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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Aufrolltrommel, ein Gerät und ein Verfahren zum Wickeln
einer Bahn und insbesondere zum Wickeln von Tissue, das bei einer
Papierherstellmaschine hergestellt wird.
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Bei der Herstellung von verschiedenen
Arten an Tissueerzeugnissen, wie beispielsweise Gesichtstissue,
Hygienetissue, Papierhandtücher
und dergleichen wird die getrocknete Tissuebahn oder das getrocknete
Tissueblatt, die oder das von der Tissuemaschine kommt, anfänglich zu
einer Stammrolle gewickelt und vorübergehend für ein weiteres Behandeln gespeichert.
Einige Zeit danach wird die Stammrolle abgewickelt und das Blatt
wird zu einer Enderzeugnisform umgewandelt.
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Beim Wickeln der Tissue-Bahn zu einer
großen
Stammrolle ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Rolle in
einer Weise gewickelt wird, die größere Fehler bei der Rolle vermeidet
und die ein effizientes Umwandeln der Rolle in ein Enderzeugnis ermöglicht,
seien es Kästen
von Kosmetiktücher-Blättern, Rollen
von Hygienetüchern,
Rollen von geprägten
Papierhandtüchern
und dgl. Idealerweise hat die Stammrolle eine im Wesentlichen zylindrische Form
mit einer glatten zylindrischen Hauptfläche und zwei glatten flachen
und parallelen Endflächen.
Die zylindrische Hauptfläche
und die Endflächen
sollten frei von Kräuselungen,
Unebenheiten, Welligkeit, Exzentrizität, Knitterungen und dgl. sein,
d. h. anders ausgedrückt
die Rolle sollte "maßlich
korrekt" sein. Gleicherweise muss die Form der Rolle stabil sein,
so dass sie nicht von ihrer zylindrischen Form während des Lagerns oder der
Routinehandhabung abweicht oder anders ausgedrückt die Rolle sollte "maßlich stabil"
sein. Fehler können
bewirken, dass ganze Rollen weggeworfen werden, wenn sie für die Hochgeschwindigkeitsumwandlung
ungeeignet geworden sind.
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Viele Fehler können durch ein ungenaues Wickeln,
insbesondere beim Wickeln von leicht zusammendrückbaren Weichtissuebahnen mit
hohem spezifischen Volumen herbeigeführt werden. Eine große Anzahl
von derartigen Fehlern ist in einem Aufsatz von W. J. Gilmore "Report
on Roll Defect Terminology-TAPPI CA 1228", Proc. 1973 Finishing
Conference, Tappi, Atlanta, GA, 1973, Seiten 5–19 erörtert und durch Fotografien
gezeigt. Eine unangemessene Bahnspannung in der Nähe des Kerns
der Rolle kann bewirken, dass die äußeren Bereiche der Rolle die Rolle
nach innen zusammendrücken,
was zu einem Verziehen in einem gesternten Muster führt, das
allgemein "Sternen" (starring) genannt wird und von James K. Good
in "The Science of Winding Rolls", Products of Papermaking, Trans.
Of the Tenth Fundamental Research Symposium at Oxford, Sept. 1993, Seiten
855–881
beschrieben ist. Darüber
hinaus bewirkt ein Sternen (starring) das Freigeben der Spannung
der Bahn um den Kern herum, die normalerweise eine ausreichende
Reibung zwischen dem Kern und benachbarten Lagen der Bahn vorsieht.
Dieser Reibungsverlust kann zu einem "Rutschen" oder "Ausfahren"
des Kern führen,
bei dem der größte Teil der
Rolle (mit Ausnahme einiger weniger Lagen um den Kern herum und
einiger weniger Lagen um die äußersten
Bereiche herum) en masse zu einer Seite in Bezug auf die Achse der
Rolle sich bewegt, was die Rolle verwendungsunfähig macht.
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Gegenwärtige im Handel erhältliche Hartspalttrommelrollen
der Art mit zentral unterstützten
Antrieben, wie sie von T. Svanqvist "Designing a Reel for Soft Tissue",
1991 Tissue Making Seminar, Karlstad, Schweden sind in zufriedenstellender
Weise verwendet worden, um Rollen aus zusammendrückbaren Tissue-Bahnen mit einem
spezifischen Volumen von bis zu ungefähr 8 bis 10 cm3/g
aufzuwickeln, während
die vorstehend erwähnten
Aufwickelprobleme vermieden werden, indem die Spaltkraft verringert
wurde und hauptsächlich
von der Steuerung der Spannung der hereingelangenden Bahn über eine
Modulation des zentral unterstützten
Antriebs für
die Kernwelle abhängig
ist. Wenn jedoch derartige Verfahren zum Wickeln von Tissueblättern mit
einem spezifischen Volumen von 9 cm3/g oder mehr
und einem hohen Maße
an Weichheit, die bspw. durch eine MD-Max-Slope von ungefähr 10 kg oder
weniger pro 7,62 cm (3 Zoll) der Probenbreite gekennzeichnet ist,
angewendet werden, treten diese Probleme erneut auf. Diese Aufwickelprobleme treten
besonders bei einem Versuch zum Aufwickeln von großen Rollen
mit Durchmessern von ungefähr 177,8
cm (70 Zoll) bis ungefähr
381 cm (150 Zoll) oder mehr, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten
auf.
