STAND DER TECHNIK UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln von
kernlosen Rollen und insbesondere ein solches, mit dem man
kernlose Produkte unter Verwendung kleindurchmessriger Dorne
im Durchlauf erhält, um aus Stammrollen Rollen in
Einzelhandelsgrößen herzustellen.
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Es ist bekannt, Toilettenpapier unter Verwendung von Kernen
mit einem Leimauftrag herzustellen. Dies geschieht mit sowohl
Zentral- als auch Oberflächenwicklern - vergl. bspw. die US-
E-28 353 bzw. die US-A-4 828 195 der Anmelderin. Bereits seit
langem hat man Produkte wie Toiletten- bzw. Hygienepapier und
Küchentücher auf Stop-Start-Wicklern mit kleinen Dornen
hergestellt,
die an der Oberfläche angetrieben wurden. Ein
weiterer Prozeß ist das kernlose Zentralwickeln auf einen
Dorn, der nach dem Ende des Wickelzyklus kontrahiert wird
(vergl. die GB-A-1 554 619); dieses Verfahren erlaubt jedoch
keine kleindurchmessrigen Dorne.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Wickeln in abwechselnden
Positionen. Dadurch lassen sich kleine Dorne einsetzen, da jeder
Dorn sich an mehreren Stellen über seine Länge abstülzen
läßt. Weiterhin läßt der fertige Wickel sich verlangsamen und
aus der Wickelmaschine auswerfen, während die
gegenüberliegende Wickelstation bereits den nächsten Wickel
herstellt.
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Das Konzept des Wechselwickelns ist an sich alt, aber nicht
für Rollen in Fertiggrößen. Bspw. werden nach der US-A-
1 894 253 die Stammrollen abwechselnd gewickelt, wobei aber
eine Papierbahn aus der Papiermaschine zugeführt wird.
Insbesondere kommt die zu alternierenden Stammrollen
aufgewikkelte Papierbahn stetig vom letzten Durchlauf des
Kalanderstapels der Papiermaschine an. Im Gegensatz zur Erfindung ist
diese Stammrolle nicht zu Rollen in Einzelhandelslängen
aufgeschnitten worden, sondern wurde zum Umwickeln in einen
Konvertierbereich übergeführt, um dort zu Rollen mit
Einzelhandelsdurchmesser umgewickelt zu werden, die man
schließlich querzersägte. Es war daher sinnlos, die
Wickelkörper von der Stammrolle abzunehmen, da sie zum Abstützen
der Stammrollen in der Umwickelmaschine benötigt wurden.
Andere Formen von Oberflächenwicklern sind in der US-A-
4 256 269 und der US-A-4 588 138 ersichtlich; keine von ihnen
kommt aber - im Gegensatz zur Erfindung - ohne einen Kern
aus.
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Die DE-A-3 239 661, die ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 offenbart, lehrt einen endangetriebenen Dorn,
d.h. einen Zentralwickler - im Gegensatz zu dem in der
vörliegenden Erfindung eingesetzten Oberflächenwickler.
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Die Nachteile des Standes der Technik werden mit einem
Verfahren zum kernlosen Wickeln nach dem Kennzeichen des
Anspruchs 1 beseitigt.
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Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Einzelheiten des Aufbaus und der Funktionsweise, die in der
folgenden Beschreibung dargelegt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung des
Materialflusses von der Papiermaschine bis zum fertigen
Produkt;
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Fig. 2 & 3 sind Perspektivdarstellungen des Fertigprodukts
der Fig. 1, d.h. eine Rolle Toilettenpapier bzw.
eine Rolle Küchentücher;
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Fig. 4 ist ein schaubildlicher Seitenriß eines Wickelwerks
nach der erfindungsgemäßen Lehre;
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Fig. 5 ist eine stirnseitige Ansicht eines einzelnen Dorns
etwa auf der Sichtlinie 5-5 der Fig. 4; und
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Fig. 6 ist eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer
modifizierten Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Fig. 1 ist ein Flußdiagramm, das die vorliegende
Erfindung darstellt. Ganz links stellt das mit "Papiermaschine"
bezeichnete Kästchen eine herkömmlich aufgebaute Maschine zur
Papierherstellung dar. Normalerweise arbeitet sie mit einem
Zellulosebrei, der auf ein Langsieb aufgetragen wird;
nachfolgende Trockenwalzen senken den Feuchtigkeitsanteil auf
etwa 5%.
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Damit erhält man eine Papierbahn, die zu einer Lang- bzw.
