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HINTERGRUND
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Oberflächenwickler zum Aufwickeln
einer Materialbahn zu Rollen bzw. Langrollen. Insbesondere betrifft sie
einen Oberflächenwickler
mit einem rotierenden Klemmkissen, der die Materialbahn zum Abtrennen auf
eine ortsfeste Fläche
klemmt.
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Umwickler
bzw. Aufwickler dienen zum Umwickeln großer Papier-Stammrollen zu Toilettenpapier- und
Küchentuchrollen
in Einzelhandelsgrößen. Gemeinhin
werden zwei Arten Aufwickler eingesetzt – Zentral- und Oberflächenwickler.
Zentralwickler sind bspw. in der US-PS Re 28 353 beschrieben; sie wickeln
die Materialbahn auf einen Kern, der von einem Dorn gedreht wird.
Oberflächenwickler
sind bspw. in den US-PSn 4 723 724 und 5 104 055 und wickeln die
Material auf einen Kern auf, den ein 3-Rollenbett dreht.
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Der
kritische Punkt im Betrieb sowohl der Zentral- als auch der Oberflächenwickler
liegt in der Schrittfolge, die als Zertrennen und Übergabe
bezeichnet wird. Um das Abwickeln einer Rolle zu beenden, muss die
Materialbahn zertrennt und dann die Vorderkante der zertrennten
Bahn auf einen neuen Kern übergeführt und
dieser schließlich
in Drehung versetzt werden, um das Aufwickeln einer neuen Rolle
zu beginnen. Diese Schritte müssen
wiederholt und zuverlässig
ausgeführt
werden, während
die Materialbahn mit hoher Geschwindigkeit durchläuft. Auch
will man jede Rolle mit einer präzisen
Anzahl Bögen
bzw. Blätter
sowie gleichmäßig und
im wesentlichen faltenfrei wickeln. In der
US-PS 4 723 724 dient eine ortsfeste
bzw. Totplatte (
217 in
11–
15;
317 in
18;
417 in
18A) laufaufwärts der zweiten
Wickelrolle dazu, die Kerndrehung zu beginnen und die Materialbahn
an einen beleimten Kern zu übergeben.
Der Kern klemmt die Materialbahn auf der ortsfesten Platte fest,
um sie zu spannen und schließlich
reißen
zu lassen; die Materialbahn wird dann auf den Kern gewickelt, während dieser über die
ortsfeste Platte rollt. In den
11–
15 drückt ein rotierender Klemm-
bzw. Abquetscharm
221 die Materialbahn auf ein darüber liegendes
Laufband
209, um eine Perforationslinie P zu isolieren,
an der die Materialbahn zertrennt wird.
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Auch
die
US-PS 5 137 225 beschreibt
einen Oberflächenwickler,
der die Bahn mittels einer ortsfesten Fläche zwischen dieser und dem
Kern zeitweilig abbremst, so dass sie zwischen der gerade fertig gewickelten
Rolle und dem zulaufenden Kern abreißt. Dieser Vorgang, bei dem
die Materialbahn mit dem Kern abgeklemmt und verlangsamt wird, reckt diese
vom Abklemmpunkt des Kernes zur fertig gewickelten Rolle, um sie
an eine Perforation zwischen diesen Punkten zu zerreißen. Diese
lange Streckte zwischen dem Kern und der fertigen Rolle muss um mindestens
die Dehnung der Materialbahn – üblicherweise
6 bis 25% – gelängt werden.
Die Längung entsteht,
indem der Kern auf der ortsfesten Oberfläche festgeklemmt wird, wobei
die Kerneinführgeschwindigkeit
geringer als die Geschwindigkeit der Materialbahn ist. Im Effekt
wird mindestens die gleiche Lose laufaufwärts des eingeführten Kerns
erzeugt wie zum Längen
und Zerreißen
der Materialbahn laufabwärts
des Kerns erforderlich ist, vermehrt um die Strecke, die der Kern
noch zurücklegen
muss, bevor er die erste Wickelrolle erreicht und auf die Bahngeschwindigkeit
beschleunigt wird.
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Die
bei diesem Verfahren auftretenden Probleme sind die stromaufwärts entstehende
erhebliche Lose und die Schwierigkeit, mit kurzen Perforationsabständen zu
arbeiten, bei denen zwischen dem eingeführten Kern und der fertig gewickelten
Rolle mehr als eine Perforationslinie vorliegt. Die überschüssige Lose
bewirkt einen nicht kontrollierbaren Faltenschlag und Probleme mit
dem Bahnzug, die die Geschwindigkeit der Maschine begrenzen. Die
erhebliche Länge
der Strecke vom Kern zur fertig gewickelten Rolle begrenzt auch
die Perforationslänge und
die maximale Dehnung, die aufnehmbar sind. Das Verfahren erfordert
zum Aufklemmen der Bahn auf die ortsfeste Oberfläche auch einen steifen Kern, um
den Schlupf der Materialbahn beim Dehnen gering zu halten, so dass
die Kernkosten steigen.
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Die
EP 0 694 020 B1 verwendet
ein Kissen-/Andruckelement im Zusammenwirken mit Oberflächenteilen
der ersten Wickelrolle, die einen niedrigen Reibungsbeiwert haben.