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Ohne eine Einschränkung durch die Theorie zu
erhoffen, wird angenommen, dass, wenn eine Bahn zu einem Spalt gebracht
wird, der zwischen der Stammrolle und einer Druckrolle ausgebildet
ist, zwei Hauptfaktoren neben der Spannung der hereinkommenden Bahn
die Endspannungen innerhalb einer gewickelten Rolle beeinflussen.
Zunächst
wird der Abschnitt der Stammrolle in dem Spalt auf einen Radius
verformt, der geringer als der nicht verformte Radius der Stammrolle
ist. Das Ausdehnen der Stammrolle aus ihrem verformten Radius zu
ihrem unverformten Radius streckt die Bahn und führt zu einer wesentlichen Innenspannungszunahme
von der eingestellten Spannung der Bahn, die in den Spalt läuft.
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Ein anderer Faktor wird mitunter
der "Sekundärwickeleffekt"
genannt. Ein Abschnitt der Bahn wird einer Rolle hinzugefügt, nachdem
er zunächst durch
den Spalt zwischen der Stammrolle und der Druckrolle hindurchgetreten
ist. Er tritt dann unter den Spalt wiederholt bei jeder Drehung
der Stammrolle, während
mehrere Lagen an dem Außendurchmesser
hinzugefügt
werden. Da jede Stelle in der Nähe
der Oberfläche
der Rolle erneut in den Spalt hineintritt, wird die Bahn unter dem
Spaltdruck zusammengedrückt,
wodurch bewirkt wird, dass die Luft in dem Leervolumen der Bahn
zwischen den Lagen herausgetrieben wird. Dies kann die Reibung zwischen den
Lagen in ausreichender Weise verringern, um zu ermöglichen,
dass die Lagen fester um die Innenlagen gleiten, wie dies beschrieben
ist in Erickkson et al., Deformations in Paper Rolls, Seiten 55–61 und Lemke,
et al., Factors involved in Winding Large Diameter Newsprint Rolls
on a Two-Drum Winder, Seiten 79–87
Proc. 0f the First International Conference on Winding Technology,
1987.
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Die Spannung in jeder Lage, wenn
sie zu der Stammrolle hinzugefügt
wird, bewirkt eine Kompressionskraft, die durch die äußere Lage
auf die Lagen darunter ausgeübt
wird, womit der kumulative Effekt der Kompression von den äußeren Lagen
normalerweise bewirkt, dass die Bahn an dem Bereich um den Kern
herum den höchsten
Zwischenlagendruck hat. Das Sekundärwickeln erhöht des Weiteren
diesen Druck. Es ist bekannt, dass Weichtissue nachgibt, wenn es
einer Kompression unterworfen wird, womit ein Teil der Druckzunahme
bis auf das Maß absorbiert
wird, dass es die Fähigkeit
zur Verformung verliert. Folglich kann der kumulative Druck bei
einer steilen Rate bis auf übermäßige Höhen ansteigen, bei
denen eine breite Änderung
bei den Eigenschaften des Blattes bewirkt werden kann, das von dem Stammrollen
abgewickelt wird.
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Unglücklicherweise kann der Innendruck
und der Anspannungsgradient, der entlang des Radius einer herkömmlich gewickelten
Stammrolle vorhanden ist, bei der die Maßstabilisierungsprobleme erfolgreich
verhindert werden, zu einem unerwünschten Schwanken bei den Eigenschaften
der Bahn führen.
Eine hohe Spannung in einigen Bereichen bewirkt, dass ein Teil der
Dehnung in Maschinenrichtung während
des Wickelns herausgezogen wird, und ein hoher Innendruck führt zu einem
Verlust an spezifischem Volumen. Beim Abwickeln haben Bereiche,
die durch eine hohe Spannung in und nach dem Spalt stärker gestreckt
worden sind, ein geringeres Basisgewicht aufgrund der Längsdehnung
der Bahn. Diese Änderungen
in den kritische Bahneigenschaften führen zu einer Schwankung bei
der Erzeugnisqualität
und zu Schwierigkeiten bei Konvertiervorgängen.
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Das Ausgleichen des Innendrucks,
der sich aufgebaut hat, kann gemäß dem vorstehend
von T. Svangvist beschriebenen Verfahren lediglich bis zu einem
gewissen Maße
ausgeführt
werden. Wenn die Dichte und die Festigkeit des Bahnmaterials viel
stärker
als die aufgeführten
Höhen verringert
wird, erschweren Ungewissheiten bei der Größe der Reibkräfte bei
dem Aufwickelgerät
und andere Faktoren, die sich im Verlauf des Wickelns einer Rolle ändern, die
genaue Spaltlaststeuerung sehr. Alternativ kann ein Steuerverlust
bei dem Wickelprozess zu einer Umkehr bei dem Spannungsgradienten
führen,
was zu den vorstehend beschriebenen Problemen im Hinblick auf das
Sternen (starring) und Kernrutschen führen kann.
