DE7427679U - Vorrichtung zum steuern der wickelguete beim wickeln von bahnfoermigem material - Google Patents

Description

DS-RER-NAT₁DIPUChEH. HANSUHLMANN PATENTANWALT

VIERSEN 1

GLADBACHER ST" 189 ...,,,.,,,

Fernruf 1T061 /V

Anmelder: Feldmühle Anlagen- und Produktionsgeaellschaft mit ' beschrankter Haftung, 4 Düsseldorf-Oberkassel r, Pritz-Voafelde-Platz *

Pat/12.4o7/vB-Hr.

Anlage zur Eingabe vom 14·.8,1974-

Vorrichtung zum Steuern der Vi ekel gute beim Wickeln, von bahnförmigem Material.

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Vickelgüte beim Wickeln »on bahnförmigem Material, insbesondere leicht, gewichtigem, gestrichenem Papier, su Hollen.

Von der Wickelgüte der Hollen aus bahnförmigem Material hängt die Möglichkeit ihrer Veiterverarbeitung ab. So tritt beispielsweise d&an, wenn der Hollenkern zu lose gewickelt ist, das sogenannte Telskopiern auf, d.h. die Kernlagea können sich nach außen teleskopartig verschieben. Sie abwickelnde Bahn ist damit in ihrer Seitenführung nicht mehr zu kontrollieren. Sie Probeleme der Kernwicklung sind jedoch im großen und ganzen befriedigend gelöst und auch die heute erreichbare Wiekelgute ist durchaus ausreichend, wenn relativ kleine Hollen, also Hollen mit geringem Augendurchmesser gewickelt werden, die einen großen Kerndurchmesser besitzen. Diese Aussage gilt praktisch für alle Materialien die im Sinne dieser Anmeldung unter dam Begriff bahnförmiges Material verstanden werden sollen, d.h. also für Kunststoffolien, Metallfolien, Vliesstoffe und Papier. Bei gxJßeren Durchmesser/erhält niesen wie sie heute von den weiterverarbeitenden Industrien, also insbesondere ftm Druckereien angestrebt werden, um durch eine größere Meterzahl auf der Holle eine längere Maschinenlaufzeit ohne Rollenwechsel zu erreichen, treten jedoch erhebliche

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Schwierigkeiten infolge von Uberdehnungen, Abrissen usw. auf, die besonders bei TragtrommeÜrolern und speziell hier beim Wickeln von leichtgewichtigem, gestrichenen Papier auftreten. Die Neuerung soll deshalb nachstehend an Hand des Beispieles Wickeln von leichtgewichtigem gestrichenen Papier auf Tragtrommelrolle rn beschrieben werden, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Bei leichtgewichtigen gestrichenen Papieren - nachstehend wie branchenüblich als LWC-Papiere bezeichnet - treten beim Unterteilen und Aufwickeln der von der Papiermaschine bzw. der». Kalander kommenden Rolle gestrichenen Papieres immer wieder •Platzstellen auf, die erst beim Abrollen, in der Regel also beim Drucker erkannt werden. Diese Platzstellen sind auf Spannungen in der ]jjx>ierbahn zurückzuführen, da jede Papierbahn unter Spannung gewickelt werden muß, um zu einer harten Rolle zu führen, die der Drucker anschließend einwandfrei verarbeiten kann. Wichtig ist dabei, daß die Bahnspannung so gewählt wird, daß sich in der Rolle auf Grund des Verschiebens der Lagen zueinander unter der Zugspannung und dem sich dadurch herausstellenden Komprimieren der unteren Lagen keine Aufplatzer ergeben.

Entscheidend für die Beurteilung der Wickelgüte einer Rolle sind dabei:

der Lagendruck zwischen den Lagen, der durch die elastische Spannung im Papier, also dem Wickelzug entsteht; der Verb leibzug im Inneren der Rolle, der wesentlich geringer ist und sogar negative Spannungen erreicht, da bei der Kompression des Rolleninneren durch den äußeren Lagendruck ein Teil der Wickelspannung abgebaut wird; der Wickelzug, der bestimmt wird durch die Antriebsleistung der Tragtrommel, den Auflagedruck der Wickelrolle auf den Tragtrommeln, gegf. dem Abwickelzug, sowie dem Druck der evtl. eingesetzten Andruckwalze.

