufgewickelten Materials
ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auch möglich,
schnelle Beschleunigungen der Spule selbst dann zu erreichen, wenn
sie ein hohes Trägheitsmoment
besitzt. Auf diese Weise ist es möglich, die Operationsgeschwindigkeit
sehr schnell jedes Mal dann zu erreichen, wenn es notwendig ist,
eine aufgebrauchte oder beschädigte
Spule durch eine neue Spule zu ersetzen, was sonst das Anhalten
der Produktionsanlage erfordern würde.
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Der
Umstand, dass eine neue Spule schnell auf die reguläre Betriebsgeschwindigkeit
gebracht werden kann, macht es möglich,
die Totzeiten zu reduzieren und den allgemeinen Produktionsdurchsatz der
Produktionsanlage zu erhöhen.
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Das
Vorhandensein eines dualen Antriebsmechanismus macht den weiteren
Vorteil weiterhin möglich,
eine Anpassung an variable Abwickelungsmoden entsprechend der Art
des Bahnmaterials und der Eigenschaften der Spulen, die abgewickelt
werden sollen, zu erreichen. In der Tat kann das Steuersystem auch
in der Weise programmiert werden, den zentralen und den Umfangsantriebsmechanismus
so zu steuern, dass der eine von beiden deaktiviert wird. Wenn die
Art des Materials und die Eigenschaften der Spule es angezeigt machen,
nur mit Umfangsabwicklung zu arbeiten, ist es durch das Steuersystem möglich, den
zentralen Antriebsmechanismus still zu setzen. Wenn andererseits
die Eigenschaften des Materials und der Spule ein zentrales Abwickeln empfehlen,
kann das Steuersystem den Umfangsantriebsmechanismus entaktivieren.
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In
der praktischen Durchführung
der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der zentrale Antriebsmechanismus
dem Umfangsantriebsmechanismus subordiniert ist in dem Sinne, dass
die Operationsbedingungen des zentralen Antriebsmechanismus mittels eines
Rückkopplungssignals
variiert werden, welches die Abwickelbedingungen der unter Steuerung befindlichen
Spule aufrecht erhält.
Andererseits wird der Umfangsantriebsmechanismus in der üblichen Weise
gesteuert so, dass die Spannung der Materialbahn, die der abstromseitigen
Weiterbehandlung nach der Abwickelvorrichtung zugeführt wird,
konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
wird der zentrale Antriebsmechanismus oder in jedem Fall der subordinierte
Antriebsmechanismus durch Steuern des aufgebrachten Drehmomentes
gesteuert. In diesem Fall modifiziert die Steuerung die Operationsbedingungen
des Antriebsmechanismus so, dass das von ihm auf die Spule aufgebrachte
Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird oder jedenfalls in
einem Bereich oder Intervall vorgegebener Werte gehalten wird. Diese
vordefinierten Werte können
im aktuellen Fall eine Funktion des vom anderen Antriebsmechanismus
aufgebrachten Drehmoment sein. Beispielsweise kann das insgesamt
aufgebrachte Drehmoment zwischen den beiden Antriebsmechanismen
gleich verteilt werden. In diesem Fall wird der von dem zentralen
Antriebsmechanismus aufgebrachte Wert nicht bei einem festen absoluten Wert
oder innerhalb eines durch feste absolute Werte definierten Intervalls
aufrecht erhalten, sondern bei einem Wert oder innerhalb eines Werteintervalls,
das von Zeit zu Zeit als eine Funktion der Operationsbedingungen
definiert wird, das heißt
des gesamten zur Aufrechterhaltung der Rotation der Spule erforderlichen
Drehmoments.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird die Steuerung durch Erfassen eines Schlupfes
des Bahnmaterials verwirklicht. Dazu wird die Materialbahn mit einer
Referenz versehen, die von einem speziellen Sensor gelesen wird.