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Ein reines Zentralwickeln ohne einen
Spalt ist für
einige spezielle Materialien bekannt, jedoch bei Tissue-Bahnen der
vorstehend erörterten
Arten würde
eine hohe Bahnspannung erforderlich sein, um einen angemessenen
Druck in der Rolle aufzubringen, und ein Dehnen in der Maschinenrichtung
würde verringert
werden. Bei einem reinen Zentralwickeln muss die Spannung in der
Nähe der
Kerne höher sein,
um ein Ausfahren der Rolle und andere Fehler zu vermeiden. Ein reines
Zentralwickeln leidet außerdem
an Geschwindigkeitsbegrenzungen. Bei höheren Geschwindigkeiten wäre die Bahnspannung
zu hoch und ein Blattflattern würde
zu Rissen und zu einem schlechten Aufrollen führen.
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Für
viele Tissue-Blätter
ist das Vorhandensein des harten Spaltes an dem Wickelpunkt kein Problem,
da das Blatt relativ dicht ist und dem Zusammendrückbetrag
widerstehen kann, den es ohne Nachteil im Hinblick auf die Endproduktqualität erfährt.
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Jedoch wurde für einige unlängst entwickelte Tissue-Blätter und
insbesondere für
weiche ungekreppte durchgetrocknete Tissue-Blätter
mit hohem spezifischen Volumen, wie sie in dem US-Patent Nr. 5 607
551 von Farrington, Jr. et al offenbart sind, herausgefunden, dass
herkömmliche
Wickelverfahren nicht in der Lage sind, eine Stammrolle mit einer
geeigneten Bahnspannung und einem geeigneten Radialdruck gänzlich zuverlässig zu
erzeugen, um ein abgewickeltes Blatt mit einer wesentlichen Gleichförmigkeit
auszustoßen.
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Jüngste
Tissuemaschinen haben einen Geweberiemen oder ein anderes flexibles
Stützelement zum
Stützen
der Tissuebahn und damit die Bahn an der Aufrollspule in Eingriff
gelangt. Der Geweberiemen kann jeglichen „offenen Zug" zwischen dem Trockner
der Maschine und der Aufrollspule beseitigen. Eine beispielartige
Vorrichtung mit einem derartigen flexiblen Element ist Gegenstand
der gleichzeitig anhängigen
US Patentanmeldung Serien-Nr. 08/888 062. Daher besteht ein Bedarf
an einem Verfahren zum Wickeln von weichen Tissue-Blättern mit hohem
spezifischen Volumen, bei denen die Variabilität des spezifischen Volumens
des Blatts, der Dicke, der Dehnung in Maschinenrichtung und/oder
des Basisgewichts minimal gestaltet ist, während die Stammrolleneigenschaften
noch beibehalten werden, die im Hinblick auf die Herstell- und Konvertiervorgänge günstig sind.
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Gemäß der Druckschrift EP-A-O 369
977 sind eine Aufrolltrommel und ein Verfahren zum Wickeln einer
Bahn gemäß den Oberbegriffen
von Anspruch 1 beziehungsweise 10 offenbart. Der Aufbau der Aufrolltrommel
ist derart, dass in der Achse der Trommel eine Vielzahl an Bohrungen
gestaltet sind, in denen eine Reihe an Belastungskolben zum Belasten
von Gleitschuhen untergebracht sind, wobei diese Schuhe eine Gleitphase
mit der Innenphase des zylindrischen Außenmantels ausbilden. Mittels
diesen Belastungszylindern und den Gleitschuhen ist es möglich, einstellbare
Kräfte
auf den Außenmantel aufzubringen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Aufrolltrommel, ein verbessertes Gerät und ein
verbessertes Verfahren zum Wickeln einer Bahn zu schaffen, bei denen
insbesondere die vorstehend erwähnten
Anforderungen erfüllt sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
wird mittels der Kombination der Merkmale gelöst, die jeweils in den Ansprüchen 1,6
beziehungsweise 10 definiert sind. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die vorliegende Erfindung hat insbesondere eine
drehbare Aufrolltrommel mit einem flexiblen Außenmantel für einen Eingriff der Tissuepapierbahn
an einer Aufrollspule. Der flexible Außenmantel bildet somit einen „weichen
Spalt" mit der Aufrollspule. Ein Durchbiegungssensor ist benachbart
zu der Innenfläche
des Außenmantels
montiert, um den Durchbiegungsbetrag des flexiblen Außenmantels
zu messen, der durch die Papierrolle bewirkt wird. Der Durchbiegungsbetrag
bezieht sich auf den Druck an dem Spaltpunkt und, indem die Aufrollspule
und die flexible Aufrolltrommel voneinander wegbewegt werden, wenn
der Durchmesser der Papierrolle zunimmt, kann der Druck bei einer
erwünschten
Höhe gesteuert
werden. Demgemäß sind die
Tissuewickelparameter außerordentlich
verbessert und die Unterschiede bei den Eigenschaften einer abgewickelten Papierrolle
können
minimal gestaltet werden. Genauer gesagt hat das Gerät eine drehbare
montierte Aufrollspule und einen Antriebsmotor zum Drehen der Aufrollspule.
Eine Bahn aus einem Papiermaterial wird auf die Aufrollspule gewickelt,
während
eine Rolle mit zunehmenden Durchmesser erzeugt wird.
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Die drehbare Aufrolltrommel hat eine
Achse und einen zylindrischen Außenmantel, der an der Achse
zum Zwecke des Drehens gestützt
ist, womit eine vorbestimmte zylindrische Laufbahn definiert wird.