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3 1 r ι t

Die Problematik des Bollenaufbaus 1st in dem Aufsatz "Theoretische Betrachtungen über den Aufbau, einer Wicklung" von Dipl.-Ing. Armin Hutssenlaub, veröffentlicht in APS 47/1966 ff. ausführlich dargestellt. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich u.a., dafi die Fugenpressung über den Durchmesser bei konstantem Wickelzug jedoch unterschiedlichen Materialbahnstärken zu völlig unterschiedlichen Verten führt und umso hoher ist, je dünner die aufgewickelte Materialbahn ist. Der Verfasser des Artikels warnt deshalb ausdrücklich vor einem zu großen

von

Durchmesserverhältnis Fertigwickelrollendurchmesser su Kerndurchmesser und schlägt vor, das Verhältnis 7 ι ^Λ- nicht zu überschreiten, da es sonst mit Sicherheit zu Fohlwicklungen kommt.

Zu allen diesen Überlegungen kommt noch hinzu, daß die Tragtrommelroller im Normalfall nicht einfach dem Einrollen einer Bahn von Maschinenbreite, also so, wie sie vom Tambour der Papiermaschine entnommen wird, dienen, sondern zum Unterteilen der maschinenbreiten Bahn als Längsschneider eingesetzt werden, wobei man aus wirtschaftlichen Gründen versucht, auoh die unterteilte Bahn auf einen möglichst großen Durchmesser zu wickeln. Die Gründe, die gegen eine große Wickelrolle sprechen* sind ausführlich in dem vorgenannten Artikel abgehandelt. Hinzu kommt aber noch, daß bei einem Wurf, also einem Satz- Wickelrollen wie «r gleichzeitig aus einem Tambour, also der Mutterrolle wie sie von der Papiermaschine kommt, geschnitten wird, über die volle Breite der Papiermaschine stets Dickenschwankungen in der Papierbahn auftreten. Das führt dazu, daß die Rollen eines Wurfes, die ja gleichzeitig auf den Tragtrommelroller aufgewickelt werden, bei gleicher aufgenommener Materialbahnlänge unterschiedliche Durchmesser aufweisen, was wiederum zu unterschiedlichen Anpreßdrucken im Hipp, d.h. in der Kontaktzone Wickelrolle - Tragtrommel und damit zu unterschiedlichen Wickelhärten führt.

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Bisher hat man, wie in der SAS 1 o92 293 besenrieben, versucht, die Aufwickelspannung konstant zu halten. Ein anderer Verschlag - DAS 1 014- 423 - geht dahin, den Anpreßdruck in Hipp der Wickelrolle durch Aufbringen einer Andruckwalze möglichst konstant zu halten. Ein neuerer Vorschlag - die OS 2 060 737 -geht dahin, den Berührungsdruck der Wickelrolle im Hipp durch unterstützende Bänder zu regulieren und damit; konstant zu halten. Abgesehen davon, daß alle diese Vorschläge einen er· heblichen maschinellen Aufwand bedingen, ist es damit nicht möglich, Rollen großen Durchmessers aus leichtgewichtigem Papier ohne Abkplatzer zu wickeln.

Der vorliegenden Neuerung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, LwC-Papiere ohne daS Platξstallen auftreten, zu Rollen großen Durchmessers, d.h. zu Rollen mit einem Durchmesserverhältnis über 7 s 1 zu wickeln, dabei eine möglichst konstante Wickelgute im gesamten Wurf zu erreichen u: : aufwendige technische Einrichtungen zu vermeiden.

Diese technische Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Steuern der Wi ekel gut β beim Wickeln von bahnförmigem Material, insbesondere leichtgewichtigem gestrichenen Papier zu Rollen, bestehend aus einem Tragtrommelroller und einer Steuerung des Tragtrommelantriebs um die Dickendifferenz Delta d zwischen dem einlaufenden bahnförmigen Material und der mittleren Dicke der Wiokellagea ersittelnden und als Steuergröße für die Steuerung des Wicklers auswertenden Rechners mit einer Vorrichtung zur Längen- und Dickenmessung der aufzuwikkelnden Bahn und einer Vorrichtung zur Ermittlung des Durchmessers der Wickelrolle verbunden ist.