Eine zweite Referenz wird auf die Welle der Spule aufgebracht oder
in jedem Fall in einer bestimmten Winkelposition in Relation zu
der Welle, und wird von einem zweiten Fühler erfasst. Der winkelmäßige Abstand zwischen
den beiden Referenzen muss der gleiche bleiben. Wenn es Variationen
in diesem winkelmäßigen Abstand
gibt, bedeutet dies, dass das Material der Bahn zum Rutschen auf
der Spule neigt. Diese Situation muss vermieden werden und die Betriebsbedingungen
des untergeordneten Antriebsmechanismus (speziell des zentralen
Antriebsmechanismus) werden gesteuert und modifiziert durch ein Rückkopplungssignal,
das dem möglichen
Schlupf oder Gleiten der Materialbahn proportional ist, das heißt auf der
Basis eines Signals, welches (vorzugsweise mit jeder Umdrehung der
Spule und in jedem Fall wiederholt während des Abwickelns) eine
Variation der winkelmäßigen Distanz
zwischen den beiden Referenzen erfasst.
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Nach
einer weiteren Verbesserung der Erfindung kann die Abwickelvorrichtung
mit einem Fühler ausgerüstet werden,
der den Außendurchmesser
der Spule liest. Der Fühler
kann ein Laserfühler
sein, ein Ultraschalltransducer oder ein anderer geeigneter Fühler. Die
Bestimmung des Durchmessers kann auf der Grundlage eines Durchschnittswertes,
beispielsweise basierend auf einer Vielzahl von während einer Umdrehung
genommenen Ablesungen der Spule, durchgeführt werden. Dies macht es möglich, einen Mittelwert
zu erhalten, wenn die Spule unrund ist oder jedenfalls deformiert
ist und nicht perfekt zylindrisch ist.
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Der
auf diese Weise festgestellte Durchmesser kann eine genauere Steuerung
der Vorrichtung ermöglichen.
in der Tat, wenn es notwendig ist, die Spule in Rotation zu versetzen,
beispielsweise nach Ersatz einer aufgebrauchten Spule, sind die
Umfangsgeschwindigkeit, auf die die Spule gebracht werden muss,
innerhalb der Beschleunigungsgrenzen aus den Operationsdaten der
Steuereinheit bekannt. Dies macht es möglich, den Umfangsantriebsmechanismus
zu steuern, dessen Geschwindigkeit gleich der für die Materialbahn aus der
Spule erforderlichen Geschwindigkeit ist. Nichtsdestoweniger ist diejenige
Geschwindigkeit, mit der der zentrale Antriebsmechanismus rotieren
muss a priori bekannt. Bei Kenntnis des Spulendurchmessers ist es
möglich,
vom Durchmesser und von der Umfangsgeschwindigkeit, das heißt von der
Zufuhrgeschwindigkeit der Materialbahn, die Winkelgeschwindigkeit
zu bestimmen, die die Spule haben muss. Dieser Winkelgeschwindigkeitswert
dient zur Steuerung des zentralen Antriebsmechanismus.
