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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Bahnmaterial. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Herstellen kernloser Rollen aus Bahnmaterial, wie z. B. eine Kunststofffolienumhüllung, und
einer kernlosen Rolle aus Bahnmaterial.
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Hintergrund
der Erfindung
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Kunststofffolienumhüllungen
werden üblicherweise
in einer Anzahl von kommerziellen Anwendungen verwendet, insbesondere
bei der Verpackung von zum Versand vorgesehenen Waren. Beispielsweise
kann ein Kunststofffolienumhüllung
zum Zusammenbinden einzelner Einheiten oder zum Sichern einer Anzahl
von Einheiten auf Paletten o. dgl. verwendet werden. Typischerweise
werden Waren auf einer Palette gestapelt und mit Gurten, einer kontinuierlichen
Umwicklung mit einer Bahn aus Kunststofffolie oder einer Kombination
aus Gurten und Kunststofffolie darauf gesichert.
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Es
ist bekannt, dass die Verwendung von Kunststofffolie zum Sichern
von Waren dadurch verbessert werden kann, dass die Folie bis fast
an ihre Dehngrenze gedehnt wird und sich dann leicht entspannen
kann. Durch das Dehnen wird die Dicke der Folie verringert, und
es entsteht eine größere Folienlänge für das Umwickeln.
Die daraus resultierende Folie hat eine größere Reißfestigkeit und ein "Gedächtnis" oder die Tendenz,
sich zu ihrer ungedehnten Länge
zusammenzuziehen, wenn die Dehnspannung weggenommen ist. Beispielsweise
schrumpft eine gedehnte Folie mit einem 10 %-Gedächtnis um 10 % ihrer gedehnten
Länge,
wenn sie sich beim Umwickeln einer auf einer Palette befindlichen
Last entspannt. Dieses Schrumpfen unterstützt das sichere Halten unter
Druck der palettierten Waren auf der Palette, wodurch das Verrutschen
von auf der Palette befindlichen Waren während des Transports reduziert
wird.
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Eine
gedehnte Folie kann entweder manuell oder automatisch um eine auf
einer Palette befindliche Last gewickelt werden. Manuelle Vorrichtungen zum
Dehnen einer Kunststofffolie während
des Umwickelns einer auf einer Palette befindlichen Last, wie z.
B. im US-Patent Nr. 4,166,589 beschrieben, weisen handbetätigte Bremsmechanismen
auf, mit denen die Folie gedehnt wird, während diese von einer Rolle
um eine auf einer Palette befindliche Last gewickelt wird. Solche
Vorrichtungen haben mehrere Nachteile, einschließlich des Erfordernisses einer ausreichenden
physischen Kraft seitens der das Umwickeln ausführenden Person zum Dehnen der
Folie und der Wahrscheinlichkeit des Aufbringens einer ungleichmäßigen Dehnspannung
während
des Umwickelns auf die Folie. Es ist ferner bekannt, eine Kunststofffolien-Dehnvorrichtung
als Komponente einer automatischen Wickelmaschine vorzusehen, wie im
US-Patent Nr. 5,040,356 beschrieben. Durch eine solche Anordnung
werden jedoch die Kosten erhöht sowie
die Komplexität
und die Größe der automatischen
Wickelvorrichtung vergrößert.
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Durch
das Bereitstellen von Rollen aus vorgedehnter Folie werden viele
Nachteile der oben beschriebenen Vorrichtungen eliminiert. Typischerweise
umfasst das Vordehnen das Leiten einer Bahn aus Kunststofffolie
durch eine Serie von versetzt angeordneten Rollen mit unterschiedlichen
Durchmessern und/oder unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten, so
dass die Bahn um ein vorbestimmtes Maß in der Länge gespannt und folglich gedehnt
wird. Herkömmlicherweise
wird nach dem Durchlaufen der Rollen die auf die Folie wirkende
Spannung verringert, damit sich die Folie leicht entspannen kann,
und wird die gedehnte Folie zur späteren Verwendung auf einen
Kern aufgewickelt. Die Folie kann nach der anfänglichen Herstellung vorgedehnt
werden, wie im US-Patent Nr. 5,531,393 beschrieben, oder als Teil des
Folien-Herstell prozesses, bei dem geschmolzener Kunststoff zu einer
Folie ausgebildet, gekühlt,
wie oben beschrieben gedehnt und zum späteren Abgeben auf einen Kern
gewickelt wird.
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Generell
ist der Kern ein hohles Rohr aus Kunststoff oder Faserplatte, das
das Aufrechterhalten der Rollenform unterstützt. Ein hohler Kern ermöglicht es,
die Rolle zum Abwickeln der Folie von der Rolle auf eine Spindel
aufzusetzen. Es gibt eine Anzahl von Nachteilen in Zusammenhang
mit der Verwendung von Kernen in Rollen aus Kunststoffumhüllungen.
Faserplattenkerne, insbesondere diejenigen, die für große kommerziell
verwendete Rollen aus Kunststofffolie vorgesehen sind, müssen der Handhabung
und Kräften
standhalten, die beim Zusammendrücken
der unter Spannung auf die Rollen aufgewickelten Folie auftreten.
Folglich sind die Kerne generell aus schwerer dicker Faserplatte
mit einem hohen Klebergehalt zum Verleihen einer zusätzlichen
Steifigkeit gebildet. Je nach der Größe der Rolle können die
Kerne ein Gewicht im Bereich von ungefähr 0,5 bis 2 kg (1 bis 4 lbs.),
einen Außendurchmesser
von bis zu 10 cm (4 Inch) und eine Dicke von bis zu 2,5 cm (1 Inch)
aufweisen. Solche Rollen machen einen beträchtlichen Teil der gesamten
radialen Abmessung und des Gewichts jeder Folienrolle aus. Somit
werden durch die Rollen aufgrund der geringeren Anzahl von Rollen,
die in einem Container verpackt und versandt werden können, und
der Erhöhung
des Gewichts der Sendung die Versandkosten für die Folienrollen erhöht. Ferner
sind die für
herkömmliche
Kunststofffolienrollen verwendeten Kerne relativ teuer und können bis
zu einem Fünftel
des Endpreises einer Folienrolle ausmachen. Ferner macht der hohe
Klebergehalt in den Faserplattenkernen diese für das Recyceln ungeeignet,
so dass sie auf einer Deponie oder in einer anderen umweltverträglichen
Weise entsorgt werden müssen.