Durch das Wickeln, einer Rolle erfolgt wegen der auftretenden Spannung eine Kompression des Papieres, die logischerweis© zu einer Dickenverringe^ung führen muß. Die Dickenabnahme vom einlaufenden zum gerollten Papier in der fertigen Rolle kennzeichnet dabei die generelle Belastung des aufgerollten Pa-

pieras. Durch Kontrolle der Dicke des einlaufenden Papieres und der zugehörigen Länge in Verbindung mit dem anwachsenden Durchmesser der Wickelrolle kann die Dickendifferenz Delta d trrouaaet werden. Durch' ständige Ermittlung der Dicke während des Aufrollens wird damit eine Änderung in der Belastung des aufgerollten Papieres sofort erkannt. Die mittlere Lagendicke d dee auf der Wickelrolle befindlichen Papieres ergibt sich nach der Formal d ■ % (D -Dq2) / L₉ wobei D der Durchmesser der fertig gewickelten Papierrolle, Dq der Durchmesser der Hülse und L die Bahnlänge des aufgewickelten Papieres ist. Ealta d ergibt sich als Differenz aus gemessener Papierdicke d»₀ im Einlauf ramas mittlerer errechneter Lagendicke d.

Dieser Wert Delta d ist selbstverständlich von verschiedenen Faktoren abhängig. Im wesentlichen geht die Materialstärke und das Material als solches ein, Er ist jedoch sehr einfach durch ] Versuche zu bestimmen. Bei LWC-Papieren liegt er bei ca. 4/um.

Die Steuerung der Tragtrommel ist bei Tragtrommelrollern üblicherweise so ausgelegt, daß zumindest die zweite Tragtrommel sowohl motorisch als auch generatorisch wirken kann. Anders ausgedrückt: während die erste Tragtrommel die !funktion des Antriebs der zu wickelnden Bolle übernimmt, kann die zweite Tragtrommel diese Funktion sowohl ergärsen al3 auch abbremsen_v d.h. daß die erforderliche Antriebsleistung und gegf. das auftretende Brememoment als Antriebskraft ganz von der ersten Tragtrommel übernommen werden muß.

So besteht z.B. bei den iinter der Bezeichnung VABI-DHR vertriebenen Tragtrommelroller der Jagenberg-Werke die Möglichkeit, den Abwickelzug einzustellen, d.h. die Antriebsleistung beider Tragtrommeln insgesamt zu wählen, ferner di*se gesamte Antriebsleistung auf beide Tragtrommeln aufzuteilen, desweiteren die zeitliche Verschiebung dieser Aufteilung zu wählen und den Druck der Andruckwalze zu regeln. Obwohl also bereits wesentliche Funktionen voll maschinell gesteuert werden und alle weiteren

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Regelmöglichkeiten vorgesehen sind, gibt es für den Maschinenführer keine konkreten Hinweise, wonach er steuern konnte, so daß er das Gerät auf Grund seiner Erfahrungen steuert.

Sie vorliegende !Teuerung ermöglicht nun diese Steuerung nach einer optischen Anzeige vorzunehmen oder vollautomatisch ablaufen zu lassen, d*!u daß beim Einsatz einer optischen Anzeige die ermittelte Dickendifferenz kontinuierlich angezeigt wird und der Maschinenführer lediglich dafür zu sorgen hat, daß diese Differenz im Laufe einer Rollenwicklung dem ihm vorgegebenen Sollverlauf folgt.

Gemäß der Neuerung wird die Dickendifferenz Delta d mittels eines Rechners aus Momentwerten für die Dicke der einlaufenden Materialbahn und dem Rollendurchmesser, sowie dem Integralwert für die aufgewickelte Mate^ialbahnlänge ständig errechnet. Durch den Einsatz eines Rechners ist es möglich, die Dickendifferenzwerto innerhalb kürzester Zeit zur Verfugung zu haben, d.h., daß praktisch jederzeit auf Abruf das Ergebnis des Rechners vorliegt, optisch sichtbar gemacht werden kann und selbstverständlich neben der optischen Sichtbarmachung auch die Möglichkeit besteht, direkt Impulse aus dem Rechner abzuleiten und zur Steuerung eines Tragtrommelrollers zu benutzen, 30 daß ein vollautomatisches Aggregat entsteht.