Dieser niedrige Reibungsbeiwert auf der ersten Wickelrolle ist äußerst unerwünscht, da
er Instabilitäten
der Wickelprodukte beim Wickeln in Folge des Schlupfes zwischen
dem Produkt und den Wickeltrommeln zulässt; vergl. hierzu die Erläuterungen
in den US-PSn 5 370 335 und 5 505 405.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
1 und 17 unten definiert ist, löst
die vorgenannten Probleme. Sie verwendet eine Abklemm- bzw. Abquetschplatte ähnlich der
in der
US-PS 4 723 724 der Anmelderin
in Kombination mit einer ersten Wickelrollenoberfläche, die
einen hohen Reibungsbeiwert (d. h. eine aggressive Oberfläche) aufweisen
kann. Diese Kombination ergibt eine sehr kurze Materialbahnlänge zwischen
der Abquetschplatte und der aggressiven Oberfläche der ersten Wickelrolle.
Nur diese kurze Länge
braucht gereckt zu werden, um die Bahnzertrennung und -übergabe
zu bewirken. Ein Dehnen der Materialbahn auf der gesamten Weglänge zur
gewickelten Rolle ist nicht erforderlich. Der zweite Vorteil der
kurzen Strecke ist, dass die zum Zertrennen der Materialbahn nötige Dehnung
weitaus geringer ist, so dass laufaufwärts des eingeführten Kerns
erheblich weniger Lose entsteht. Die Kombination erlaubt auch den
Einsatz von erheblich weniger festen Kernen.
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Die
Abklemm- bzw. Abquetschplatte liegt laufaufwärts der ersten Wickelrolle,
wo sie auf eine Totplatte mit niedrigem Reibungsbeiwert Druck ausüben kann,
so dass die erste Wickelrolle eine Oberfläche mit hohem Reibungsbeiwert
haben darf. Das Ergebnis ist eine kürzere Länge der Materialbahn zum Zertrennen
derselben sowie eine Oberfläche
hoher Reibung auf der ersten Wickelrolle sowohl zum Zertrennen der
Materialbahn als auch zum Beseitigen des Schlupfes beim Wickeln.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird nun anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die
in der beigefügten Zeichnung
dargestellt sind.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Oberflächenwickler
vor dem Einsetzen eines neuen Kerns;
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2 zeigt den Kern und die
Abklemmplatte unmittelbar vor dem Abklemmen der Materialbahn;
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3 zeigt den Beginn des Abklemmens
der Materialbahn;
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4 zeigt das Zertrennen der
Materialbahn und deren Übergang
auf einen neuen Kern;
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5 zeigt das Ende des Abklemmens
der Materialbahn;
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6 zeigt das Aufwickeln der
zertrennten Materialbahn auf einen neuen Kern;
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7 zeigt den neuen Kern beim
weiteren Aufwickeln der Materialbahn;
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6 zeigt einen Oberflächenwickler
mit einem modifizierten Abquetscharm;
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9 zeigt eine andere Ausführungsform
eines Abquetscharms und einer Feder-Halteeinrichtung für den neuen
Kern;
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10 zeigt den Abquetscharm
der 9 mit einer anderen
ortsfesten Platte;
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11 zeigt einen erfindungsgemäß ausgeführten Aufwickler,
der Materialbahnen auf rückgeführte Dorne
aufwickelt;
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12 zeigt vergrößert das
3-Rollenbett der 11;
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13 zeigt den Aufwickler
der 11 beim Abquetschen
und Zertrennen der Materialbahn;
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14 zeigt die Übergabe
der Materialbahn auf einen Dorn;
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15 zeigt einen Aufwickler,
der die Materialbahn auf Hohlkerne wickelt;
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16 zeigt vergrößert das
3-Rollenbett der 15;
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17 zeigt den Aufwickler
der 15 beim Abquetschen
und Zertrennen der Materialbahn;
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16 zeigt die Übergabe
der Materialbahn an einen Kern;
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19 zeigt einen Aufwickler ähnlich dem der 15 mit modifizierter Kernausgabemechanik;
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20 ist eine vergrößerte Teilansicht
der Kernausgabemechanik der 19;
und
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21 zeigt vergrößert einen
Teil der 20
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BESCHREIBUNG BESTIMMTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 zeigt einen Oberflächenwickeler mit
einem herkömmlichen
3-Rollen-Wickelbett
mit einer ersten bzw. oberen Wickelrolle 20, einer zweiten bzw.
unteren Wickelrolle 21 und einer Reiterrolle 22. Die
Rollen drehen in Richtung der Pfeile und wickeln dabei eine Materialbahn
W auf einen hohlen Pappkern C auf, um eine Langrolle L aus aufgewickeltem Papier
wie Toilettenpapier oder Küchentücher herzustellen.
Die Materialbahn läuft
in der mit dem Pfeil A gezeigten Richtung laufabwärts durch
und ist vorzugsweise mit längs
beabstandeten Perforationslinien zu einzelnen Blätter bzw. Bögen unterteilt.
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Die
erste Wickelrolle 20 hat vorzugsweise eine gleichmäßige Außenfläche mit
hohem Reibungsbeiwert, so dass die Materialbahn beim Drehen nicht
auf ihr rutscht. Bspw. kann die gesamte die Materialbahn berührende Rollenoberfläche aus 600RA-Wolframkarbid
bestehen. Die erste Wickelrolle dreht mit der Durchlaufgeschwindigkeit
der Materialbahn.
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Die
zweite Wickelrolle 21 kann bewegbar auf dem Wickler so
angeordnet sein, dass sie sich zur ersten Wickelrolle zustellen
und von ihr abrücken lässt, wie
in den US-PSn 4 828 195 und 4 909 452 beschrieben. Desgl. kann die
zweite Wickelrolle mit variablem Geschwindigkeitsprofil ausgeführt sein, wie
in der US-PS 5 370
335 beschrieben.