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Ferner
neigt eine vorgedehnte Folie aufgrund des Gedächtnisses der Folie dazu, zu schrumpfen
und sich um einen starren Kern um den gleichen Prozentsatz zusammenzuziehen,
um den sie sich um eine auf einer Palette befindlichen Last zusammenziehen
würde.
Mit der Zeit neigen mehrere Lagen aus die Rolle bildender Folie
dazu, miteinander zu verschmelzen, so dass es schwierig ist, die Folie
zur späteren
Verwendung abzuwickeln. Ein Verfahren zum Eliminieren der Verschmelz-Tendenz der
vorgedehnten Folienrolle ist in dem oben erwähnten US-Patent Nr. 5,531,393
beschrieben, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Rolle aus
vorgedehnter Kunststofffolie den Schritt des Prägens der Folie mit einer strukturierten
Rolle während
des Dehnens umfasst. Beim Aufwickeln der geprägten Folie auf einen Kern wird
durch die Prägungen
Luft zwischen den Folienlagen eingeschlossen, wodurch die Lagen voneinander
getrennt werden und das Verschmelzen verhindert wird. Diese Lösung macht
jedoch immer noch das Aufwickeln der Folie auf einen Kern erforderlich.
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Eine
Vorrichtung zum Herstellen einer kernlosen Rolle auf einem abnehmbaren
Dorn ist in dem japanischen Patent Nr. 03-147661 beschrieben.
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Eine
kernlose Rolle aus Toilettenpapier ist im US-Patent Nr. 4,487,378
von Kobayashi beschrieben. Das Papier ist derart auf einen polygonalen Schaft
aufgewickelt, dass bei Entfernen des Schafts die Rolle nach innen
kollabiert, um ein starres polygonales zentrales Loch zu bilden.
Der polygonale Schaft ermöglicht
es, dass die Rolle mit im wesentlichen gleichmäßiger Spannung aufgewickelt
werden kann. Dadurch werden die beim Stand der Technik auftretenden
Probleme gelöst,
bei dem kernlose Papierrollen anfangs lose auf einen Schaft aufgewickelt werden,
damit der Schaft entfernt werden kann. Das anfängliche lose Aufwickeln hatte
jedoch die Tendenz zu bewirken, dass das zentrale Loch vollständig verdeckt
wurde, wenn die Rolle nach innen kollabierte. Dieser Stand der Technik
bietet kein Verfahren zum Herstellen einer kernlosen Rolle aus Kunststoffmaterial
mit dem zusätzlichen
Merkmal des Verschmelzens unter Spannung.
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Zusammenfassender Überblick über die
Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige
kernlose Rolle aus Bahnmaterial und ein neuartiges Verfahren und
eine neuartige Vorrichtung zum Herstellen einer kernlosen Rolle
aus Bahnmaterial zu schaffen, mit denen mindestens ein Nachteil
des Stands der Technik eliminiert oder verringert wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Herstellen einer kernlosen Rolle aus als Endlosbahn zugeführtem Material
vorgesehen, mit:
einem Dorn mit einer ersten Konfiguration,
in der eine Länge
der Bahn auf einer Fläche
des Dorns mit einem ersten Umfang zu einer Rolle aufgewickelt werden
kann, und einer zweiten Konfiguration, in der die Fläche einen
zweiten Umfang aufweist, der kleiner ist als der erste Umfang, damit
der Dorn aus der Rolle entnommen werden kann;
einer Spanneinrichtung
zum Spannen der zugeführten
Länge;
einer
Wickeleinrichtung zum Drehen des Dorns zum Aufwickeln der Länge der
Materialbahn auf die Fläche
des Dorns; und
einer Steuereinrichtung zum Aktivieren der Spanneinrichtung
zum Spannen der auf die Fläche
des Dorns aufzuwickelnden Materialbahn, nachdem eine vorgewählte Menge
an Materialbahn auf diesen aufgewickelt worden ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Herstellen einer kernlosen Rolle aus einem als Endlosbahn zugeführten Material
vorgesehen, und zwar mit folgenden Schritten:
- (i)
im wesentlichen spannungsfreies Aufwickeln eines ersten Teils der
Länge der
Bahn auf den Umfang eines Dorns;
- (ii) Aufwickeln unter einer größeren Spannung als in Schritt
(i) eines zweiten Teils der Länge
der Materialbahn auf den Dorn zum Ausbilden einer Rolle auf dem
Dorn;
- (iii) Verringern des Umfangs des Dorns und Entfernen des Dorns
aus der Rolle.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine kernlose Rolle
aus einer Endlosmaterialbahn vorgesehen, die aufweist:
einen
ersten Teil der Endlosmaterialbahn, der aufgewickelt ist, um eine
Innenlage der Rolle zu bilden, wobei der erste Teil im wesentlichen
spannungsfrei aufgewickelt ist;
einen zweiten Teil der Endlosmaterialbahn,
der aufgewickelt ist, um eine die Innenlage umgebende Außenlage
der Rolle zu bilden, wobei die Außenlage unter einer größeren Spannung
aufgewickelt ist als die Innenlage.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Materialrolle bereit, für die kein
Kern zum Versenden und/oder Verwenden des Rollenmaterial benötigt wird.