Der Außenmantel
ist vorteilhafterweise flexibel und benachbart zu der Aufrollspule
positioniert, damit die Bahn an der Aufrollspule während des
Wickelns in Eingriff gelangt. Dieser Eingriff lässt den Außenmantel von der vorbestimmten
Laufbahn um einen Betrag durchbiegen, der relativ zu der auf der
Aufrollspule gewickelten Menge an Papiermaterial und dem Druck ist,
der auf die Aufrollspule durch die Aufrolltrommel aufgebracht wird.
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Ein Durchbiegungssensor ist an der
Achse benachbart zu der Innenfläche
des Außenmantels montiert.
Der Durchbiegungssensor ist so eingerichtet, dass er den Durchbiegungsbetrag
des Außenmantels
von der vorbestimmten zylindrischen Laufbahn misst. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
hat der Durchbiegungssensor eine Laserlichtquelle zum Richten von
Laserlicht zu der inneren Fläche
des Außenmantels
und einen Empfänger
zum Empfangen von Laserlicht, das von dem Außenmantel reflektiert wird.
Ein derartiger Sensor kann den Durchbiegungsbetrag des Außenmantels
genau bestimmen.
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Das Gerät hat außerdem ein Betätigungsglied
zum Positionieren der Aufrollspule und der Aufrolltrommel relativ
zueinander und eine Steuereinrichtung, die mit dem Durchbiegungssensor
und dem Betätigungsglied
verbunden ist. Die Steuereinrichtung und das Betätigungsglied können somit
den Durchbiegungsbetrag des Außenmantels
bei zunehmendem Durchmesser der Rolle steuern. Der Durchbiegungsbetrag
des Außenmantels
kann genau gehalten werden und der an dem Spalt zwischen der Aufrollspule
und der Aufrolltrommel aufgebrachte Druck kann bei einer vorbestimmten
Höhe gehalten werden,
die viel geringer ist, als sie bislang erhältlich war. Somit können Tissuestammrollen
mit verbesserter Gleichmäßigkeit
der Eigenschaften auf der Aufrollspule mit dem vorliegenden Gerät gewickelt
werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definiert
der Außenmantel
zumindest einen Teil einer abgedichteten ringartigen Aushöhlung um
die Achse herum und das Gerät
hat des Weiteren eine Quelle an komprimiertem Fluid in Verbindung
mit der ringartigen Aushöhlung.
Ein steuerbares Ventil ist zwischen der Quelle des komprimierten
Fluids und der ringartigen Aushöhlung
vorgesehen und ist mit der Steuereinrichtung zum Steuern des Druckes
innerhalb der ringartigen Aushöhlung
verbunden.
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Der Durchbiegungsgrad des Außenmantels ist
eine wichtige Variable, die in vorteilhafter Weise gesteuert werden
kann, um die Gleichmäßigkeit
des Blattes gänzlich über die
sich ergebende Stammrolle zu verbessern. Wenn der Außenmantel
bis über
einen vorbestimmten Grenzwert hinaus durchgebogen wird, wird die
Position der Aufrollspule relativ zu dem Außenmantel eingestellt, um den
Abstand zwischen der Aufrollspule und dem Außenmantel entweder zu erhöhen oder
zu verringern.
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Indem dieser Abstand auf einen kleinen
Wert während
der gesamten Zeit, in der sich die Stammrolle aufbaut, gesteuert
wird, wird die Spaltkraft zwischen der Stammrolle und der Oberfläche des
Außenmantels
auf eine Höhe
minimiert, die viel geringer als jene ist, die von einem harten
Spalt einer Presswalze erzielt werden kann. Dies wiederum beseitigt die
Effekte des Spaltstreckens und des Sekundärwickelns, während ermöglicht wird,
dass die Bahnspannung, die durch das Mittenantriebssystem diktiert wird,
ein größerer Faktor
beim Steuern der Zwischenlagenspannung in der Rolle ist. Die Unsicherheiten im
Zusammenhang mit dem Messen von kleinen Spaltkräften und dem Ändern von
Lagerreibung während
des Aufbauens der Rolle sind vollständig beseitigt.
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Außerdem kann jedoch das Gerät bei sowohl einem
Durchbiegungssteuermodus, bei dem die Durchbiegung des Außenmantels
zum Steuern der Position der Aufrollspule relativ zu der Aufrolltrommel verwendet
wird, wie dies vorstehend erörtert
ist, als auch bei einem Laststeuermodus betrieben werden, bei dem
ein Lastsensor zugehörig
zu dem Betätigungsglied
die Last erfasst, die auf die Papierrolle ausgeübt wird. Bei dem Laststeuermodus
verwendet die Steuereinrichtung die erfasste Last zum Steuern der
Position der Aufrollspule relativ zu der Aufrolltrommel.
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Die Aufrolltrommel kann des Weiteren
einen im Wesentlichen steifen Innenmantel haben, der an der Achse
konzentrisch innerhalb des Außenmantels montiert
ist. Demgemäß wird bei
dem Laststeuermodus die ringartige Aushöhlung so entleert, dass die Papierrolle
schnell an dem im Wesentlichen steifen Innenmantel der Aufrolltrommel
in Eingriff gelangen kann, und eine gleichmäßige Last kann auf die Stammrolle
aufgebracht werden.