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Wenn
der Durchmesser während
des Abwickelns kontinuierlich gelesen wird, machen es der Durchmesserwert
und die Zufuhrgeschwindigkeit, die für das Bahnmaterial erforderlich
ist (gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Spule und daher des Umfangsantriebsmechanismus)
möglich,
die theoretische Geschwindigkeit des zentralen Antriebsmechanismus
Augenblick für
Augenblick zu berechnen. Das erwähnte
Rückkopplungssignal überschreibt
das Steuersignal, welches auf der theoretischen Geschwindigkeit
basiert. Wenn die Bewegung des zentralen Antriebsmechanismus, der
durch den berechneten Wert der Winkelgeschwindigkeit bestimmt ist, nicht
ausreicht, Schlupf der Materialbahn zu verhindern oder ein Ungleichgewicht
der beiden Drehmomente, die durch die beiden Antriebsmechanismen ausgeübt werden,
sich einstellt, korrigiert das Rückkopplungssignal
die Operationsbedingungen des zentralen Antriebsmechanismus, indem
es auf einen seiner Betriebsparameter einwirkt beispielsweise das Drehmoment
oder die Geschwindigkeit.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen
der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich auch mit einem Verfahren zum Abwickeln einer Spule aus einer Materialbahn
und zur Weitergabe der Materialbahn in Weiterbehandlungsanlagen,
bei welchem ein erstes Abwicklungsdrehmoment peripher auf die Spule durch
Kontaktmittel auf die Zylinderfläche
der Spule aufgebracht wird, und bei welchem ein zweites Abwickeldrehmoment
auf die Welle der Spule ausgeübt wird,
wobei das erste und das zweite Abwickeldrehmoment miteinander koordiniert
werden, um das Abwickeln der Materialbahn von der Spule korrekt
auszuführen.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren: Platzieren eines Umfangsantriebsmechanismus
in Kontakt mit der Zylinderfläche
der Spule und Aufbringen des ersten Abwicklungsdrehmoments durch
den Umfangsantriebsmechanismus; Platzieren eines zentralen Antriebsmechanismus
in Verbindung mit der Welle der Spule und Aufbringen des zweiten
Abwicklungsdrehmoments durch den zentralen Antriebsmechanismus.
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In
einer praktischen möglichen
Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte:
- – Erfassen
während
der Drehung der Spule wenigstens einer ersten Referenz, die mit
der zentralen Welle der Spule integral ist;
- – Erfassen
während
der Drehung der Spule wenigstens einer zweiten Referenz, die auf
die von der Spule abgewickelte Materialbahn aufgebracht ist;
- – Erfassen
einer möglichen
Variation in der Winkeldistanz zwischen der ersten und der zweiten Referenz
und Erzeugen eines Rückkopplungssignals
als Funktion dieser Variation;
- – Erzeugen
eines Rückkopplungssignals
als Funktion der Variation;
- – Modifizieren
eines Operationsparameters des zentralen Antriebsmechanismus als
Funktion des Rückkopplungssignals.
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In
einer verbesserten Ausführungsform
kann das erfindungsgemäße Verfahren
folgende Schritte umgreifen:
- – Betreiben
eines Umfangsantriebsmechanismus mit einer Umfangsgeschwindigkeit;
- – Erfassen
des Durchmessers der Spule;
- – Berechnen
einer Winkelgeschwindigkeit aus der Umfangsgeschwindigkeit und dem
Durchmesser;
- – Steuern
des zentralen Antriebsmechanismus bei der Winkelgeschwindigkeit
und Prüfen,
dass der zentrale Motor den empfangenen Befehl ausführt, einschließlich einer
Steuerung wechselseitigen Schlupfes der Materialbahnwicklungen oder des
Drehmoments.
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Ein
Rückkopplungssignal
kann auch erzeugt werden, um den zentralen Antriebsmechanismus so zu
steuern, dass das Rückkopplungssignal
dessen Betriebsbedingungen modifiziert als Funktion der Abwickelbedingungen
der Spule.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
in den beigefügten
abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Kurze Angabe der Figuren
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Die
Erfindung wird jetzt deutlich erklärt unter Bezugnahme auf die
nachfolgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung, die ein praktisches, nicht
beschränkendes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutern.
Es zeigen:
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1:
eine Seitenansicht längs
der Linie I-I aus 2 einer erfindungsgemäßen Abwicklungsvorrichtung;
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2:
eine Stirnansicht längs
der Linie II-II aus 1;
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3:
eine vergrößerte Schnittansicht
des zentralen Antriebsmechanismus.