Da die erste Tragtrommel des Tragtrommelrollers zu einem großen Teil von der abzuwickelnden Bahn umschlungen ist, tritt zwischen ihr und der zu wickelnden Rolle praktisch kein Schlupf ein, so daß diese Tragtrommel gleichzeitig als Meßwal2.β zur Ermittlung der k* Bahnlänge eingesetzt werden kann. Die Umdrehungszahl dieser Walze gibt also in Verbindung mit ihrem Durchmesser einen sehi genauen Wert über die auf die Wickelrolle aufgelaufenen Meter.

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Das Dickenmeßgerät ist dieser Tragtrommel vorgeschaltet, wobei es im einfachsten Falle genügt, eine linienförmige Messung vorzunehmen. Diese Messung erfolgt dann zweckmäßigerweise in der Bahnmitte. Die Durchmessererfassung der Wickelrolle erfolgt am zweckmäßigsten durch elektrooptisch« Mittel analog einer Lichtschranke, jedoch ist es auch möglich, mectikLsche auf Seil, Rolle, Hebel, Keßdose usw. wirkende Mittel zurückzugreifen, die jedoch im allgemeinen nicht die hohe Genauigkeit der optischen Einrichtungen erreichen.

-Beispiel 1 (Diagramme Fign. 2 und 3)

Mit einem Jagenberg VARI-DUR-Roller wurde Tiefdruckpapier mit

einem Fläshengewicht von 65 g/m umgerollt und geschnitten. Die Rollergeschwindigkeit betrug maximal 1.3oo m/Min. Der Hülsendurchmesser, der Rollen des neu gewickelten Wurfes betrug 11,2 cm,

der Rollenenddurchmesser 96,6 cm. Die Rollen enthielten einejf PapieLänge von 13.olo m. Die Automatik dieses Rollers berücksichtigt 3 Faktoren:

1. die Führung de? Bahn,

2. der Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Tragtrommeln,

3. den Auflagedruck der Druckwalze auf die zu wickelnde Rolle. Mit wachsendem Rollendurchmesser wird dabei durch die Bewegung der Druckwals» nach oben über ein pneumatisch elektrisches System auf elektrischem Wege der Zweimotorenantrieb der Tragwalzen gesteuert, wobei durch den Rollerführer am Steuerventil nach einem Anzeigeinstrument die prozentuale Voreilung der vorderen Tragtrommel und der Druckwalze gegenüber der hinteren Tragtrommel eingestellt wird* Dies eingestellte Verhältnis wird von der Automatik selbsttätig beibehalten. Ohne

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Ohne zusätzlichen Eingriff des Rollerführers ergeben sich damit die Kurven gemäß Fign. 2 und 3. Die geringste Papierverdichtung ergibt sich dabei beim Aufwickelstand von 8ooo m, die daran anschließenden Lagen weisen wieder eine wesentlich stärkere Kompression auf, insbesondere die letzten 2o cm - bezogen auf den Durchmesser der Papierrollo - bei der Abwicklung weist diese Rolle eine Violzahl von Platzstellen im letztgenannten Bereich auf.

Beispiel 2; (Kurven gemäß Fign. 4 und 5) Auf dem gleichen vorbsachriebenen Roller wurda ein Tiefdruck-

papier mit 6o g/m gerollt und geschnitten. Die Rollergeschwindigkeit betrug maximal 15oo m/Min., der Hülsendurchmesser der Fertigrollen 11,2 cm, der Rollenenddurchmesser betrug 94,5 cm, die Papierlänge, die auf diesen Rollen enthalten war, 13·72ο m, Die Steuerung de Rollero wurde dahingehend verändert, daß nicht mehr der RollerfülLcer am Steuerventil nach einem Anzeigeinstrument die prozentual 3 Voreilung einer Tragtrommel eins bellt, sondern daß während des gesamten Wickelvorganges durch dieses Ventil eine kontinuierliche Steuerung erfolgte. Zu diesem Zweck war die umschlungene Tragtroitmel mit einem Drehzahlmesser ausgerüstet, der mit einem Rechner gekuppelt wurde, so daß, da der Schlupf zwischen dieser Tragtrommel und der laufenden Papierbahn vernachlässigbar klein ist, aus Drehzahl und Tragtrommelumfang die Papierlänge ermittelt werden konnte.