Wenn das Material elastisch und/oder ein Kunststoffmaterial ist,
wird das Material zuerst im wesentlichen spannungsfrei aufgewickelt,
um eine Innenlage der Rolle zu bilden, und dann wird ein äußerer, generell
längerer
Teil unter einer größeren Spannung
aufgewickelt, um die Rolle fertig zu stellen. Vorzugsweise wird
die Rolle auf einen Dorn aufgewickelt, dessen Durchmesser verringert
werden kann, damit der Dorn leicht von der fertigen Rolle entfernt werden
kann. Ferner kann bei einigen Materialien, wie z. B. elastischen
oder Kunststoffmaterialien, die Rolle nach dem Aufwickeln und vor
dem Entfernen des Dorns härten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen
von kernlosen Rollen aus Bahnmaterial;
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2 einen
Längsschnitt
eines aufweitbaren Dorns, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
in aufgeweitetem Zustand;
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3 einen
Radialschnitt des in 2 gezeigten Dorns in kollabiertem
Zustand; und
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4 einen
Radialschnitt des in 2 gezeigten Dorns in aufgeweitetem
Zustand;
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5 ein
Blockschema einer Vorrichtung zum Herstellen von kernlosen Rollen
aus Bahnmaterial bei der Produktion der Folie aus einem geschmolzenem
Material; und
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6 eine
Seitenansicht einer Abgabespindel gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 zeigt
eine Vorrichtung, die generell mit 10 bezeichnet ist, zum
Herstellen einer kernlosen Rolle aus Bahnmaterial gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 weist im
wesentlichen eine Zuführeinrichtung 12,
eine Spanneinrichtung 16 und eine Aufwickelein richtung 18 auf.
Bei der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Bahnmaterial eine Kunststofffolienumhüllung, es
fallen jedoch auch andere Materialien, die normalerweise als Endlosbahn
auf einen Kern aufgewickelt werden, wie z. B. Aluminiumfolie u. dgl.,
in den Umfang und den Rahmen der beschriebenen Erfindung.
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Die
Zuführeinrichtung 12 weist
eine Master-Rolle 20 aus Kunststofffolie, die zuvor auf
einen Kern 21 aus Faserplatte, Kunststoff und einem anderen
geeigneten Material aufgewickelt worden ist, und eine Zuführspindel 24 zum
Tragen der Master-Rolle 20 über deren hohlen Kern auf,
um die sich die Master-Rolle 20 frei drehen kann. Die Folie
hat die Form einer Bahn 22, die von der Master-Rolle 20 abgewickelt
werden kann. Wie nachfolgend genauer beschrieben, kann die Zuführeinrichtung 12 auch
ein vorderes Ende einer Produktionslinie zum Herstellen einer Kunststofffolie
aus einem geschmolzenen Material sein.
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Die
Zusammensetzung der Kunststofffolie kann aus Polyethylen, Polyvinylchlorid,
Ethylenvinylacetat, Ethylenmethylacetat, Ethylen-Copolymer mit höheren Alpha-Olefinen,
das allgemein als lineares Polyethylen mit geringer Dichte oder
LLDPE bezeichnet wird, oder einer anderen zum Umwickeln oder für eine andere ähnliche
Anwendung geeigneten Kunststofffolie ausgewählt werden. Die Kunststofffolie kann
zum Erreichen einer zusätzliche
Festigkeit vorgedehnt sein, oder sie kann ungedehnt sein. Es hat sich
jedoch herausgestellt, dass bestimmte Folien, die nicht vorgedehnt
worden sind, von dem Alterungsprozess profitieren können, bevor
sie zu einer kernlosen Kunststofffolienrolle ausgebildet werden, wie
Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannt ist. Wie hier verwendet bezieht
sich "Altern" der Kunststofffolie
auf einen Prozess des Lagerns von Master-Rollen aus Kunststofffolie,
damit sich bestimmte Herstellungsrückstände aus der Folie abbauen können. Die Master-Rollen
altern typischerweise drei Wochen lang, falls dies vorgesehen ist.
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Die
Bahn 22 wird mittels der Spannvorrichtung 16 von
der Master-Rolle 20 abgewickelt. Die Spannvorrichtung 16 weist
im wesentlichen eine Antriebsrolle 28, eine Anlegerolle 32 und
Führungsrollen 34, 36, 38, 40 und 42 auf.
Die Führungsrollen 34, 36, 38, 40 und 42 dienen
zum Führen
und Positionieren der Bahn 22, wenn diese die Spanneinrichtung 16 durchläuft. Die
Anzahl, relative Größe und Position
der Führungsrollen 34, 36, 38, 40 und 42 hängen von
der gewünschten
Konfiguration der Vorrichtung 10, der Zusammensetzung und
dem Gauge-Wert der Bahn 22 und der Geschwindigkeit, bei
der die Vorrichtung 10 betrieben werden soll, ab, wie Fachleuten auf
dem Sachgebiet bekannt ist. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung Führungsrollen
verwendet werden, können
diese, falls gewünscht,
ganz weggelassen werden. Sämtliche
Rollen der Vorrichtung 10 können mit einer Gummi- oder gummiartigen
Beschichtung versehen sein, um deren Bahn-Greiffähigkeit zu erhöhen.
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Die
Antriebsrolle 28 ist an einer Welle 44 befestigt,
welche wiederum mechanisch mit einem Antriebsmechanismus 48 verbunden
ist, der die Welle 44 in der von Pfeil "B" angezeigten
Richtung dreht. Der Antriebsmechanismus 48 kann ein beliebiges herkömmliches
Antriebssystem sein, wie z. B. ein Hydrauliksystem oder ein Elektromotor,
das direkt an der Welle 44 angebracht ist, oder ein indirekter
Antrieb sein, d. h. ein System aus Riemen, Ketten oder anderen geeigneten
Mechanismen. Die Betätigung und
Drehzahlregelung des Antriebs 48 erfolgt durch eine Steuereinheit 49,
typischerweise eine elektronische oder programmierbare Steuerung.
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Ähnlich ist
die Anlegerolle 32 auf einer Welle 35 platziert.