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Ins Einzelne gehende Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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Die
nachfolgend beschriebene Erfindung ist verwirklicht in einer Abwickelvorrichtung
mit einem dualen Schlitten für
das gleichzeitige halten zweier Spulen, von denen die eine sich
in Warteposition befindet und die andere abgewickelt wird. Diese
Art von Abwicklungsvorrichtung dient zum Auswechseln der aufgebrauchten
Spule in einem automatischen Modus. Man verstehe jedoch, dass die
der Erfindung zugrunde liegende Konzeption auch bei einer Abwicklungsvorrichtung
einer anderen Art zur Anwendung kommen kann.
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Die
Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Abwicklungsvorrichtung
ist aus den 1 und 2 zu entnehmen.
In dieser Ausführungsform
umfasst die Abwickelvorrichtung einen Doppelschlitten 1,
der sich entsprechend dem Doppelpfeil f1 (2) bewegen
kann und mit zwei Paaren von Seitenstützen 3A, 5A und 3B und 5B zum
gleichzeitigen Lagern zweier Spulen B1 und B2 versehen ist. Jede
der beiden Spulen B1 und B2 ist auf einen zentralen Kern oder eine zentrale
Welle aufgewickelt, die mit A1 und A2 für die beiden Spulen B1 bzw.
B2 bezeichnet sind.
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Die
Spule B1 befindet sich in einer Abwicklungsposition für eine Verarbeitungsanlage,
der die Materialbahn N, die von der Spule abgewickelt wird, zugeführt wird.
Die Spule B2 befindet sich in einer Seiten-Warteposition, um die
aufgebrauchte Spule B1 zu ersetzen. Das Ersetzen kann durchgeführt werden,
wie das beispielsweise in dem Dokument WO-A-9534497 beschrieben
ist, deren Beschreibung hier für
den Nachweis von den Einzelheiten in Bezug genommen wird.
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Die
speziell in 1 dargestellte Abwicklungsposition
(Spule B1) zeigt, dass die Materialbahn N um einen Zylinder 9 in
Richtung auf die nachfolgenden Stationen geführt ist, in welchen sie Transformationen
unterworfen wird, die zur Gewinnung der gewünschten Halbfertig- oder Fertigprodukte
führen, beispielsweise
von Stämmen
aus Papiergewebe. In dieser Position ist eine feste Struktur 11 (in 2 nur schematisch
dargestellt) vorgesehen, um einen Umfangsantriebsmechanismus zu
tragen, der allgemein mit 13 bezeichnet ist und welcher
eine Kraft und folglich ein Abwickel-Drehmoment auf die Zylinderfläche der
Spule aufbringt, um letztere zur Rotation um ihre Achse zu veranlassen.
In dem dargestellten Beispiel umfasst der Umfangsantriebsmechanismus 13 mehrere
parallele Gurte, von denen in 1 nur einer sichtbar
und mit 15 bezeichnet ist. Jeder Gurt 15 ist um
zwei Rollen 17, 19 geführt, die auf festen Achsen bezüglich eines
Armes 21 gehalten sind, der um die Achse der Rolle 17 relativ
zur Struktur 11 oszilliert, welche den Arm trägt. Man
verstehe, dass in der praktischen Ausführungsform mehrere parallele Arme 21 vorgesehen
sein können,
um die verschiedenen Abwickelgurte 15 zu tragen. Die Rolle 17 wird von
einem Motor 23 angetrieben, so dass der Gurt 15 rotiert.
Dieser wird um eine dritte Rolle 25 geführt, die durch einen kleinen
Arm 27 getragen wird, der am Arm 21 angelenkt
und einem Kolbenzylinder-Betätiger 29 zugeordnet
ist. Der Arm 21 ist mittels eines Kabels 31 aufgehängt, welches
um eine Überkopfwinde 33 aufgewickelt
ist. Das oben beschriebene Layout ist an sich bekannt und das Betriebsverfahren dieses
Antriebsmechanismus ist ebenfalls bekannt. Kurz, wenn der Durchmesser
der Spule B1 abnimmt als Ergebnis der Ausgabe der Materialbahn,
dreht der kleine Arm 27 in Gegenrichtung des Uhrzeigers, um
die Spannung des Gurtes 15 aufrecht zu erhalten, bis er
eine Endposition des Betätigers 29 erreicht.