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Die
Reiterrolle 22 ist schwenkbar gelagert, so dass sie mit
dem Zuwachs des Papierwickels der Langrolle L von dieser abrückt.
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Vor
Erreichen der erste Wickelrolle 20 läuft die Materialbahn über eine
ortsfeste Abklemm- bzw. Abquetschstange 24, die an der
ersten Wickelrolle angeordnet ist. Die Abquetschstange hat eine
Abquetschfläche 25 mit
verhältnismäßig niedrigem
Reibungsbeiwert, so dass bei normalem Wickeln kein wesentlicher
Zug auf die Materialbahn wirkt. In einer speziellen Ausführungsform
bestand die Oberfläche 25 der
Abquetschstange aus glattem Stahl.
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Eine
ortsfeste Platte 27 (auch als Übergabe- oder Totplatte bezeichnet)
ist laufaufwärts
der zweiten Wickelrolle 21 unter der ersten Wickelrolle 20 angeordnet.
Das laufaufwärtige
Ende 28 der ortsfesten Platte ist von der ersten Wickelrolle
etwas weiter als mit dem Durchmesser der Kerne C beabstandet. Der Abstand
zwischen dem Rest der ortsfesten Platte und der ersten Wickelrolle
ist geringfü gig
kleiner als der Kerndurchmesser, so dass die drehende Wickelrolle
die Kerne leicht zusammendrückt
und über
die ortsfest Platte rollt. Die ortsfeste Platte hat vorzugsweise
eine Oberfläche
mit hohem Reibungsbeiwert bspw. aus Wolframkarbid, damit die Kerndrehung schnellstmöglich einsetzen
kann.
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Ein
Abklemm- bzw. Abquetscharm 30 ist auf eine drehbaren Welle 31 aufgesetzt.
Auf die Welle 31 lässt
sich nur ein oder lassen sich mehrere Abquetscharme beabstandet
aufsetzen. Der Abquetscharm hat eine Kernanlagefläche 32 und
ein Abquetschkissen 33. Das Abquetschkissen besteht vorzugsweise aus
einem nachgiebigen komprimierbaren elastischen Werkstoff mit hohem
Reibungsbeiwert wie Gummi oder Polyurethan mit einer Shore-A-Härte von
40. Um den Verschleiß zu
verringern, kann das Kissen auch eine Oberfläche hoher auf einem Unterteil
niedriger Durometer-Härte
aufweisen.
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Die 1 zeigt den Abquetscharm
beim Überführen eines
Kerns C entlang einer gekrümmten Kernführung 35 zur
ersten Wickelrolle 20 und ortsfesten Platte 27.
Umlaufende Leimringe sind bereits auf herkömmliche Weise auf den Kern
aufgetragen worden. Der Abquetscharm 30 und die Welle 31 können mit
einer Unterdruckanschluss 36 versehen sein, um den Kern
am Abquetscharm zu halten.
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Die 2 zeigt den Abquetscharm
beim Einführen
des Kerns in den Raum zwischen dem laufaufwärtigen Ende 28 der
ortsfesten Platte und der ersten Wickelrolle 20. Die Abquetschplatte
wurde auf etwa die halbe Durchlaufgeschwindigkeit der Materialbahn beschleunigt.
Der Kern läuft
nahe an der Materialbahn weiter, klemmt sie aber nicht ab. Das Abquetschkissen 33 hat
sich noch nicht an die Materialbahn angelegt, die weiter auf die
Langrolle L aufgewickelt wird.
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Die 3 zeigt das beginnende Abklemmen bzw.
Abquetschen der Materialbahn. Die Perforationslinie P1,
die das zum Erreichen einer Soll-Blattanzahl letz te auf die Langrolle
L aufzuwickelnde Blatt bildet, ist mit einem Fallstrich dargestellt
und liegt auf der ersten Wickelrolle unmittelbar laufabwärts des Kerns
C. Auch die vorhergehende Perforationslinie P2 befindet
sich auf der Oberfläche
der ersten Wickelrolle. Das Abquetschkissen 33 beginnt,
die Materialbahn W auf die ortsfeste Abquetschfläche auf der Abquetschstange 24 zu
drücken.
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In
der 4 drückt das
Abquetschkissen die Materialbahn weiter auf die Abquetschstange;
die Materialbahn ist nun genug verlangsamt und gedehnt worden, dass
sie an der der Abquetschstange am nächsten liegenden Perforationslinie
P1 zertrennt wird. In Folge der stark reibenden
Oberfläche
der ersten Wickelrolle 20 wird die Materialbahn zwischen den
Perforationslinien P1, P2 nicht
wesentlich gedehnt. Da die Materialbahn am Abquetschpunkt verlangsamt
worden ist, entsteht in ihr laufaufwärts der Abquetschstange eine
geringe Lose S.
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Die 5 zeigt das Ende des Abquetschvorgangs;
das Abquetschkissen 33 hebt von der Abquetschstange 24 ab.
Die Materialbahn wird vorzugsweise über etwa 1/2 in. [13 mm] Durchlauflänge auf der
ersten Wickelrolle abgequetscht. Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit
von etwa 3000 fpm. [15,3 m/s] dauert dieses Quetschen etwa 0,0016
s. Zwischen dem Abquetschkissen und der Perforationslinie P1, an der die Materialbahn zertrennt wurde,
wurde sie um etwa 1/2 in. [13 mm] gedehnt. Der Kern C wurde vom
Abquetscharm entlang der ortsfesten Platte 27 in eine Lage
gebracht, in der die erste Wickelrolle ihn zusammendrückt und
beginnt, ihn über die
ortsfeste Platte zu rollen. Eine stark reibende Oberfläche auf
der ortsfesten Platte hält
den Schlupf des Kerns gering und gewährleistet, dass der Kern schnellstmöglich zu
rollen beginnt. Die ortsfeste Platte ist vorzugsweise so profiliert,
dass der Kern unmittelbar nach dem Zertrennen der Materialbahn auf
diese und die erste Wickelrolle gedrückt wird.