Stammrolle J aufgewickelt werden kann, die in Fig. 1 rechts
von der Papiermaschine zu sehen ist. Abhängig von der
Papiermaschine und den Anforderungen des Umwicklers kann die
Stammrolle einen Durchmesser von etwa 1,5 bis 3 m (5 bis 10
ft.) und eine Länge von etwa 1,2 bis 6 m (4 bis 20 ft.)
aufweisen. Derzeitig läuft der Trend in Richtung breiterer
Maschinen, um bei gleicher Bahngeschwindigkeit die Produktion
zu erhöhen.
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Nach dem Wickeln der Stammrolle wird sie in einen
Umwickelbereich transportiert bzw. übergeführt, in dem sich eine
Anzahl von Umwickelmaschinen befinden. Die vorliegende
Erfindung benutzt einen Oberflächen-Umwickler wie den aus der
bereits erwähnten US-A-4 828 195 bekannten. Bei der ständig
zunehmenden Arbeitsgeschwindigkeit von Papiermaschinen müssen
zuweilen zwei oder mehr Umwickelwerke angesetzt werden, um
die Produktion einer einzigen Papiermaschine umzuwikkeln.
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Auf jeden Fall liegt das Umwickelprodukt als Wickel vor,
dessen Länge gleich der Breite der Bahn der Langrolle J ist.
Der Unterschied liegt im Durchmesser, da der Wickel L einen
Durchmesser gleich dem der Einzelhandelsform von
Toilettenpapier, Küchentüchern usw. aufweist, der von etwa 100 bis 250
mm (4 bis 10 inch) reichen kann.
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Danach durchräuft die Rolle eine Rollensäge wie die der US-E-
30 598. Damit erhält man aus jeder Rolle eine Vielzahl von
Produkten P. Die Produkte nehmen am allgemeinsten die Form
einer Rolle Toilettenpapier P1 (vergl. Fig. 2) oder einer
Rolle Küchentücher P2 (vergl. Fig. 3) an. Diese Abschnitte
sind im allgemeinen kürzer als etwa 375 mm (15 inch).
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Es soll nun das erfindungsgemäße Wickelverfahren anhand der
Fig. 4 und 6 erläutert werden.
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Bei beiden Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 6 weist die
Maschine herkömmliche Zugrollen sowie eine
Perforiereinrichtung auf, wobei die Zugrollen denen der US-E-28 353
und die Perforiereinrichtung der der US-S2 870 840
entsprechen.
Ausführungsform nach Fig. 4
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Das Symbol W ganz oben in Fig. 4 bezeichnet eine von
Zugrollen (nicht gezeigt) ankommende Papierbahn, die eine
Perforierwalze 10 teilweise umschlingt und über sie läuft. Das
Bezugszeichen 11 bezeichnet die ortsfeste Messerstange, die
mit der Perforierwalze 10 zusammenwirkt; vergl. auch die
genannte US-A-2 870 840. Auf diese Weise erhält man
Perforationslöcher in querverlaufende Linien, die in den V.St.A.
bei Toilettenpapier einen Abstand von etwa 115 mm (4-1/2
inch) und bei Küchentüchern einen solchen von 280 mm (11
inch) haben.
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Nach dem Perförieren in den angegebenen Abständen läuft die
Papierbahn W zur Hauptrolle 12, d.h. einer "Übergabe"-Rolle,
und umschlingt sie teilweise. Die Rolle 12 wirkt mit einer
Schlagrolle 13 zusammen und hat mehrere Funktionen. Die
Hauptrolle dient dazu, die Blattanzahl in einem Wickel
festzulegen. Gewöhnlich ist die Hauptrolle auf 10 Blatt pro
Umdrehung ausgelegt. Hat die Hauptrolle die richtige Zahl von
Umdrehungen vollzogen, bewirkt eine Klingenmechanik in der
Hauptrolle mit der Klinge 14 und der Schlagrolle 13 zusammen
ein Abtrennen der Papierbahn W, die dann die Sollanzahl
(bspw. 350, 500 oder dergl.) Blätter bzw. Bögen von jeweils
etwa 115 mm (4-1/2 inch) bzw. 280 mm (11 inch) im Quadrat
enthält. Die Blätter/Bögen sind dabei jeweils als zwischen
aufeinanderfolgenden Quer-Perforationslinien liegend
definiert.