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An einer Wickeleinrichtung gemäß dieser
Erfindung gewickelte Stammrollen haben eine derartige Innendruckverteilung,
dass der Spitzendruck an dem Kernbereich Werte erreicht, die niedriger
als jene sind, die von einer herkömmlichen Rolle erzielt werden,
jedoch ausreichend sind, um die für das normale Handhaben erforderliche
Stabilität
zu halten. Die Stammrollen von dem Verfahren dieser Erfindung haben
einen Innendruck in der Nähe
des Kerns, der bis zu einer bestimmten Höhe abnimmt und dann einen bedeutsamen
Bereich mit einem im Wesentlichen flachen Druckprofil mit Ausnahme
des zwangsläufigen Abfalls
auf einen niedrigen Druck an der Außenfläche der Rolle zeigt. Somit
ist die Gleichförmigkeit
der Blatteigenschaften über
die gesamte Stammrolle wesentlich verbessert.
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Nachstehend ist die Erfindung durch
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen weiter veranschaulicht.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Wickelgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine detaillierte Querschnittsansicht von einem Ende einer drehbaren
Aufrolltrommel gemäß der Erfindung,
wobei ein Laserdurchbiegungssensor benachbart zu einem flexiblen
Außenmantel
dargestellt ist.
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3 zeigt
eine vergrößerte schematische Ansicht
der drehbaren Aufrolltrommel, wobei die in dem Außenmantel
durch die Stammrolle bewirkte Durchbiegung dargestellt ist.
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Ein Wickelgerät für eine Tissueherstellmaschine 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 1 gezeigt.
Ein getrocknetes Tissueblatt 15 wird bei einer herkömmlichen
Tissueherstellmaschine ausgebildet und wird zu dem Wickelgerät 10 nach vorne
gebracht. Es sollte verständlich
sein, dass die vorliegende Erfindung entweder bei Maschinen zum Herstellen
von gekrepptem Papier oder bei Maschinen zum Herstellen von ungekrepptem
Papier verwendet werden kann. Das Blatt 15 wird durch ein Paar
an Führungsrollen 14 und über eine
Aufrolltrommel 19 zu einer Aufrollspule 26 nach
vorne gebracht, die durch einen Mittenantriebsmotor 27 angetrieben wird,
der auf die Welle der Aufrollspule einwirkt. Das an der Aufrollspule 26 gewickelte
Papier bildet eine Stammrolle 25, die, wenn sie vollständig gewickelt ist,
von dem Gerät
für weitere
Vorgänge
wie beispielsweise ein Konvertieren entfernt wird.
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Die Bezugszeichen 26, 26' und 26" zeigen drei
Positionen der Aufrollspulen während
des Betriebes. Wie dies gezeigt ist, ist eine neue Aufrollspule 26' bereit,
zu der Wickelposition vorwärtsbewegt
zu werden, wenn die Stammrolle 25 aufgebaut wird. Wenn
die Stammrolle 25 ihren vorbestimmten Enddurchmesser erreicht
hat, wird die neue Aufrollspule 26' durch ein Paar an Armen 27 zu
einer Position an der drehbaren Aufrolltrommel 19 abgesenkt.
Die neue Aufrollspule 26' wird zu einer Position abgesenkt,
an der sie im Allgemeinen bei der gleichen horizontalen Höhe wie die
Aufrolltrommel 19 ist, wie dies in 1 gezeigt ist, bevor das Wickeln beginnt. Alternativ
kann die neue Aufrollspule 26' langsam zu der horizontalen
Höhe der
Aufrolltrommel 19 abgesenkt werden, wenn die auf ihr aufgewickelte
Papierrolle im Durchmesser anwächst,
um eine gleichmäßige Belastung
in der Maschinenquerrichtung zu halten, wie dies in dem Europäischen Patent
Nr. 0 483 093 B1 offenbart ist, das am 3. Januar 1996 veröffentlicht
wurde.
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Die Aufrollspule 26 wird
durch ein Paar an Schlitten 37 gestützt, von denen ein Schlitten
in 3 gezeigt ist. Wenn die Stammrolle 25 aufgebaut wird,
bewegt sich die Aufrollspule 26 von der Aufrolltrommel 19 weg.
Die Aufrollspule 26 kann jedoch in jeder Richtung bewegt
werden, wie dies durch den Pfeil mit Doppelenden gezeigt ist.
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Die drehbare Aufrolltrommel 19 ist
detaillierter in den 2 und 3 gezeigt und hat einen flexiblen Außenmantel 23,
der an einer Achse 32 montiert ist. Der flexible Außenmantel 23 ist
vorzugsweise aus einem undurchlässigen
Material hergestellt, wie beispielsweise ein beliebiges Material
aus einer Vielfalt an hartem Gummi oder Kunststoff, und definiert
zumindest einen Teil einer abgedichteten ringartigen Aushöhlung 24.
Die ringartige Aushöhlung 24 ist
außerdem
teilweise durch Endnaben 31 abgegrenzt, die die Enden des
Außenmantels 23 an
der Achse 32 sichern. Ein im Wesentlichen steifer Innenmantel 33 ist
an der Achse 32 montiert und kann auch einen Teil der abgedichteten
ringartigen Aushöhlung 24 ausbilden.