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In
der 6 rollt der Kern
C weiter über
die ortsfeste Platte. Die Leimringe auf ihm nehmen die zertrennte
Materialbahn hinter dem vorderen Teil 38 der abgetrennten
Materialbahn auf, so dass die Materialbahn sich auf den Kern aufzuwickeln
beginnt, sobald er die ortsfeste Platte entlang rollt. Das hintere Ende 39 der
zertrennten Materialbahn laufabwärts der
Perforationslinie P1 wird weiter auf die
Langrolle L aufgewickelt.
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In
der 7 ist der Kern weiter über die
ortsfeste Platte 27 gerollt und faltet der Vorderteil 38 sich außen auf
die übergebene
Materialbahn zurück.
Die Länge
der Rückfaltung
bestimmt sich aus der Lage der Perforationslinie P1 bei
der Übergabe
der Materialbahn an den beleimten Kern. Der Kern rollt auf der ortsfesten
Platte weiter und wickelt die Materialbahn auf, um eine neue Langrolle
zu beginnen. Erreicht der Kern mit der wachsenden Langrolle die
zweite Wickelrolle 21, wickelt sich die Langrolle zwischen der
ersten und der zweiten Wickelrolle auf, bis sich schließlich die
Reiterolle 22 an sie legt.
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Die 8 zeigt einen modifizierten
Abquetscharm 42. Von einer drehbaren Welle 43 steht
eine Vielzahl axial beabstandeter Abquetscharme vor, auf die jeweils
ein nachgiebiges Abquetschkissen 44 mit hohem Reibungsbeiwert
aufgesetzt ist. Eine Kernvorschubfläche 45 auf jedem Abquetscharm
schiebt den Kern C auf eine ortsfeste Platte 46 vor, während das
Abquetschkissen sich der Abquetschstange 47 nähert. Die
Abquetscharme stehen durch Langlöcher in
der Kernführung 47 vor
und die Abquetschkissen drücken
die Materialbahn auf die ortsfeste Abquetschstange, um die Materialbahn
unter Spannung zu setzen und an der Perforationslinie P1 zu
zerreißen.
Die zertrennte Materialbahn wird auf den Kern übertragen, während dieser
auf die ortsfeste Platte zu rollen beginnt; der Leim auf dem Kern
nimmt die Materialbahn auf.
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In
der 9 wird ein neuer
Kern C in einer muldenartig gebogenen Feder-Halteeinrichtung 50 am
laufaufwärtigen
Ende der ortsfesten Platte 51 gehalten.
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Eine
Vielzahl axial beabstandeter Abquetscharme 42 ist auf die
Welle 53 aufgesetzt und erstreckt sich durch Langlöcher in
der Haltemulde, um den Kern auf die ortsfeste Platte zu schieben.
Während
der Kern die Feder-Haltemulde verlässt, biegt er ihr Ende abwärts.
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Ein
Abquetschkissen 54 auf jedem Abquetscharm drückt die
Materialbahn auf die ortsfeste Abquetschstange 24, um die
Materialbahn an der Perforationslinie P1 zu
zertrennen. Die zertrennte Materialbahn wird von einem axialen Leimstrich 55 auf
dem Kern aufgenommen.
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Die 10 zeigt einen Abquetscharm 56 ähnlich dem
der 9. Die Feder-Halteeinrichtung fehlt
jedoch und der Kern wird vom Abquetscharm entlang einer Kernführung 59 auf
eine ortsfeste Platte 60 geführt. Ein Abquetschkissen 61 drückt die
Materialbahn auf die Abquetschstange 24, bevor der Kern die
Materialbahn auf der erste Wickelrolle 20 berührt.
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Das
Ausnutzen des Abquetscharms zum Einführen des Kerns zwischen der
ortsfesten Platte und der ersten Wickelrolle erleichtert ein einwandfreies
zeitliches Abstimmen des Zertrennens der Materialbahn mit der Berührung des
Kerns durch die Materialbahn und vereinfacht den Aufbau der Kerneinführeinrichtung.
Es lassen sich jedoch auch andere Mittel zum Einführen des
Kerns benutzen. Hierzu geeignet ist u. a. ein Förderband, ein Schieber oder
eine andere gleichwertige Einrichtung.
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Die 11 zeigt einen vollständigen Aufwickler 65 zum
Aufwickeln der Materialbahn auf mehrfach verwendbare Dorne, nicht
Kerne. Die Dorne können
massiv oder hohl sein. In einer Ausführungsform wurden Stahlrohrdorne
verwendet; massive Kunststoffdorne sind ebenfalls möglich.
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Nachdem
eine Langrolle auf einen Dorn aufgewickelt wurde, wird der Dorn
aus der Langrolle abgezogen; es verbleibt eine kernlose Langrolle
mit einer Mittenöffnung.
Der abgezogene Dorn wird für weitere
Wickelzyklen zum Prozessanfang zurück geführt. Die
US-PS 5 421 536 beschreibt eine Vorrichtung
zum Wickeln und Rückführen von
Dornen.