An dieser Stelle lässt
die Winde 33 den Arm 21 durch Abwickeln eines
Stückes
des Kabels 31 absenken und damit auch eine erneute Positionierung
des kleinen Arms 27 bewirken.
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Eine
zentrale Zone des Schlittens 1 zwischen den Seitenlagern 5B und 3A der
Spulen B1 und B2 ist für
jede Spule mit einem zentralen Antriebsmechanismus ausgerüstet, der
dafür vorgesehen
ist, ein Abwicklungsdrehmoment auf die Welle der Spule momentan
in der Ausgabeposition (Spule B1 gemäß 1) auszuüben. Die
zentralen Antriebsmechanismen, die generell in 2 und
im Einzelnen in 3 dargestellt sind, sind symmetrisch zueinander
und lediglich der zentrale Antriebsmechanismus, der den Lagern 3A, 5A für die Spule
B1 zugeordnet ist, wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Die
zentralen Antriebsmechanismen sind im Ganzen mit 41 und 43 bezeichnet.
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Gemäß 3 umfasst
der zentrale Antriebsmechanismus 41 einen Motor 45 mit
variabler Geschwindigkeit, zum Beispiel einen bürstenlosen Motor oder einen
Vektormotor. Dieser überträgt mittels eines
Ritzels 47, das auf die Motorabtriebswelle aufgekeilt ist,
eine Bewegung auf ein Paar von Getrieberädern 49, die integral
miteinander sind und im Leerlauf auf einer zentralen Welle 51 gelagert
sind, die den beiden zentralen Antriebsmechanismen 41, 43 gemeinsam
ist. Das zweite Getrieberad 49 kämmt mit einem weiteren Getrieberad 53,
das im Leerlauf auf einer festen Spindel 55 befestigt ist,
die ihrerseits Bewegung auf ein Kronenrad 57 überträgt, welches
auf eine Welle 59 aufgekeilt ist, die frontal mit Zähnen 61 versehen
ist, die einen Teil einer entsprechend genuteten Kupplung bilden
und dafür
vorgesehen sind, in eine entsprechende Nut 63 einzugreifen,
die frontal in der Welle A1 der Spule B1 ausgebildet ist.
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Die
Welle 59 ist leerlaufend in einer Manschette 65 getragen,
die axial in einem tubusförmigen Element 67 gleiten
kann, welches fest mit einem aufrecht stehenden Bauteil 69 verbunden
ist, welches außerdem
noch den Motor 45 und die Spindel 55 trägt. An der
Außenseite
der Manschette 65 befindet sich ein Ring mit entsprechenden
Dichtungen auf der inneren Zylinderfläche des tubusförmigen Elements 67.
Die Manschette 65 bildet somit einen Kolben, der im Inneren
eines Zylinders gleiten kann, der aus dem tubusförmigen Element 67 und
den beiden Elementen besteht, die zusammen einen Kolben-Zylinder-Betätiger bilden,
der das Koppeln und Entkoppeln der genuteten Kopplung zwischen der
Welle 59 und der Welle A1 der Spule steuert.
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Der
zentrale Antriebsmechanismus 41 oder 43 kann somit
von der jeweiligen Spule gelöst
werden, was ermöglicht,
dass die verbrauchte Spule durch eine neue Spule ersetzt wird. Weiter
kann er mit der Welle der Spule verbunden sein und dazu dienen,
die Spule in der Seiten-Stand-by-Position (Spule B2 in 2)
rotieren zu lassen, um die Anfangskante der Materialbahn N zu positionieren.