Alternativ ist es möglich,
dass der Innenmantel 33 perforiert sein kann, wobei sich
in diesem Fall die abgedichtete ringartige Aushöhlung 24 von dem Außenmantel 23 zu
Achse 32 erstrecken würde.
Außerdem
kann, obwohl sie so gezeigt ist, dass sie eine Achse mit einem im
Wesentlichen kontinuierlichen Querschnitt hat, die Aufrolltrommel 19 zwei Stumpfachsen
an jedem Ende haben und der im Wesentlichen steife Innenmantel 33 (oder
ein anderes Innenelement) kann die Last zwischen den Endnaben 31 stützen. Die
Aufrolltrommel 19 kann durch einen Antriebsmotor unabhängig von
dem Aufrollspulenmittenantriebsmotor 27 angetrieben werden.
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Die abgedichtete ringartige Aushöhlung 24 ist
vorteilhafterweise mit einem Fluidmedium, wie beispielsweise Luft,
mit Druck beaufschlagbar. Insbesondere ist die Achse 32 vorzugsweise
zumindest teilweise hohl und eine Verbindungsleitung 40 erstreckt
sich durch die Achse zu der ringartigen Aushöhlung 24. Eine Quelle
an Druckluft 41 ist mit der Verbindungsleitung 40 so
verbunden, dass die ringartige Aushöhlung 24 mit Druck
beaufschlagt werden kann, und ein vorbestimmter Elastizitätsbetrag kann
dem Außenmantel 23 mitgeteilt
werden. Ein steuerbares Ventil 42 reguliert den Luftdruck
innerhalb der Aufrolltrommel 19 und kann die gesamte Druckluft
in der Aushöhlung 34 freigeben,
wenn dies erwünscht
ist. Alternativ kann die Aufrolltrommel 19 einen elastischen
Kern in Kombination mit der oder als ein Ersatz für die mit
Druck beaufschlagte ringartige Aushöhlung haben. Beispielsweise
kann die Aufrolltrommel 19 einen Schaumgummikern haben,
der einen verschleißbaren
Außenmantel
hat, der an dem Umfang des Kerns befestigt ist. Als eine weitere
Alternative kann der Außenmantel 23 aus
einem ausreichend steifen oder verstärkten Material so ausgebildet
sein, dass kein elastisches Element oder keine mit Druck beaufschlagte
Aushöhlung
hinter dem Außenmantel 23 erforderlich
ist.
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Im Betrieb bewirkt die Stammrolle 25 eine Durchbiegung
in dem Außenmantel 23,
wenn der Durchmesser der Stammrolle zunimmt. Der Außenmantel 23 wird
von einer vorbestimmten zylindrischen Laufbahn durchgebogen, die
durch das Bezugszeichen 36 in 3 gezeigt
ist. Der Betrag der Durchbiegung D wird durch eine kontaktfreie
Abtastvorrichtung 35 gemessen, die auf die Innenseite des Außenmantels 23 gerichtet
ist. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, den Druck zu minimieren
und zu steuern, der durch die Stammrolle 25 an dem Blatt
ausgeübt
wird, das durch die Aufrolltrommel 19 gestützt wird,
und auch die durch den Kontakt erzeugte Spaltlänge minimal zu gestalten. Die
Abtastvorrichtung 35, wie beispielsweise ein nachstehend erörterter
Laserdurchbiegungssensor erfasst die Änderungen der Durchbiegung
des Übertragungsriemens
in einer geringen Größe wie 0,127
mm (0,005 Zoll). Ein vorbestimmter Grundlinienwert, von dem der
Absolutbetrag der Durchbiegung D sichergestellt werden kann, ist
die nicht durchgebogene Laufbahn 36 des Außenmantels 23.
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Eine besonders geeignete Laserabtastvorrichtung 35 ist
ein Laserversatzsensormodell LAS-8010, das von der Nippon Automation
Company, Ltd., hergestellt wird und von Adsens Tech Inc. vertrieben
wird. Der Sensor Nippon Automation LAS 8010 hat einen Fokussierbereich
von 140 bis 60 mm und ist mit einer programmierbaren Logiksteuereinrichtung 43 verbunden.
Die vordere Platte des Sensors kann 120 mm von der Innenfläche des
Außenmantels 23 montiert
werden. Ein derartiger Sensor ist so gestaltet, dass er eine Abgabe
von 4 bis 20 mA in Bezug auf den minimalen bis maximalen Abstand zwischen
dem Sensor und dem Übertragungsriemen erteilt.
Die Wickeleinrichtung wird zunächst
ohne eine gegen den Außenmantel 23 belastete
Rolle 25 betrieben, um den Nullpunkt bei der programmierbaren
Logiksteuereinrichtung 43 auf der Grundlage der nicht abgelenkten
Bahn des Laufs 36 des Übertragungsriemens
einzustellen.
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Obwohl ein bevorzugter Lasersensor
vorstehend erörtert
worden ist, sind verschiedene andere geeignete kontaktfreie und
mit Kontakt arbeitende Abtastvorrichtungen im Stand der Technik
bekannt. Einige Abtastvorrichtungen sind von F. T. Farago und M.