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Der
Aufwickler 65 hat einen Rahmen 66, auf dem zwei
Paar Zugrollen 67, 68 gelagert sind. Die Zugrollen
führen
die Materialbahn W durch einen Perforator 69 einem 3-Rollen-Wickelbett
aus einer ersten Wickelrolle 70, einer zweiten Wickelrolle 71 und
einer Reiterrolle 72 zu. Der Perforator 69 weist eine
rotierende Perforierrolle 75 und eine Messerstange bzw.
einen Amboss 76 auf, um in der Materialbahn längs beabstandete
Perforationslinien auszubilden.
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Wie
die 12 zeigt, weist
die erste Wickelrolle eine nachgiebige komprimierbare elastische
Außenschicht 73 mit
einem verhältnismäßig hohen
Reibungsbeiwert auf. Die Außenschicht
lässt sich
aus Band, das man auf die Rolle wickelt, oder aus Gummi oder Polyurethan
herstellen. Die zweite Wickelrolle 71 hat eine glatte Außenfläche und
die Reiterrolle 72 eine raue Oberfläche mit hohem Reibungsbeiwert. Die
erst Wickelrolle ist auf einer festen Achse drehbar im Rahmen gelagert.
Die zweite Wickelrolle 72 sitzt auf einem Schwenkarm 77 und
die Reiterrolle 72 auf einem Schwenkarm 78. Auf
einen Dorn M1 wird eine Langrolle L aufgewickelt.
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Die
Materialbahn läuft
von den Zugrollen 68 über
eine Abquetschstange 80, die auf dem Rahmen laufaufwärts der
ersten Wickelrolle 70 angebracht ist. Die Abquetschstange
hat eine glatte Oberfläche
mit niedrigem Reibungsbeiwert. Falls erwünscht, lässt die Abquetschstange sich
absenken, so dass die Materialbahn beim normalen Wickeln die Abquetschstange
nicht berührt.
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Eine
gekrümmte
ortsfeste Platte 82 ist unter der ersten Wickelrolle 70 auf
einer Stange 83 auf dem Rahmen gelagert. Die ortsfeste
Platte weist einen laufaufwärtigen
Teil 84 auf, auf dem ein Kissen 85 (13 und 14) sowie axial beabstandete Finger 86 gelagert
sind, die in Nuten 87 in der zweiten Wickelrolle hinein
vorstehen. Das Kissen 85 ist aus einem nachgiebigen komprimierbaren
elastischen Werkstoff wie glattem Gummi oder glattem Polyurethan
ausgebildet. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche des
Kissens 85 einen verhältnismäßig hohen
Reibungsbeiwert hat, um die Kerndrehung einzuleiten. Die Finger 86 sind
mit glatter Oberfläche ausgeführt.
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Ein
Abquetscharm 90 sitzt auf einer Welle 91, die
im Rahmen drehbar gelagert ist. Ein Abquetschkissen 92 ist
auf den Abquetscharm aufgesetzt und steht über dessen Ende hinaus vor.
Das Abquetschkissen ist aus einem nachgiebigen komprimierbaren elastischen
Werkstoff mit hohem Reibungsbeiwert wie Gummi oder Polyurethan ausgebildet.
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Wie
wiederum die 11 zeigt,
sind ein oberes und ein unteres Zahnrad 94, 95 drehbar
im Rahmen gelagert und treiben eine Kette 96 an. An der Kette 96 ist
eine Vielzahl Dornträger 98 befestigt,
die von einem Dornförderer 99 Dorne
M übernehmen und
sie an einer Beleimungseinrichtung 101 vorbei einer Dorneinsetzposition
am laufaufwärtigen
Ende der ortsfesten Platte 82 zuführen ( 13). Jeder Dornträger weist ein Paar schwenkbarer
Backen 102, 103 (13)
zum Haltern eines Dorns auf.
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Die
Beleimungseinrichtung 101 weist einen Schwenkarm 105 (12) auf, der in ein Leimbad 106 getaucht
wird und den Leim als axialen Strich auf den Dorn aufträgt. Der
Leim ist verhältnismäßig schwach
klebend, so dass der Dorn sich aus dem Langrollenwickel entfernen
lässt;
die Klebehaftung muss aber ausreichen, um die Bahn auf den Dorn
zu übertragen.
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Wie
die 13 zeigt, legt der
Dornträger
einen beleimten Dorn M2 auf dem laufaufwärtigen Ende der
ortsfesten Platte 82 auf, wo er von einer Haltefeder 108 gehalten
wird, die auf der ortsfesten Platte angeordnet ist. In diesem Zustand
berührt
der Dorn die Materialbahn nicht. Der Leimstrich liegt in 13 etwa in der 12-Uhr-Stellung
auf dem Dorn.
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Liegt
die Perforationslinie für
das letzte Blatt des Langrollenwickels L unmittelbar laufabwärts des Dorns
M2, dreht sich die Welle 91 so,
dass das Abquetschkissen 92 die Materialbahn auf die ortsfeste Abquetschstange 80 aufdrückt. Obgleich
das Abquetschkissen sich in der gleichen Richtung bewegt wie die
Materialbahn, läuft
es langsamer als diese – vorzugsweise
etwa mit ihrer halben Geschwindigkeit. Die Materialbahn wird daher
vom Abquetschkissen verlangsamt. Das Abquetschkissen drückt die
Materialbahn weiter auf, während
der Abquetscharm 90 dreht, und die Materialbahn wird gespannt
und gedehnt, so dass sie an der gewünschten Perforationslinie zerreißt und eine
Vorderkante 110 bildet, wie in 13 gezeigt.