In der Abwickelposition (Spule B1) ist die Welle 59 mit
der Welle A1 der Spule gekoppelt, um ein Drehmoment auf das Zentrum
der Spule auszuüben;
dieses Drehmoment in Kombination mit dem durch den Umfangsantriebsmechanismus 13 ausgeübten Drehmoment zieht
die Spule in Drehung während
des Abwickelns der Materialbahn und hält sie in Drehung.
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Die
Vorrichtung ist ferner mit einer in 1 schematisch
angedeuteten Steuereinheit 71 ausgerüstet. Die Steuereinheit ist
mit den beiden Motoren 45 des zentralen Antriebsmechanismus 41 und 43 und
dem Motor 23 des Umfangsantriebsmechanismus 13 verbunden.
Weiterhin stehen einige Fühler oder
andere Erfassungsmittel in Schnittstelle mit der zentralen Einheit 71,
um eine Reihe von Informationen, wie nachstehend angegeben, zu liefern.
Einige dieser Fühler
können
weggelassen werden, je nach der Art des benutzten Steuerverfahrens,
wie sich im Einzelnen weiter unten ergibt.
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Diese
Fühler
oder Erfassungsmittel umfassen einen Fühler 73, der auf der
Struktur 11 befestigt ist, um den Durchmesser der Spule
B1 in der Abwickelposition zu erfassen. Der Fühler 73 kann ein Laser-,
Infrarot- oder Ultraschall- oder anderer Fühler sein, der für diesen
Zweck geeignet ist. Ein Fühler 75 ist
auf dem Arm 21 befestigt, um Markierungen zu lesen, die
auf der Kante der Spule B1 oder B2 in der Abwickelposition aufgedruckt
sind. Diese Markierungen werden beispielsweise durch Anbringen einer geraden
Linie auf der ebenen Stirnfläche
der Spule aufgebracht und zwar mittels eines Filzstiftes oder in anderer
Weise. In 1 ist die Markierung mit M bezeichnet.
Der Fühler 75 kann
beispielsweise ein optischer Fühler
sein. Die Markierung M beschädigt
das Material nicht, da jedenfalls die Kante des Materials dazu bestimmt
ist, vom Fertigprodukt abgetrennt zu werden. Alternativ können dem
unbewaffneten Auge unsichtbare Markierungen benutzt werden, beispielsweise
solche, die UV-Strahlung
absorbieren. Der Fühler 75 wird
entsprechend in dem gleichen Frequenzbereich arbeiten.
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Ein
anderer Fühler 77 ist
jedem der Lager der Spulen B1 und B2 zugeordnet und dient zum Lesen
einer Referenz, die mit der Welle A1 oder A2 der Spule in der Abwickelposition
integral ist. In 3 ist die Referenz mit R bezeichnet.
Die Referenz R kann beispielsweise ein Magnet und der Fühler 77 ein elektromagnetischer
Fühler
oder ein kapazitiver Fühler
oder selbst ein optischer Fühler
sein. Die Referenz R ist demzufolge entsprechend der Art des Fühlers ausgelegt,
so dass sie von dem Fühler
erfasst werden kann.
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Eine
Lastzelle oder ein anderer Transducer kann der Rolle 9 der
Materialbahn zugeordnet sein, um die Spannung in dem Material zu
erfassen. Die Lastzelle oder der andere Transducer kann auch einem
unterschiedlichen Transmissionsmechanismus der Materialbahn zugeordnet
sein.
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Schließlich kann
die Steuereinheit 71 mit einer Steuereinheit in Schnittstelle
stehen, die anderen Maschinen der Anlage auf der Abstromseite der
Abwickelvorrichtung bezüglich
der Materialbahn N zugeordnet ist. Mit diesen Mechanismen und Fühlern kann
die beschriebene Vorrichtung wie folgt arbeiten.
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Eine
neue Spule B1 wird in die Abwickelposition (Spule B1 in 1)
eingefügt
und die Vorderkante der Materialbahn N wird mit der rückwärtigen Kante
des von der vorhergehenden Spule abgewickelten Materials verbunden.