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Die Klinge greift dabei entlang einer Quer-Perforationslinie
an, um die genaue Anzahl von Blättern vor der Klinge (d.h.
laufabwärts) aufzuwickeln, die ihren Wickelzyklus wie bei L
(links von der Mitte in Fig. 4) beendet. Der den Klingen
nachlaufende Bahnabschnitt wird einem Dorn 15 in der Position
A zugeführt - vergl. die rechte Seite der Fig. 4. Der gerade
beendete Wickel L befindet sich dabei in der Position B
(links in Fig. 4).
Wickelvorgang nach Fig. 4 - Allgemeines
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Beim Herstellen des Wickels L schwenken axial beabstandete
Arme 16', auf denen die Wickeltrommeln 17', 18' drehbar
gelagert sind, allmählich von der Hauptrolle 1 weg, um den
zunehmenden Durchmessers des Wickels aufzunehmen - vergl. die
Winkelstellung des Arms 16' links mit dem Arm 16 rechts (d.h.
in de Position A).
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Darüberhinaus sind die Wickeltrommeln 17', 18' wie bei 19',
20' schwenkbar gelagert, um beim Wickeln auslenken und so den
zunehmenden Durchmesser des Wickels aufnehmen zu
können - vergl. auch hier die Positionen der Wickeltrommeln 17', 18'
mit denen der Wickeltrommeln 17, 18 in der Position A und die
Anderung des Auslenkwinkels der Schwenkarme; der die
Wickeltrommel 17 tragende Arm ist dabei als 21 bezeichnet.
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Zur einfacheren Darstellung ist der vorhandene Antrieb der
Wickeltrommel 17, 18 bzw. 17', 18' fortgelassen; es kann sich
dabei um einen Elektromotor und einen Riementrieb mit
geeigneten Kupplungen handeln, die die Dauer des Wickelzyklus
und das Wickelende am Zyklusende steuern.
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Nach dem Abschluß des Wickelzyklus erfolgt, was unten links
in Fig. 4 dargestellt ist: Der Arm 16' schwenkt im
Gegenuhrzeigersinn um die Achse 29, um den Wickel L in die
Übernahmeposition zu bringen, in der der Arm 16' nun die Position
16" einnimmt. Hierzu wird der Arm 16' und damit der Dorn 15'
um den Kreisbogen 22 verschwenkt; der Dorn gelangt so in eine
Position, in der der fertige Wickel L mittels einer
Einrichtung 23 von ihm abgenommen werden kann; vergl. hierzu
die ausführliche Darstellung in Fig. 5.
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Zum Abnehmen des Wickels L schwenkt ein Teil des tragenden
Arms 16 bzw. 16' (nun in der Position 16"), damit der fertige
Wickel vom Dorn abgeworfen werden kann. Derjenige Teil des
Arms 16, 16', der schwenkt, um den Freiraum zum Abwerfen des
Wickels zu erzeugen, geht, nachdem der Wickel vom Dorn frei
ist, in die Schließstellung zurück. Danach kehrt der Arm 16,
16' in die Ausgangslage in der Hauptrolle zurück, um den
Anfang des nächsten Wickels aufzunehmen.
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Dies erfolgt, indem eine Vorderkante, die vom Messer 14 auf
der Schlagrolle 13 erzeugt worden ist, von der Hauptrolle
geführt wird, auf der die Kante unter einem Saugzug haftet,
der durch Öffnungen im Rollenmantel angelegt wird, die mit
dem Saugring 24 verbunden sind. Erreicht die Vorderkante den
Dorn 15, wird druckunterstützt wie bei 25 die Vorderkante der
Bahn von der Hauptrolle 12 abgehoben und auf den Dorn 15
gedrückt. Der Dorn 15 ist in der Fig. 5 gezeigt. Wie dort
dargestellt, ist er verhältnismäßig langgestreckt und enthält
einen axial verlaufenden Kanal 26, der in Strömungsverbindung
mit einer Saugzugquelle 27 steht, die ihrerseits mit einer
Saugpumpe (nicht gezeigt) verbunden ist. Der durch den
axialen Kanal 26 und die Öffnungen 28 wirkende Saugzug
bewirkt, daß die Vorderkante auf der Außenfläche des Dorns 15
haftet bzw. dort festgedrückt wird, so daß sich infolge der
Drehung der Trommel 17, 18 der Dorn 15 ebenfalls drehen und
beginnen kann, den Wickel L aufzuwickeln.