A. Curtis in Handbook of Dimensional Measurements, dritte Ausgabe,
Industrial Press, Inc., New York, 1994 beschrieben. Derartige Verfahren
umfassen Abtastvorrichtungen für
die Entfernung oder die Tiefe auf Laserbasis unter Verwendung von
Techniken, wie beispielsweise Lasertriangulation; Laserweißlicht oder
Mehrfachwellenlängen-Moire-Interferrometrie,
wie dies gezeigt ist von Kevin Harding, "Moire Interferrometrie
for Industrial Inspection", Lasers and Applications, Nov. 1993,
Seiten 73–78,
and Albert J. Boehnlein, "Field Shift Moire Systems", U.S. Patent
No. 5 069 548, 3. Dez., 1991; Ultraschallabtasten, wobei die von
L. C. Lynnwoth, Utrasonic Measurements for Process Control, Academic
Press, Boston, 1989, beschriebenen Verfahren umfasst sind und insbesondere
das Verfahren zum Messen der Verzögerungszeit für ein Ultraschallsignal,
das von einer massiven Oberfläche
reflektiert wird; Mikrowellen- und Radarwellenreflektionverfahren;
kapazitive Verfahren zum Bestimmen einer Entfernung; Wirbelstrom-Wandlerverfahren;
Einzelkamerastereoskopieabbildung für Tiefenabtastung, wie dies
gezeigt ist von T. Lippert, "Radial parallax binocular 3D imaging" in
Display Systems Optics II, Proc. SPIE Vol. 1117, Seiten 52–55 (1989);
Mehrkamerastereoskopieabbilden für
Tiefenabtastung, wie dies gezeigt ist von N. Alvertos, "Integration
of Stereo Camera Geometries" in Optics, Illumination and Image Sensing
for Machine Vision IV., Proc. SPIE, Vol. 1194, Seiten 276 – 286 (1989);
Kontaktsonden wie beispielsweise Rollen, Räder, mit Metallstreifen und
andere Vorrichtungen deren durch Biegungsposition direkt gemessen
wird; und dergleichen.
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Der Lasersensor 35 ist an
dem Innenmantel 33 montiert und dreht sich somit mit dem
Außenmantel 23.
Der Sensor 35 übernimmt
eine Messung des Abstandes zwischen dem Sensor und dem Außenmantel 23 entweder
kontinuierlich oder lediglich zu dem Zeitpunkt, bei dem der Sensor
direkt dem Punkt der größten Durchbiegung
gegenübersteht,
wobei bei dem letztgenannten eine Drehsynchronisiereinrichtung angewandt
werden kann. Eine elektrische Drehkupplung kann verwendet werden,
um die Durchbiegungsdaten von dem Drehsensor 35 zu der fixierten
Steuereinrichtung 43 außerhalb der Aufrolltrommel 19 zu übertragen.
Eine RF-Übertragungseinrichtung
kann ebenfalls zum Übertragen
der Daten von innerhalb der Drehtrommel 19 verwendet werden.
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Alternativ ist es innerhalb des Umfanges
der Erfindung, dass der Sensor 35 gegenüber einem Drehen relativ zu
der Stammrolle 25 mittels einer Hohlwelle oder einer anderen
Vorrichtung fixiert ist, die innerhalb des Außenmantels 23 ortsfest
ist. Beispielsweise kann der Innenmantel 33 an einer fixierten
Innenwelle gestützt
sein, die sich durch eine hohle Achse für den Außenmantel 23 erstreckt.
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Wenn die Durchbiegung D des Außenmantels 23 einmal
gemessen worden ist, hält
eine Nur-Proportional-Steuerschleife zugehörig zu der programmierbaren
Logiksteuereinrichtung vorzugsweise diese Durchbiegung bei einer
konstanten Höhe.
Insbesondere ist der Ausgabewert dieser Steuerung der Einstellpunkt
für ein
Hydraulikservopositioniersteuersystem 44 für die Schlitten 37,
die die Aufrollspule 26 halten und die Stammrolle aufbauen.
Andere mechanische und elektrische Betätigungsglieder zum Positionieren
der Aufrollspule 26 im Ansprechen auf das Sensoreingabesignal,
die zum Lösen dieser
Aufgabe geeignet sein können,
können
durch Fachleute zum Aufbauen von Hochgeschwindigkeitswickeleinrichtungen
gestaltet und konstruiert werden. Wenn die Durchbiegung D des Außenmantels
den Einstellpunkt überschreitet,
wird der Schlittenpositionseinstellpunkt erhöht, wobei die Schlitten 37 von dem
Außenmantel 23 wegbewegt
werden', um die Durchbiegung zu dem Einstellpunkt zurückkehren
zu lassen.
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Die Durchbiegungssteuerung kann zwei
Laserabstandssensoren 35 verwenden, die jeweils benachbart
zu einem jeweiligen Rand des Außenmantels 23 so
sind, dass sie voneinander in der Maschinenquerrichtung beabstandet
sind. Somit kann ein unerwünschtes
Abschrägen
der Rolle 25 minimal gestaltet werden oder ein erzwungenes
Abschrägen kann
sogar in beabsichtigter Weise herbeigeführt werden, um die Wickelparameter
der zu wickelnden speziellen Rolle zu verbessern.