An dieser Stelle muss die Spule B1 in Umdrehung versetzt und in
Umdrehung gehalten werden, und zwar mit einer geeigneten Geschwindigkeit
zur Zufuhr für
die Weiterbehandlungsanlage, für
die die Materialbahn N bestimmt ist, die unter eine Spannung zu
halten ist, die von der abstromseitigen Anlage gefordert ist. Dazu
empfängt entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung die zentrale Einheit 71 (beispielsweise von der
zentralen Steuereinheit einer abstromseitig zur Abwickelmaschine
befindlichen Umwickelmaschine) Information relativ zur Geschwindigkeit,
mit welcher die Materialbahn N zugeführt werden muss und, falls
notwendig, und relativ zu dem Beschleunigungsanstieg, dem die Spule
unterworfen werden muss. Diese Geschwindigkeit koinzidiert mit derjenigen
Geschwindigkeit, die der Umfangsantriebsmechanismus 13 der
Peripherie der Spule erteilen muss. Der Durchmesser der Spule wird
von dem Fühler 73 erfasst
und die Winkelgeschwindigkeit, mit welcher der zentrale Antriebsmechanismus 41 die Welle
A1 der Spule in Rotation ziehen muss, wird demzufolge berechnet.
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Nach
dieser Berechnung können
die Vorrichtung und die beiden Antriebsmechanismen mit ihrer Arbeit
beginnen, und zwar werden der Umfangsantriebsmechanismus 13 und
der zentrale Antriebsmechanismus 41 jeweils bei der berechnenden
Geschwindigkeit betrieben.
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Durch
den Spannungsfühler,
beispielsweise die Lastzelle auf dem Zylinder 9, wird die
Spannung der Materialbahn erfasst und falls notwendig, steuert die
zentrale Einheit 71 die Geschwindigkeit der Gurte 15 des
Umfangsantriebsmechanismus 13. Wenn die festgestellte Spannung
zu hoch ist, wird die Geschwindigkeit des Umfangsantriebsmechanismus
erhöht
und umgekehrt. Auf der Basis der Messung des Durchmessers durch
den Fühler 73 wird
folglich die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmechanismus 41 ebenfalls
korrigiert.
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Um
sicherzustellen, dass beide Antriebsmechanismen auf die Spule B1
in einer richtigen und kombinierten Weise einwirken mit einer adäquaten Verteilung
der Drehmomente und ohne Neigung der äußeren Bahnwindungen in Relation
zu den inneren Windungen zu schlupfen und folglich in Relation zur zentralen
Welle A1 der Spule (das beispielsweise bei sehr großen und
schweren Spulen oder dann passieren kann, wenn die Windungen locker
gebunden sind) ist ein Rückkopplungssystem
vorgesehen.
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In
einem ersten möglichen
Steuermodus stellt die Zentraleinheit 71 ein Datum relativ
zu dem von den Motoren 23 und 45 entwickeltem
Drehmoment fest. Wenn der Umfangsantriebsmechanismus 13 wie
bevorzugt der Haupt- oder „Master"-Mechanismus ist und der zentrale Antriebsmechanismus 41 der
untergeordnete oder „Slave"-Mechanismus, dann produziert
die Einheit 71 ein mögliches
Rückkopplungssignal,
wenn das Drehmoment, das von dem zentralen Antriebsmechanismus entwickelt
wird, von einem großen
Bereich vorgegebener Werte abweicht, um das System erneut ins Gleichgewicht
zu bringen. Beispielsweise, wenn das durch den zentralen Antriebsmechanismus 41 entwickelte
Drehmoment dazu neigt, unter den eingestellten Wert abzusinken,
was bedeutet, dass der zentrale Antriebsmechanismus dazu neigt,
von der Spule gezogen zu werden, statt auf sie ein Antriebsdrehmoment
aufzubringen. Das Rückkopplungssignal
wird eine positive Beschleunigung des zentralen Antriebsmechanismus
bewirken. Wenn andererseits das von dem zentralen Antriebsmechanismus 41 entwickelte
Drehmoment dazu neigt, über
eine vorgegebene Grenze anzusteigen, so bedeutet dies, dass der
Antriebsmechanismus 41 dazu neigt, über dem Umfangsantriebsmechanismus 13 die
Oberhand zu behalten und das Rückkopplungssignal
wird folglich dazu neigen, seine Winkelgeschwindigkeit zu reduzieren. Wenn
dieser Betriebsmodus angenommen ist, sind die Sensoren 75 und 77 nicht
aktiv und können
gegebenenfalls entfallen.