Ein Antriebsmechanismus 51 treibt die Welle 35 und
somit die Anlegerolle 32 um eine Drehachse in der von Pfeil "C" angezeigten Richtung an. Obwohl der
Antriebsmechanismus 51 ein separater Antrieb, wie z. B.
ein Elektromotor, unter der Steuerung einer Steuereinheit 49 sein
kann, ziehen es die Erfinder in Betracht, dass ein Hydraulikantrieb
sowohl die Antriebsrolle 28 als auch die Anlegerolle 32 antreiben
kann, oder dass ein geeignetes Getriebesystem, wie für Fachleute
auf dem Sachgebiet offensichtlich, zur Kraftübertragung auf beide Wellen 35 und 44 verwendet
werden kann. (Nicht gezeigte) Sensoren können in der Steuereinheit 49 zum
Detektieren der Drehgeschwindigkeiten der Antriebsrolle 28 und
der Anlegerolle 32 vorgesehen sein.
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Die
Aufwickeleinrichtung 18, auf die eine kernlose Folienrolle 50 aufgewickelt
ist, weist eine an einer Halterung 70 angebrachte Welle 60 und
einen auf der Welle 60 platzierten aufweitbaren Dorn 100 auf.
Die Welle 60 weist obere 62 und untere 64 Kragen
auf, die den Dorn 100 derart aufnehmen, dass sich der Dorn 100 mit
der Welle 60 dreht. Die Kragen 62 und 64 können in
geeigneter Weise geöffnet
oder entlang der Welle 60 voneinander wegbewegt werden,
damit ein leerer Dorn 100 auf die Welle 60 aufgesetzt
und ein aufgewickelter Dorn 100 von der Welle 60 abgenommen
werden kann. Es wird ferner in Erwägung gezogen, dass der Dorn 100 stattdessen alternativ
eine Einrichtung, wie z. B. eine (nicht gezeigte) Aufnahmeeinrichtung,
an jedem Ende aufweisen kann, um direkt an den Enden der Welle 60 anzugreifen.
In einem solchen Fall werden die Enden der Welle 60 zum
Aufsetzen oder Abnehmen des Dorns 100 voneinander wegbewegt.
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Die
Welle 60 und somit ein darauf aufgesetzter Dorn 100 können sich
an der Stelle, an der die Welle 60 an der Halterung 70 angebracht
ist, frei drehen. Die Halterung 70 weist eine Welle 72 auf,
die ein Schwenken der Welle 60 und der Halterung 70 ermöglicht,
wie durch Pfeil "E" angezeigt, und zwar
derart, dass der Dorn 100 in Reibkontakt mit der Anlegerolle 32 gehalten
werden kann. Eine (nicht gezeigte) Hydraulik- oder Federeinrichtung
kann zum Aufbringen des gewünschten
Drucks zum Halten des Dorns 100 an der Anlegerolle 32 verwendet
werden.
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2, 3 und 4 zeigen
eine genauere Darstellung des Dorns 100. Der Dorn 100 weist ein
Rohr 110 mit einer innenliegenden Blase 120 auf. Das
Rohr 110 ist aus starrem Material gefertigt, wie z. B.
aus Stahl oder Kunststoff, und ist mindestens so lang wie die Bahn 22 breit
ist. Mehrere Schlitze 124 mit ge schlossenen Enden sind
axial in das Rohr 110 gebohrt. Die Schlitze 124 sind
in gleichmäßigem Abstand
am Umfang angeordnet und verlaufen nahezu über die Länge des Rohrs 110.
Das Rohr 110 hat eine radiale Abmessung, die hier als die
ursprüngliche
radiale Abmessung des Dorns 100 definiert ist. Bei der dargestellten
Ausführungsform
ist das Rohr 110 des Dorns 100 mit vier in gleichmäßigem Abstand
am Umfang angeordneten Schlitzen 124 gezeigt. Die gewünschte Vergrößerung der
radialen Abmessung des Dorns 100 kann jedoch mit drei oder
mehr beabstandet angeordneten Schlitzen erfolgen.
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Die
Blase 120 ist eine aufblasbare rohrförmige Blase aus elastischem
Kunststoff, Gummi oder gummierten Gewebe. Wenn sich der Dorn 100 in
einem kollabierten oder nicht aufgeblasenen Zustand befindet, passt
sich die Blase 120 der Innenwand des Rohrs 110 an,
wie am besten in 3 zu sehen. Wenn sich der Dorn 100 in
einem aufgeweiteten oder aufgeblasenen Zustand befindet, stehen
Abschnitte 130 der Blase 120 aus den Schlitzen 124 vor
und vergrößern effektiv
die radiale Abmessung des Dorns 100, wie in 4 gezeigt.
Ein mit der Blase 120 verbundenes Ventil 132 ermöglicht je
nach Wunsch ein Aufblasen oder Deflatieren der Blase 120.
Eine Einspeisung von einem Hydrauliksystem oder einem herkömmlichen
Druckluftbehälter
kann zu diesem Zweck erfolgen. Der Dorn 100 fungiert bei
der erfindungsgemäßen Herstellung
einer kernlosen Rolle als provisorischer Kern für die Rolle 50 (gestrichelt
dargestellt). Wie für
Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die Verwendung des Dorns 100 beschränkt, und
es kann ein beliebiger anderer Dorn, der zur Verwendung als provisorischer
Kern geeignet ist, verwendet werden. Beispielsweise wird in Erwägung gezogen, dass
ein Dorn mit mechanisch betätigbaren
Aufweitflächen
ebenfalls verwendet werden kann.