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Ein spezifisches Hydraulikservopositioniersystem
besteht aus Moog-Servoventilen, die durch ein Allen-Bradley-QB-Modul
mit Temposonic-Wandlern gesteuert werden, die an den Stäben der Hydraulikzylinder
montiert sind, um die Position zu bestimmen. Das Abgabesignal von
der Durchbiegungssteuerschleife ist ein Eingabesignal zu zwei einzelnen
Servopositioniersystemen an jeder Seite der Rolle. Jedes System
kann dann steuern, wobei die beiden Seiten der Rolle parallel gehalten
werden, wenn dies erwünscht
ist. Ein Schutzsystem, das den Betrieb anhält, wenn die Parallelität einen
bestimmten Grenzwert überschreitet,
kann erwünscht
sein, wobei es jedoch nicht erforderlich ist, dass es ein aktives
System hat, um die beiden Seiten parallel zu halten.
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Es wäre zu erwägen, dass der zulässige Betrag
der Durchbiegung D für
ein beliebiges vorgegebenes Tissueblatt teilweise durch die Gestaltung
des Außenmantels 23 und
den Druck bestimmt wird, der der ringartigen Aushöhlung 24 während des
Betriebs mitgeteilt wird. Wenn der Druck abnimmt, steigt der zulässige Betrag
der Durchbiegung an, da die Kompression des Blattes verringert ist.
Außerdem
kann es sein, dass es nicht immer optimal ist, den Betrag der Durchbiegung
D des Außenmantels
bei einer im Wesentlichen konstanten Höhe zu halten, und es liegt
innerhalb des Umfanges der Erfindung, dass der Betrag der Durchbiegung
variabel mit dem Zunehmen des Durchmessers der Rolle 25 steuerbar
sein kann.
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Die abgetastete Durchbiegung D des
Außenmantels 23 in
Kombination mit der abgetasteten Position der Aufrollspulenschlitten 37 kann
ebenfalls verwendet werden, um den Durchmesser der sich aufbauenden
Stammrolle 25 zu berechnen. Der für den Durchmesser der Rolle
berechnete Wert kann beim Variieren von anderen Betriebsparametern
des Aufwickelprozesses nützlich
sein, die die Drehgeschwindigkeit umfassen, bei der die Rufrolltrommel durch
den Antriebsmotor 27 gedreht wird, wenn der Durchmesser
der Stammrolle zunimmt. Dies ist nützlich, so dass ein erwünschter
positiver Zug (der prozentuale Unterschied, durch den die Geschwindigkeit der
Oberfläche
der Stammrolle die Geschwindigkeit der Oberfläche der Aufrolltrommel überschreitet,
wobei diese beiden unabhängig
angetrieben werden) gehalten werden kann. Der positive Zug teilt
eine erwünscht
Bahnspannung mit, wenn die Bahn auf der Rolle gewickelt wird, und
die Antriebsmotoren werden so eingestellt, dass der Zug im Allgemeinen
geringer als ungefähr
10% beträgt.
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Das erfindungsgemäße Gerät kann in vorteilhafter Weise
in zwei Modi betrieben werden: ein Durchbiegungssteuermodus und
ein Laststeuermodus. Beim Durchbiegungssteuermodus wird die Durchbiegung
D des Außenmantels 23 als
ein Eingabewert zu der Steuereinrichtung 43 verwendet,
um die Position der Betätigungsglieder
und der Aufrollspule 26 in Bezug auf die Aufrolltrommel 19 zu
steuern. Bei dem Laststeuermodus tasten die Lastsensoren an den
Stäben
der Hydraulikzylinder der Betätigungsglieder
die Last ab, die auf die Stammrolle 25 durch die Aufrolltrommel 19 ausgeübt wird,
und die Steuereinrichtung verwendet die Lastdaten als einen Eingabewert
zum Bestimmen der richtigen Position der Betätigungsglieder. Die Fähigkeit
des Wickelgerätes
zum Schalten zwischen dem Durchbiegungssteuermodus und dem Laststeuermodus
ist außerordentlich
nützlich,
da sie eine Flexibilität
bei dem Betrieb der Papierherstellmaschine ermöglicht. Beispielsweise kann
die Papierherstellmaschine zum Gestalten von Tissue mit sowohl einem
hohen spezifischen Volumen als auch einem niedrigen spezifischen
Volumen verwendet werden. Bei einem Tissue mit geringem spezifischem
Volumen kann vorzugsweise in dem Laststeuermodus gearbeitet werden, so
dass eine angemessene Spaltlast aufgebracht werden kann, um ein
richtiges Wickeln sicherzustellen.
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Viele Abwandlungen und andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind für
Fachleute aufgrund der in der vorstehend dargelegten Beschreibung
und den beigefügten
Zeichnungen dargelegten Lehre offensichtlich. Beispielsweise sind
das Gerät und
das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf eine Verwendung mit lediglich Tissue beschränkt, sondern
sie können
auch außerordentlich
vorteilhaft beim Wickeln von sämtlichen
Arten an Bahnmaterialien sein, die andere Formen von Papier wie
bsw.
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Pappe umfassen. Daher sollte verständlich sein,
dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist und dass Abwandlungen und andere Ausführungsbeispiele im Umfang der
beigefügten
Ansprüche
umfasst sein sollen. Außerdem
sind, obwohl spezifische Ausdrücke
hierbei angewendet wurden, diese in einem gattungsgemäßen und
beschreibenden Sinne lediglich verwendet und nicht zum Zwecke der
Beschränkung
verwendet worden.