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Die
Drehung des Abquetscharms 90 bewegt auch den Dorn M2 an der Haltefeder 108 (14) vorbei, so dass letzterer
die Materialbahn berührt
und auf der ortsfesten Platte 82 unter dem Einfluss der ersten
Wickelrolle 70 zu rollen beginnt. Der Dorn ist massiv,
lässt sich
aber wegen der nachgiebigen Schichten 73, 85 zwischen
die erste Wickelrolle und die ortsfeste Platte einführen. Beim
Rollen nimmt der Leimstrich die Materialbahn eine kurze Strecke
laufaufwärts
der Vorderkante auf, so dass die Materialbahn vom Dorn übernommen
wird, wie in 14 gezeigt.
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Wie
bekannt, wird die Geschwindigkeit der zweiten Wickelrolle 71 oder
der Reiterrolle 72 oder beider zu geeigneter Zeit so geändert, dass
der sich bildende Langrollenwickel L an der unteren Wickelrolle 71 und
der Reiterrolle 72 vorbei und die Austragrampe 112 hinab
läuft.
Danach wird der Dorn von einer Dornabnahmeeinrichtung 113 (11) aus der Langrolle L
entfernt und mittels einer Rutsche 114 in einen Dorntrichter 115 geführt, wo
die Dorne von den Dornträgern 98 zur
erneuten Verwendung aufgenommen werden.
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Wie
wiederum die 14 zeigt,
rollt der Dorn M2, der den neuen Wickel
ausbildet, weiter über
das nachgiebige Kissen 85 und berührt die Finger 86.
Der Bahnwickel auf dem Dorn ist dann so nachgiebig, dass die Finger
nicht nachgiebig beschichtet sein müssen. Die zweite Wickelrolle 71 hat
bereits von der ersten Wickelrolle 70 abzurücken begonnen,
damit der Dorn mit dem zunehmenden Wickel durch den Spalt zwischen
den beiden Wickelrollen rollen kann.
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Die 15 zeigt eine vollständige Aufwickelvorrichtung 120,
mit dem die Materialbahn auf hohle Kerne C gewickelt werden soll.
Der Aufwickler hat einen Rahmen 121, auf dem zwei Paar
Zugrollen 122, 123 gelagert sind. Die Zugrollen
führen
die Materialbahn W an einer rotierenden Perforierrolle 124 und einer
ortsfesten Messerstange 125 vorbei, die quer in der Materialbahn
längs beabstandete
Perforationslinien ausbilden.
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Eine
Langrolle L wird auf einen Hohlkern C1 in
einem 3-Rollen-Wickelbett aus einer ersten Wickelrolle 127,
einer zweiten Wickelrolle 128 und einer Reiterrolle 129 aufgewickelt.
Die erste Wickelrolle 127 dreht auf einer festen Achse;
die zweite Wickelrolle 128 und die Reiterrolle 129 sind
schwenkbar gelagert, wie bereits beschrieben. Die erste Wickel-
und die Reiterrolle haben jeweils eine raue Oberfläche mit gegenüber der
Materialbahn hohem Reibungsbeiwert.
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Die
Materialbahn läuft
von den Zugrollen 123 über
eine Abquetschstange 131, die laufaufwärts der ersten Wickelrolle 127 auf
dem Rahmen gehaltert ist. Die Abquetschstange hat eine glatte Oberfläche mit niedrigem
Reibungsbeiwert.
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Unter
der ersten Wickelrolle 127 ist laufaufwärts der zweiten Wickelrolle
eine gekrümmte
ortsfeste Platte 132 gehaltert. Die ortsfeste Platte besteht aus
Blech und hat eine glatte Oberfläche.
Bspw. kann die ortsfeste Platte aus Stahl mit 125microin.-[3,2_m]-Oberfläche bestehen.
Mit Vorteil führt
man mindestens den laufaufwärtigen
Teil der ortsfesten Platte mit hohem Reibungsbeiwert aus, um die
Kerndrehung einzuleiten. Die Kerne werden der Übergabeplatte von einem Kernförderband 135 zugeführt, das über die
Scheiben 136, 137 läuft.
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Wie
die 16 und 17 zeigen, wird ein Kern C2 über
dem Kernförderband
von einem Schwenkarm 138 gehalten. Schwenkt der Arm 138,
um den Kern freizugeben, wird dieser von einer Kernführung 139,
die mit der Scheibe 137 dreht, dem Förderband 135 zugeführt. Eine
Rückhaltestange 140 auf
dem Förderband
verhindert ein Rollen des Kerns, während des auf dem Förderband
der ortsfesten Platte zugeführt
wird. Zuvor hat ein Beleimer einen Leimstrich 141 auf den
Kern aufgetragen.
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Das
Förderband 135 legt
den Kern auf einem laufaufwärtigen
Vorhalteteil 143 der ortsfesten P Latte 132 ab,
wo er von einer Kernrückhaltefeder 144 (17) zurückgehalten wird. Die 17 zeigt einen Kern C3 in der Vorhaltelage, in der er die Materialbahn
nicht berührt.
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Auf
einer Welle 147, die drehbar im Rahmen gelagert ist, sitzt
eine Vielzahl axial beabstandeter Abquetscharme 146. Auf
dem Abquetscharm ist ein Abquetschkissen 148 angeordnet
und steht über
das Ende des Abquetscharms hinaus vor. Das Abquetschkissen ist aus
nachgiebigem komprimierbarem elastischem Werkstoff mit hohem Reibungsbeiwert
der oben beschriebenen Art ausgebildet.