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Das
Verfahren zum Herstellen einer kernlosen Folienrolle mittels der
Vorrichtung 10 wird nun anhand von 1, 3 und 4 beschrieben. Die
Master-Rolle 20 wird derart auf der Spindel 24 platziert,
dass die Bahn 22 in der von Pfeil "A" angezeigten
Richtung abgewickelt wird. Der Dorn 100 wird aufgeblasen und
zwischen den Kragen 62 und 64 der Welle 60 platziert,
und die Aufwickeleinrichtung 18 wird gegen die Anlegerolle 32 gedrückt. Ein
vorderes Ende der Bahn 22 wird entweder manuell oder automatisch
so durch die Vorrichtung 10, um die Führungsrollen 34, 36, 38, 40 und 42,
die Antriebsrolle 28 und die Anlegerolle 32 geführt, wie
in 1 dargestellt, bis eine ausreichende Länge der
Bahn 22 zum Aufwickeln auf den aufgeblasenen Dorn 100,
und zwar ungefähr
eine Wicklung, zur Verfügung
steht, wodurch die Bahn 22 an dem Dorn 100 befestigt
wird.
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Wenn
die Bahn 22 an dem Dorn 100 befestigt ist, wird
die die Aufwickeleinrichtung 18 gegen die Anlegerolle 32 drückende Hydraulikeinrichtung
angelegt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird beim Drehen
der Anlegerolle 32 in der von Pfeil "C" angezeigten
Richtung durch den Kontakt zwischen der Anlegerolle 32 und
dem Dorn 100 bewirkt, dass sich die Welle 60 in
zu der Anlegerolle 32 entgegengesetzter Richtung dreht,
wie durch Pfeil "D" angezeigt. Die Bahn 22 wird
somit zum Bilden der Rolle 50 auf den Dorn übertragen
oder an diesen "angelegt". Wie für Fachleute
auf dem Sachgebiet offensichtlich, schwenkt die Aufwickeleinrichtung 18 von
der Anlegerolle 32 weg, wenn die Rolle 50 dicker
wird, drückt aber
weiterhin die Rolle 50 gegen die Anlegerolle 32. Wenn
die Rolle 50 eine gewünschte
Dicke erreicht, wird die Druck auf die Aufwickeleinrichtung 18 aufbringende
Hydraulikeinrichtung entfernt, die Bahn 22 abgeschnitten
und der die Rolle 50 enthaltende Dorn 100 von
der Welle 60 abgenommen. Ein neuer Dorn 100 kann
dann auf die Welle 60 aufgesetzt werden, und der Vorgang
wird wiederholt, bis die Master-Rolle 20 leer ist.
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Bei
elastischen Materialien, wie z. B. einer Kunststofffolie, kann die
Fähigkeit
zum Steuern und Variieren der in Längsrichtung wirkenden Spannung in
der Bahn 22, wenn diese an den Dorn 100 angelegt
wird, zum Herstellen einer stabileren Rolle verwendet werden (d.
h. die Fähigkeit
des Bahnmaterials, seitlich von der Rolle zu rutschen, wird reduziert). Generell
hat sich herausgestellt, dass das Variieren der beim Aufwickeln
auf den Dorn 100 auf die Bahn 22 aufgebrachten
Spannung der am Ende erzielten Stabilität der kernlosen Rolle 50 zuträglich sein
kann. Beispielsweise hat sich herausgestellt, dass zum Herstellen
einer stabilen kernlosen Rolle 50 aus ungedehnter Folie,
die nicht dazu neigt, von der Rolle zu rutschen oder zu kollabieren
oder sich nach innen zu verformen, eine Anfangswicklung der Bahn 22 an den
Dorn 100 angelegt werden sollte, um Lagen 150 zu
bilden, die im wesentlichen spannungsfrei sind (d. h. ungefähr Null-Spannung),
wie in 3 und 4 gezeigt. Die Gesamtdicke dieser
im wesentlichen spannungsfreien Innenlagen 150 hängt von
dem gewünschten
Gesamtradius der Rolle 50 ab, liegt jedoch im wesentlichen
im Bereich von ungefähr
2,5 bis ungefähr
5 cm (ungefähr
1 bis ungefähr
2 Inch). Der Rest der Rolle 50, der Außenlagen 160 bildet, wird
dann mit leichter Spannung aufgewickelt. Das Maß an aufgebrachter Spannung
variiert mit dem Bahnmaterial, das aufgewickelt wird, und mit der Querschnittsfläche dieses
Bahnmaterials (d. h. das Produkt der Breite der Bahn und ihrer Dicke).
Generell wird in Betracht gezogen, dass die Spannung ungefähr 9 kg
(20 Pounds) nicht übersteigt
und in vielen Fällen
wesentlich kleiner ist. Beispielsweise hat sich herausgestellt,
dass beim Aufwickeln einer sechzehn Inch breiten Kunststofffolie
mit einer Dicke von ungefähr
0,8 mm (32 Gauge) eine Spannung von ungefähr 0,45 kg (1 Pound) gute Ergebnisse
erbringt. Es wird angenommen, dass Fachleute auf dem Sachgebiet in
der Lage sind, auf einfache Weise empirisch oder in anderer geeigneter
Weise einen angemessenen Spannungspegel für unterschiedliche Materialien und
Querschnittsgrößen zu bestimmen.
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Die
Festlegung, wann von Wickellagen 150 auf Wickellagen 160 übergegangen
werden soll, kann auf vielerlei Arten erfolgen, einschließlich: Messen
der Dicke der ausgebildeten Lagen 150 mittels einer geeigneten
Einrichtung, einschließlich
Infrarot- oder mechanischen Sensoren; Messen der Länge des
auf den Dorn 100 aufgewickelten Bahnmaterials 22 mit
einem Sensor, der zum Messen der Länge des von der Master-Rolle 20 abgewickelten
Bahnmaterials 22 geeignet ist; Messen der ab dem Beginn
des Aufwickelns der Lagen 150 abgelaufenen Zeit; durch eine
die Vorrichtung 10 bedienende Person, die die Wickeloperation
beobachtet, etc. Wenn die Festlegung erfolgt, und zwar unabhängig davon,
ob automatisch oder durch die Bedienungsperson, kann die Spannung,
mit der das Bahnmaterial 22 aufgewickelt werden soll, verändert werden.