Ausfuhrungsform nach Fig. 6
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Auch hier verwendet der Umwickler normale Zugrollen sowie
eine Perforiereinrichtung, wie für die Ausführungsform der
Fig. 4. In der Fig. 6 umschlingt die Papierbahn W teilweise
die Hauptrolle 112 und läuft um sie herum; die Hauptrolle 112
wirkt mit einer Schlagrolle 113 und einem Messer 114
zusammen, um das Ende eines Wickels und den Anfang des
nächsten zu erzeugen. Die Hauptrolle 112 dient dazu, die
Anzahl der Blätter oder Bögen pro Wickel zu bestimmen. Auch
hier ist die Hauptrolle 112 gewöhnlich auf 10 Blätter/Bögen
pro Umdrehung ausgelegt. Erreicht die Hauptrolle 112 die
Sollanzahl von Umdrehungen, wirkt eine Klingenmechanik in der
Hauptrolle 112 mit der Klinge 114 und der Schlagrolle 113
zusammen, um die Bahn abzutrennen.
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Der vor der Klinge liegende Bahnabschnitt wird zu einem
Wickel L in der linken Position aufgewickelt. Der hinter der
Klinge 114 liegende Teil der Bahn wird von einer Saugrolle
117 aufgenommen und einer zweiten Saugrolle 118 zugeführt.
Dadurch gelangt die Vorderkante der Papierbahn zum Dorn 115,
um den nächsten Wickelzyklus zu beginnen.
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Der Wickelzyklus wird von den Saugtrommeln 117, 118
bewerkstelligt, die radial geschlitzt sind und miteinander kämmen,
wie die Fig. 6 zeigt - wo ihre Mäntel sich schneiden,
entsteht somit eine Art "Einzugspalt". Wegen ihrer
Unstetigkeit in Axialrichtung und ihrer Verkämmung lassen diese
Rollen sich als "Ringrollen" ansehen.
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Nach Abschluß des Wickelzyklus werden diese Ringtrommeln 117,
118 verlangsamt, um den fertigen Wickel in den Stillstand zu
bringen und ihn abzuwerfen. Dies ist ganz rechts und links in
Fig. 6 gezeigt. Wie dargestellt, sind die Arme 116, 116' wie
bei 129, 129' geschlitzt. Weiterhin sind die Arme auf dem
Maschinengestell schwenkbar gelagert, um aus einer 12-Uhr-
Stellung in eine 3-Uhr- oder eine 9-Uhr-Stellung schwenken zu
können, wo der im Schlitz gelagerte Dorn einen entsprechenden
Schlitz 130, 130' in der zugehörigen Abnahmeeinrichtung 123,
123' übergreift.
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Insbesondere schwenken nach dem Abschluß des Wickelzyklus'
die Arme 116, 116' für die rechte und die linke Position zur
Wickelauswerfstation 123, 123'. Auch hier schwenkt ein Teil
des tragenden Arms 116 bzw. 116' aus, damit der fertige
Wickel vom Wickeldorn 115 bzw. 115' abgeworfen werden kann.
Danach kehrt der Teil des Arms 116, 116', der ausschwenkt, um
Freiraum zum Abwerfen des Wickels zu erzeugen, in die
Schließstellung zurück, nachdem der Wickel vom Dorn
freigekommen ist. Schließlich führen die Arme den Dorn 115
oder 115' in die Aufwickelposition zurück. In dieser
Ausführungsform sitzt der Dorn verschiebbar im Schlitz 129 oder
129' und ist daher relativ zur Hauptrolle 112 radial auswärts
verschiebbar, um die sich aufbauenden Wickellagen
aufzunehmen.
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Ebenfalls in der Ausführungsform der Fig. 6 ersichtlich sind
die Saugrollen 131 laufaufwärts der Perforiereinrichtung 10,
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Da in der Ausführungsform der Fig. 6 die Hauptrolle 112 den
Wickel L beim Wickeln nicht berührt, sind Reitrollen 132,
132' vorgesehen, die wie bei 133, 133' schwenkbar auf dem
Maschinengestell gelagert sind. Bspw. bildet die Reitrolle
132 mit den Trommeln 117, 118 zusammen eine Aufnahme bzw.
Wiege für das Oberflächenwickeln. Entsprechend wirkt die
Reitrolle 132' mit den Wickeitrommeln 117', 118' zusammen.
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Bei beiden Ausführungsformen ist es in der Praxis der
Erfindung vorteilhaft, einen Dorn mit einem Durchmesser von
weniger als etwa 25 mm (1 inch) vorzusehen. Da viele dieser
Dorne recht lang sind (mehr als etwa 3 m (10 feet),
gewährleistet
die von den Rollen des Wickelwerks gebotene
Abstützung, daß sie sich nicht zu stark ausbiegen.