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Befindet
die Perforationslinie für
das letzte Blatt des Langrollenwickels L sich unmittelbar laufabwärts des
Kerns C3, dreht die Welle 147 und
drückt das
Ab quetschkissen 148 auf die ortsfeste Stange 131 auf,
um die Materialbahn zu spannen, an der Soll-Perforationslinie zu
zerreißen
und so eine Vorderkante 149 zu bilden (17). Mit der Drehung des Abquetscharms 146 wird
auch der Kern C3 an der Rückhaltefeder 144 vorbei
bewegt, so dass der Kern die Materialbahn berührt und auf der ortsfesten Platte 132 unter
dem Einfluss der ersten Wickelrolle 127 zu rollen beginnt.
Die ortsfeste Platte 132 und ihr Vorhalteteil 143 lassen
sich mit Langlöchern
ausführen,
durch die hindurch die axial beabstandeten Abquetscharme 146 vorstehen.
Während
der Kern über die
ortsfeste Platte rollt, nimmt der Leimstrich auf dem Kern die Materialbahn
eine kurze Strecke laufaufwärts
der Vorderkante 149 der Materialbahn auf, wird die Materialbahn
auf den Kern übertragen
und faltet das vordere Ende der Materialbahn sich außen auf
den beleimten Teil der Materialbahn zurück um.
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Wie
bekannt, kann der Kern C3, der eine neue
Langrolle beginnt, den Spalt zwischen der ersten und der zweiten
Wickelrolle 127, 128 durchlaufen, indem man die
zweite von der ersten Wickelrolle abrückt und/oder die Geschwindigkeit
der zweiten relativ zu der der ersten Wickelrolle ändert.
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Die 19 zeigt einen Aufwickler 220 ähnlich dem
Aufwickler 120 der 15,
wobei jedoch bei ersterem eine modifizierte Kernausgabemechanik vorgesehen
ist. Die Bezugszeichen für
die Teile des Aufwicklers 220, die denen des Aufwicklers 120 entsprechen,
werden um 100 vermehrt verwendet.
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Ein
Kernförderer 235 läuft über die
Scheiben 236, 237. Der Förderer ist nach oben schräg angestellt
und steht über
ein oberes und ein unteres Kernzufuhrrad 251, 252 (vergl. 20 und 21) hinaus vor. Die Kernzufuhrräder schieben
mit ihrer Drehung einen Kern C axial in eine Lage am Förderer 235 vor, in
der ihn ein ortsfester Kernträger 253 abstützt, der auf
einem Rahmen 221 sitzt. Der Förderer 235 kann mit
einer Vielzahl axial beabstandeter Riemen ausgeführt sein, der Kernträger 253 als
eine Vielzahl von Fingern, die zwischen nebenein ander liegenden
Riemen hindurch vorstehen und von einer Lagerplatte 254 auf
dem Rahmen des Aufwicklers getragen werden.
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Die
Kernzufuhrräder 251, 252 werden
von Scheiben 255, 256 gedreht, die ein Riemen 257 antreibt,
der um eine Antriebsscheibe 258 läuft. Während die Kernzufuhrräder den
Kern axial vorschieben, trägt
ein Beleimer 259 einen Leimstrich 259 (20) axial auf ihn Kern auf.
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Nachdem
der Kern auf die Kernträger 253 aufgeschoben
wurde, wird er von schwenkbaren Armen 260 auf ihnen festgehalten.
Die schwenkbaren Arme 260 sind auf einem Schwenklagerstift 261 gelagert
und werden von einem hin und her bewegbaren Stößel geschwenkt. Die Arme 260 sind
zwischen den Fördererriemen
angeordnet.
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Auf
den Fördererriemen 235 ist
mit diesen bewegbar jeweils eine Vielzahl von Kernschiebern oder
-führungen 264 angeordnet;
auf jedem Kernschieber sitzt ein oder mehrere Stifte 265.
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Wie
die 21 zeigt, legen,
wenn die Fördererriemen
die Kernschieber 264 aufwärts zum zwischen den Kernträgern 253 und
den Schwenkarmen 260 gehaltenen Kern C hin vorfahren, die
Stifte 265 der Kernschieber sich an den Kern an und dringen
in ihn ein. Zur Freigabe des Kerns werden die Schwenkarme 260 geschwenkt;
die Kernschieber 264 tragen den Kern aufwärts in seine
in der 20 gezeigte Einschiebelage
zwischen der ortsfesten Platte 232 und der ersten Wickelrolle 227.
Erreicht der Kern den in 20 gezeigten
Einschiebepunkt, stehen die Fördererriemen 235 still,
so dass der Kern von den Stiften 265 am Einschiebepunkt
gehalten wird. Die Stifte halten ihn in der Solllage und -orientierung,
so dass der Leimstrich 259 in derjenigen Lage verbleibt, in
der er die Materialbahn aufnehmen soll, unmittelbar nachdem der
Kern sie berührt.
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Soll
nun die Materialbahn zertrennt werden, wird die Welle 247 gedreht,
um den Abquetscharm 246 und das Abquetschkissen 246 in
die Solllage zum Aufdrücken
der Materialbahn auf die Abquetschplatte 231 zu bringen.
Beim Weiterdrehen des Abquetscharms 246 legt er sich an
den Kern C an und führt
ihn von den Stiften 265 weg in den Spalt zwischen der ersten
Wickelrolle 227 und der ortsfesten Platte 232.
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Die
Erfindung ist einsetzbar, um eine Materialbahn auf einen hohlen
Papierkern, einen mehrfach verwendbaren Dorn oder ein andersartiges "Zentralelement" aufzuwickeln.