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Die
Lagen 150 bilden eine Struktur, die verhindert, dass die
Rolle 50 kollabiert, wenn der Dorn 100 entfernt
worden ist, wie nachstehend beschrieben. Es wird derzeit davon ausgegangen,
dass die Lagen 150 die Fähigkeit zum Einfangen von Luft
zwischen aufeinanderfolgenden Lagen 150 der Rolle 50 weiter
verbessert und diese eingefangene Luft dazu beitragen kann, der
fertigen Rolle 50 eine Steifigkeit zu verleihen.
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Das
Variieren der mittels der Vorrichtung 10 auf die Bahn 22 aufgebrachten
in Längsrichtung
wirkenden Spannung erfolgt durch Variieren der Drehzahlen, mit denen
die Antriebsrolle 28 und die Anlegerolle 32 angetrieben
werden, und wird von der Steuereinheit 49 gesteuert. Generell
wird die Bahn 22 durch eine von der Antriebsrolle 28 auf
die Bahn 22 aufgebrachte Ziehbewegung gespannt. Wenn die Anlegerolle 32 mit
einer niedrigeren Drehgeschwindigkeit angetrieben wird als die Antriebsrolle 28,
wird beim Aufwickeln der Bahn 22 auf den Dorn 100 nur eine
geringe oder gar keine Spannung auf die Bahn 22 aufgebracht,
und wenn die Anlegerolle 32 mit einer höheren Drehgeschwindigkeit angetrieben
wird als die Antriebsrolle 28, wird die Bahn 22 beim
Bewegen von der Antriebsrolle 28 zu der Anlegerolle 32 und
auf den Dorn 100 gespannt.
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Wenn
eine Rolle 50 fertig aufgewickelt ist, werden die Rolle 50 und
der Dorn 100 von den Kragen 62 und 64 entfernt
und kann die Rolle 50 vorzugsweise über einen vorbestimmten Zeitraum
härten.
Während
des Härtens
zieht sich die Rolle 50 zusammen, wenn sich das Bahnmaterial 22 entspannt, und
stabilisiert sich um den Dorn 100. Die Außenlagen 160 entspannen
sich aufgrund ihrer jeweiligen größeren Wickelspannung in größerem Maße als die Innenlagen 150,
woraus sich eine stabile Rolle 50 ergibt. Die Härtezeit
hängt von
der Größe der Rolle 50 und
der Zusammensetzung der Folie ab und kann von Fachleuten auf dem
Sachgebiet auf einfache Weise empirisch bestimmt werden, sie liegt
jedoch im wesentlichen im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 15 Minuten
bei LLDPE-Folie. Wenn die Rolle 50 gehärtet ist, kann der Dorn 100 deflatiert
und von der Rolle 50 entfernt werden, wodurch eine kernlose
Folienrolle gebildet wird.
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Es
ist für
Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, dass die oben beschriebene
Konfiguration der Rollen und der Weg der Bahn 22 zwischen den
Rollen wie gewünscht
modifizierbar sind, um den Erfordernissen und Produktionsanforderungen
eines Benutzers zu entsprechen. Insbesondere sind der Weg der Bahn 22 durch
die Vorrichtung 10 und die Drehrichtungen der Antriebsrolle 28,
der Anlegerolle 32 und des Dorns 100 nur beispielhaft
dargestellt und können
zwecks Integration in bereits bestehende Maschinen oder Produktionslinien
den Erfordernissen entsprechend modifiziert werden.
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Ferner
kann, wenn die Master-Rolle 20 nicht vorgedehnt ist, ein
Vordehnen mittels der Vorrichtung 10 als Teil des Herstellprozesses
für die
Rolle 50 erfolgen. Insbesondere kann in einem solchen Fall
der Durchmesser der Anlegerolle 32 relativ zu der Antriebsrolle 28 größer sein,
um das Bahnmaterial 22 vorzudehnen, und kann eine Rolle
oder können
sowohl die Antriebsrolle 28 als auch die Anlegerolle 32 eine
(nicht gezeigte) strukturierte Fläche zum Prägen des gedehnten Bahnmaterials 22 aufweisen.
Geeignete Verfahren und Techniken zum Vordehnen von Bahnmaterial
sind in dem oben genannten US-Patent Nr. 5,531,393 genauer beschrieben.
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Wie
für Fachleute
auf dem Sachgebiet offensichtlich, kann die Master-Rolle 20 eine
größere Länge aufweisen
als die Rolle 50 und kann die Master-Rolle 20 somit
zum Herstellen von mehr als einer Rolle 50 verwendet werden.
Ferner kann, wenn das Bahnmaterial 22 in der Vorrichtung 10 vorgedehnt wird,
die endgültige
Länge des
Bahnmaterials 22 durch die Vorrichtung 10 vergrößert werden
und können
somit zwei oder mehr Rollen 50 aus einer einzigen Mas ter-Rolle 20 hergestellt
werden, selbst wenn die Master-Rolle 20 die gleiche Länge hat
wie die beiden Rollen 50.
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Eine
kernlose Rolle aus Kunststofffolie kann ferner als Teil des Herstellprozesses
für Kunststofffolie
produziert werden. 5 zeigt ein Blockschema einer
in die Vorrichtung 310 einer bekannten Produktionslinie
integrierten Vorrichtung 10 für die Reihen-Produktion kernloser
Rollen aus vorgedehnter Kunststofffolie. Die Vorrichtung 310 weist
im wesentlichen eine Einrichtung 314 bekannter Konstruktion zum
Herstellen einer Folie 312 aus geschmolzenem Material,
eine Einrichtung 316 zum Kühlen der Folie, eine Einrichtung 318 zum
Dehnen der Folie über
seine Dehngrenze hinaus, eine Einrichtung 320 zum Entspannenlassen
der gedehnten Folie, bevor diese der Spanneinrichtung 16 und
von dort der Aufwickeleinrichtung 18 zugeführt wird,
wo sie zu einer kernlosen Rolle 50 aufgewickelt wird. Sämtliche
Einrichtungen 314 bis 320, 16 und 18 sind
in der genannten Reihenfolge entlang einer Folien-Produktionslinie
angeordnet, wie durch den Richtungspfeil 324 angezeigt.