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In
einem anderen Betriebsmodus mit den Sensoren 75, 77 wird
der zentrale Antriebsmechanismus durch ein Rückkopplungssignal gesteuert,
was auf der Basis der Ablesungen der beiden Sensoren 75, 77 produziert
wird. Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Winkelabstand zwischen
jeder der Markierungen M auf den verschiedenen Windungen des Materials
N von der Referenz R fest. Wenn die äußersten Windungen oder die äußerste Windung der
Materialbahn dazu neigt, über
die darunter befindlichen Windungen zu rutschen, wird sich eine
Variation in der Winkeldistanz zwischen der vom Fühler 75 gelesenen
Markierung und der vom Fühler 77 gelesenen
Referenz ergeben. Die Variation des Winkelabstandes hat ein Vorzeichen
und kann positiv oder negativ entsprechend der Tendenz der äußersten
Wicklung sein, anzuziehen oder locker zu werden relativ zu der weiter
innen liegenden Materialbahn. Das relative Rückkopplungssignal, das durch
diese Variation in der Winkeldistanz erzeugt worden ist, wird dazu
neigen, den Schlupf zu beseitigen. Wenn daher die Veränderung
der Winkeldistanz einer Tendenz der äußersten Wicklung entspricht,
enger über das
darunter liegende Material anzuziehen, dann bedeutet das, dass die
Welle der Spule beschleunigt werden muss und folglich die Winkelgeschwindigkeit auch
des zentralen Antriebsmechanismus 41 erhöht werden
muss. Das Entgegengesetzte tritt ein, wenn die äußerste Wicklung der Materialbahn
zum Schlackern neigt. Im ersten Fall wird das Rückkopplungssignal anzeigen,
dass die äußerste Wicklung
oder der Teil der äußersten
Wicklung des Materials dazu neigt, schneller zu laufen als die Welle
der Spule und damit die innerste Zone der Spule und dass die Welle daher
beschleunigt werden muss. In dem zweiten Fall zeigt das Rückkopplungssignal
die entgegengesetzte Situation an: Die äußersten Windungen oder die äußerste Windung
der Materialbahn neigt zur Verlangsamung in Relation zum Kern der
Spule, welcher dazu neigt, schneller zu laufen als die Peripherie.
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Das
Rückkopplungssignal
kann in einfacher Weise die Variation des Winkelabstandes festhalten oder
speichern zum Originalwert, um eine Akkumulation oder einen reziproken
Schlupf zwischen den Windungen der Materialbahn zu vermeiden. Im
Allgemeinen wird dies in beiden Fällen als Korrektur des Versatzes
bezeichnet.
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Selbstverständlich zeigen
die beigefügten
Figuren lediglich eine mögliche
Ausführungsform
der Erfindung, die in ihren Formen und Anordnungen verändert werden
kann, ohne dadurch von dem Schutzbereich des der Erfindung zugrunde
liegenden Konzepts abzuweichen. Das Vorhandensein von Bezugszeichen
in den beigefügten
Ansprüchen
dient dem einzigen Zweck, das Lesen der Ansprüche unter Bezugnahme auf die
vorstehenden Beschreibung und die beigefügten Figuren zu erleichtern
und beschränkt
nicht den Schutzbereich der Ansprüche.