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Die
zeitliche Abstimmung der Einrichtungen zum Heranführen der
Kerne oder Dorne an die ortsfeste Platte sowie die Zeitsteuerung
und die Geschwindigkeit der drehenden Abquetscharme lassen sich
auf bekannte Weise durch Mikroprozessoren und Servomotoren präzise steuern.
Das Abquetschen und Zertrennen der Materialbahn lässt sich zeitlich
präzise
so steuern, dass sie genau an der gewünschten Perforationslinie zertrennt
wird, um alle Langrollen mit der gleichen Blatt- bzw. Bogenanzahl auszuführen. Auch
die Dauer des Abquetschens lässt
sich präzise
so steuern, dass die Lose minimal bleibt. Bei minimaler Lose erhält man eine
bessere Übergabe
und Rückfaltung
der Materialbahn sowie eine geringere Neigung zum Faltenwurf.
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Bei
den vorgehend erläuterten
Ausführungsformen
wird die Materialbahn durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen
dem Abquetschkissen und der ersten Wickelrolle gedehnt und zertrennt. Das
mit hohem Reibungsbeiwert ausgeführte
Abquetschkissen drückt
die Materialbahn auf eine Abquetschstange niedriger Reibung. Der
Geschwindigkeitsunterschied muss während des gesamten Abquetschens
so hoch sein, dass die Dehnungsgrenze der Materialbahn überschritten
wird. Damit ist die höchste
Geschwindigkeit begrenzt, mit der das Abquetschkissen und das Einführen des
Kerns relativ zur Geschwindigkeit der Materialbahn möglich sind. Die
Oberflächengeschwindigkeit
des Abquetschkissens kann im Bereich von 10% bis 60% der Geschwindigkeit
der Materialbahn liegen.
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Kehrt
man die Materialien um, d. h. verwendet man ein Abquetschkissen
niedriger und eine Abquetschstange hoher Reibung, geht die Materialbahn für die Dauer
des Abquetschens auf null. Vergl. hierzu die
US-PS 4 723 724 . die stark reibende
Oberfläche
könnte
dann ein schmaler – bspw.
1/4 in. [6,4 mm] in der. Maschinenrichtung breiter – Streifen
aus einem elastischen Material (bspw. Polyurethan) sein.
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Anders
als in der
US-PS 4 723 724 lässt sich die
Abquetschdauer durch die Geschwindigkeit des Abquetschkissens und
die Breite des Reibungsstreifens auf der Abquetschstange stark verkürzen. Zweitens
könnte
sich der Kern oder Dorn an die Materialbahn und die Wickelrolle
unmittelbar nach dem Abquetschen anlegen, um die Lose in der Vorderkante der
Materialbahn gering zu halten. Die Oberflächengeschwindigkeit des Abquetschkissen
könnte
zwischen 50% und 120% der Geschwindigkeit der Materialbahn liegen.
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Der
so erreichte Vorteil wäre,
dass die Einführgeschwindigkeit
des Kerns gleich der Geschwindigkeit der Materialbahn dort ist,
wo sie die Oberfläche
der ersten Wickelrolle erstmalig berühren. Dann fällt die
translatorische Geschwindigkeit des Kerns stark ab und seine Drehgeschwindigkeit
nimmt zu, während
er unter den Einfluss der Übergabeplatte und
der ersten Wickelrolle gerät.
Die zum Ändern
der Kernbewegung erforderliche Arbeit käme aus der Reibung zwischen
der Übergabeplatte
und dem Kern auf der der Übergabe
der Materialbahn gegenüber liegenden
Kernseite. Damit würden
die Übergabebedingungen
optimiert und jede Lose in der zulaufenden Materialbahn in Folge
eines Schlupfes zwischen der Wickelrolle und dem Kern wäre weiter
verringert.
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Jede Änderung
der Kerngeschwindigkeit, die von der ersten Wickelrolle bewirkt
werden muss, ist von der Spannung begrenzt, die die Materialbahn
im Spalt zwischen ihnen aushalten kann. Jede dem Kern von der Wickelrolle
hinzugefügte
Energie ist von einem gewissen Schlupf zwischen ihnen begleitet, bis
sich ihre Geschwindigkeit angeglichen hat. Dadurch können Risse
im ersten Bogen bei der Übergabe
entstehen.
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Die
Begriffe "schwach
reibend" bzw. "niedriger Reibungsbeiwert" und "stark reibend bzw. "hoher Reibungsbeiwert" in der Anwendung
auf das Abquetschkissen, die Abquetschstange und die obere Wickelrolle
sind relativ, aber für
den Fachmann verständlich.
Quantitative Angaben zur Reibung sind für den Fachmann nicht erforderlich
und wegen der Unterschiede zwischen den Materialbahnen auch schwer
zu messen. Wichtig ist, dass zwischen dem Abquetschkissen und der
Abquetschstange die Reibung unterschiedlich ist, so dass die stärker reibende Oberfläche die
Materialbahn kontrolliert. Die stärker reibende Oberfläche sollte
eine Reibung aufweisen, die höher
ist als die doppelte Reibung der schwach reibenden Oberfläche. Die
schwach reibende Oberfläche
kann einen Reibungsbeiwert im Bereich von etwa 0,01 bis 0,5, die
stark reibende Oberfläche
einen solchen im Bereich von etwa 0,5 bis 0,6 haben.
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Vorgehend
wurden zum Zweck der Erläuterung
bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Es ist einzusehen, dass viele der hier angegebenen
Einzelheiten sich erheblich varueren lassen, ohne die Erfindung,
wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, zu verlassen.