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Die
Folie 312 kann durch Anwendung eines geeigneten Verfahrens
extrudiert werden, wie z. B. durch Folienextrusion unter Anwendung
von Lufteinblasetechniken zum Aufblasen und Kollabierenlassen einer
Blase aus geschmolzenem Material; Kokillengießen, Röhrenbadextrusion u. dgl. Die
Erfindung wird anhand der Blasentechnik beschrieben, ist jedoch
auch auf andere Extrusionsverfahren anwendbar.
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Die
Einrichtung 314 weist im wesentlichen mehrere Extruder 326 auf,
die über
Zuführrohre 328 mit
einer Düse 330 verbunden
sind. Die Extruder 326 sind mit einer gegebenenfalls integrierten
Quelle für Ausgangsmaterial,
wie z. B. LLDPE o. dgl. verbunden. Die Konstruktion und Operation
der Extruder 326 sind auf dem Sachgebiet bekannt. Die Anzahl von
Extrudern 326 hängt
von der gewünschten
Zusammensetzung der Folie 312 ab. Wenn beispielsweise die
Folie 312 dreilagig ausgebildet sein soll, werden normalerweise
drei Extruder 312 verwendet. Die Extruder 326 erwärmen das
Ausgangsmaterial, bis es geschmolzen ist, und führen das geschmolzene Ausgangsmaterial über Zuführrohre 328 der
Düse 330 zu.
Die Düse 330 weist
eine Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannte Einrichtung zum Herstellen
einer gewünschten
extrudierten Konfiguration auf. Bei durch ein Blasverfahren hergestellten
Folien ist die Düse 330 derart
ausgebildet, dass ein rundes hohles Rohr aus geschmolzenem Ausgangsmaterial
hergestellt wird. Die Düse 330 wird
ferner mit einem von einer bekannten Druckluftquelle 332 über eine
geeignete Zuführleitung 334 gelieferten
Luftstrom beaufschlagt. Die Druckluft tritt in das Rohr ein und
bläst dieses
zu einer im wesentlichen rohrförmigen
Blase 336 auf. Alternativ kann die Blase 336 aufgeblasen und
zusätzlich
mittels einer innen angeordneten Blasenkühl- (IBC-) Einrichtung gekühlt werden,
wie Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannt ist.
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Die
Blase 336 wird kontinuierlich fortgezogen, wenn die Extruder 326 mehr
Ausgangsmaterial der Düse 330 zuführen, wodurch
die Blase 336 entlang der Produktionslinie in Richtung
der Einrichtung 318 bewegt wird. Zum Regeln der Form der
Blase 336 und zum Verstärken
ihres Außenumfangs
derart, dass die Druckluft keine Löcher in der Blase 336 ausbildet,
sind Kühlreinrichtungen 316 entlang
der Produktionslinie vorgesehen.
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Als
Kühleinrichtung 316 werden
normalerweise Gebläse 338 verwendet,
die gesteuerte Luftströme
auf den Umfang der Blase 336 leiten. Vorzugsweise wird
die die Ströme
bildende Luft mittels geeigneter Einrichtungen, wie z. B. einer
Klimaanlage o. dgl., gekühlt
und werden die Ströme
auf den Innen- und Außenumfang
der Blase 336 gerichtet. Die Kühleinrichtungen 316 reduzieren
die Temperatur des geschmolzenen Ausgangsmaterials der Blase 336 im
wesentlichen in Richtung ihres Gefrierpunkts und ungefähr auf Umgebungstemperatur.
Der Übergang
von einem geschmolzenem zu einem gefrorenen Zustand erfolgt in einer
relativ kleinen Übergangszone 90.
Am Ende der Übergangszone 90 bewegt
sich die gefrorene Blase mit einer von einer Primär-Walzenanordnung 348 bestimmten
linearen Rate die Produktionslinie entlang.
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Bei
einer bevorzugten Ausbildung sind die Gebläse 338 an mehreren
Stellen entlang der Produktionslinie vorgesehen.
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Die
Blase 336 bewegt sich weiter entlang der Produktionslinie 324,
bis sie auf eine Kollabiervorrichtung 340 trifft. Die Kollabiervorrichtung 340 ist zum
Kollabierenlassen der Blase 336 zu einer Bahn 342 aus
Folienmaterial vorgesehen. Entsprechend ist die Bahn 342 häufig zweilagig
und weist zwei Seiten auf, die an ihren gemeinsamen Rändern miteinander
verbunden sind. Die Kollabiervorrichtung 340 ist auf dem
Sachgebiet bekannt und ist im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet.
Die Kollabiervorrichtung 340 weist eine der Düse 330 gegenüberliegende
große Öffnung 344 und
eine kleine Öffnung 346 an
ihrem anderen Ende auf. Die Blase 336 tritt über die
große Öffnung 344 in
die Kollabiervorrichtung 340 ein und als Bahn 342 über die
kleine Öffnung 346 aus.
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Die
Primär-Walzenanordnung 348,
die von mehreren Abtriebsrollen 350 gebildet ist, greift
in bekannter Weise an der Bahn 342 an, wenn diese die Kollabiervorrichtung
verlässt.
Die Dicke der Bahn 342 und somit die Dicke der daraus entstehenden Folie
wird von der Extrusionsrate, dem Durchmesser der Blase 336 und
der Geschwindigkeit, mit der die Bahn 342 von der Primär-Walzenanordnung 348 durch
die Kollabiervorrichtung gezogen wird, bestimmt.
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Die
Bahn 342 tritt dann in eine wahlweise vorgesehene Dehneinrichtung 318 zum
Vordehnen der Folie ein. Die Dehneinrichtung 318 weist
die Primär-Walzenanordnung 348 und
eine Zwischen-Walzenanordnung 354 auf, die aus einem Rollenpaar 356 gebildet
ist. Die Zwischen-Walzenanordnung wird mit einer Drehzahl gedreht,
die wesentlich größer ist
als die Drehzahl der Primär-Walzenanordnung 348.
Im wesentlichen läuft
die Zwischen-Walzenanordnung 354 ungefähr mit einem Vierfachen der Drehzahl
der Primär-Walzenanordnung 348,
wodurch die Bahn 342 um ein Maß gedehnt wird, das sich proportional
zu der Drehzahldifferenz zwischen den beiden Walzenanordnungen verhält. Wenn
nicht gewünscht
ist, eine vorgedehnte Folie herzustellen, kann die Zwischen-Walzenanordnung 354 wegfallen und
kann sich die Bahn 342 direkt zu einer Serie von Führungsrollen 364 und
von dort zu der Spanneinrichtung 16 bewegen.
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Wenn
die Bahn 342 vorgedehnt worden ist, durchläuft sie
die Entspannungseinrichtung 320, die aus einer Serie von
entlang der Produktionslinie angeordneten Führungsrollen 364 gebildet
ist. Durch das Entspannen der Bahn wird die Spannung in der Folie
reduziert und sichergestellt, dass die Folie eine ausreichende Elastizität aufweist,
um sich an die Außenkonfiguration
von zu verpackenden Artikeln anzupassen und Stößen, Kräften und Reißvorgängen standzuhalten.
Das Maß an
Entspannung in der Folie wird von der Zeit oder der von der Folie
beim Durchlaufen der Entspannungseinrichtung 320 zurückgelegten
Strecke bestimmt. Die zurückgelegte
Strecke kann durch Verlängern
der Produktionslinie und Vorsehen zusätzlicher Führungsrollen 364 eingestellt werden.
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Nach
dem Entspannen der Folie 312 durchläuft diese eine Schneidemaschine 374,
die die Folie 312 entlang beider Außenränder durchschneidet, um die
Folie 312 an einer Tertiär-Walzenanordnung 390 in
zwei Folienbahnen 376 und 377 zu trennen. Jede Folienbahn 376 und 377 durchläuft dann
zur Herstellung der gewünschten
farblosen Folienrollen kontinuierlich die Spannungseinrichtung 16 und
die Aufwickeleinrichtung 18, wie oben beschrieben.
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Wenn
gewünscht
ist, Kunststofffolie per Hand von einer erfindungsgemäßen kernlosen
Rolle abzuwickeln oder abzugeben, kann eine in 6 gezeigte
Spindel 200 verwendet werden. Die Spindel 200 ist
im wesentlichen zylinderförmig
und weist einen vergrößerten ausgebauchten
mittleren Teil 210 auf. Die Spindel 200 kann kostengünstig aus
Polyvinylchlorid ("PVC") oder aus anderen
geeigneten Kunststoffen, Holz oder Metall hergestellt werden. Die
Spindel 200 ist ausreichend lang, so dass beide Enden der
Spindel 200 über
die Ränder
der Rolle hinaus verlaufen. Der mittlere Teil 210 hat einen
ausrei chend großen
Durchmesser, um an der Innenfläche einer
kernlosen Rolle 50 anzugreifen.
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Eine
Person kann dann die Enden der eingesetzten Spindel 200 ergreifen
und gibt Folie von der Rolle ab, indem sie die Spindel in den Händen drehen
lässt,
während
sie beispielsweise eine auf einer Palette befindliche Last umwickelt.
Das reibende Angreifen des mittleren Teils 210 an der Innenfläche der Rolle
ermöglicht
es, dass sich die Rolle mit der Spindel 200 mitdreht. Alternativ
kann die Spindel 200 in bekannte Ausgabeeinrichtungen eingebaut
sein, so dass sie sich frei drehen kann, wie auf dem Gebiet der
Ausgabetechnik bekannt ist, und die Kunststofffolie von der Rolle
gezogen werden kann.
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Wie
für Fachleute
auf dem Sachgebiet offensichtlich, kann eine erfindungsgemäße kernlose
Rolle auch in maschinellen Ausgabesystemen oder anderen Einrichtungen,
in denen eine kernlose Rolle benutzt wird, verwendet werden, obwohl
es unter Umständen
erforderlich sein kann, eine wiederverwendbare Spindel zu benutzen,
z. B. wenn eine Hochgeschwindigkeits-Ausgabe gewünscht ist.
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Wie
für Fachleute
auf dem Sachgebiet offensichtlich, bietet die erfindungsgemäße kernlose
Rolle beträchtliche
Einsparungen bei Produktion, Lagerung und Versand gegenüber dem
Stand der Technik entsprechenden Rollen, für die teuere, schwere und nicht
zu recycelnde Kerne erforderlich sind. Insbesondere werden das Gewicht
und der Platzbedarf eines herkömmlichen
Kerns eliminiert, was zu beträchtlichen
Einsparungen sowohl für
den Hersteller als auch für
den Verbraucher führt.
Die Tatsache, dass kein zu recycelnder Kern zu entsorgen ist, ist ein
zusätzlicher
Vorteil und kann bei Großverbrauchern
aufgrund der geringeren Entsorgungskosten zu beträchtlichen
Einsparungen führen.
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Es
ist ferner offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf Kunststofffolienumhüllungen
beschränkt
ist, sondern auf jedes geeignete Material anwendbar ist, das normalerweise
auf einen Kern aufgewickelt wird, einschließlich PVC-, Aluminium- oder
andere Folien etc.
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Es
ist für
Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, dass die vorstehende
Beschreibung nur als Beispiel dient. Es können Modifikationen, Variationen
und Veränderungen
an den beschriebenen Ausführungsformen
durchgeführt
werden, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird,
der ausschließlich
in den Ansprüchen
definiert ist.