Dem Roller vorgeschaltet war ein Dickenmeßgerät, das den Wert der Papierdicke konstant in den Rechner einspeiste. Die Papierdicke betrug während des ganzen Laufes konstant 55/Um·

Ferner war die Druckwalze deö Rollers, die während des gesamten Wickelvorganges konstant auf der zu wickelnden Rolle aufliegt, mit einem Meßwerk verbunden, day die Höhenlage der Druckwalze und damit den Rollendurchmesser anzeigte. Auch dieser Wert wurde in den Rechner eingespeist. Aus diesen Werten wurde vom Rechner kontinuierlich der jeweilige Delta d-Wert ermittelt, über ein Anzeigeninstrument sichtbar gemacht und gleichzeitig einem Impulsgeber zugeführt, der nach einer vorgegebenen Ver-

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laufskurve für Delta d die Regulierung des Steuerventiles bewirkte. Die Kurven (Fign. 4 und 5) zeigen, daß der Vert UeIta d zunächst kontinuierlich abnimmt und dann - von geringfügigen Schwankungen abgesehen - auf einem konstanten Wert verharrt.

Die Überprüfung dieser Rolle durch Abwickeln ergab keinerlei Platzstellen.

Die Neuerung wird nachstehend au Hand der Pig. I näher beschrieben.

Von der Abrollung 4- wira die Papierbahn 19 durch das Dickenmeßgerät 1 geleitet und von da über die Leitwalze 5» die Spannungsregelung 6, die Ausstreicheinrichtung 7 durch den Längsschneider 8 geführt und umschlingt im Anschluß daran die Tragwalze 9a. Nach Befestigung der Papierbahn durch einfaches UmwickelrL «vof den nicht dargestellten Wickelhülsen wird die Druckwalze Io abgesenkt, die mit der Durchmessermeßvorrichtung 3 verbunden ist und drückt die durch die Tragwalze 9a und 9b eingezogene Papierbahn 19 gegen die Tragwalzen 9a und 9b. Die Papierbahn 19 wird dadurch auf die Hülss aufgewickelt, so äß sich die Wickelrolle 18 bildet. Während des Fahrsns des Rollers wird durch das rickenmeßgerät 1 an den Rechner 13 kontinuierlich der jeweils gemessene Wert der einlaufenden Papierdicke d geleitet. In den gleichen Rechner wird zusätzlich der über das Längenmeßgerät 2 ermittelte und aus der Drehzahl * er Tragwalze 9a abgeleitete Wert, für die auf die Wickelrolle 18 aufgelaufene Papierbahn 19 eingespeist, ebenso wie der von der DurchmeBsermeßvorrichbung 3 ermittelte Wert für die vertikale Höhenänderung der Druckwalze als Durchmesse ränderung.

Nach dei· Formel d « J χ 1 χ (D² - D_Q ²) worin L die Papierbahnlänge angibt« D des

Durchmesser der Wickelrolle 18 und D_Q dt>n Durchmesser der leeren Wickelhülse ermittelt, der Rechner 13 die mittlere

- Io -

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- Io -

Lagendicke d vergleicht diesen Wert mit der in dem Dickenmeßgerät 1 gemessenen Papiereinlaufdicke d_Q und gibt den Wert der Differenz als Papierdickendifferenz Delta d an. Der Wert Delta d wird optisch auf das Anzeigeinstrument 15 übertragen und momentan nach Vergleich mit einer vorgegebenen Sollkurve für Delta d an den Impulsgeber 14 weitergeleitet, der diesen Wert durch Abgabe entsprechender Impulse eise* an den Stellmotor 17 zur Regelung des Steuerventils 16 benutzt.

Der Rechner 13» sovie der Impulsgeber 14, das Anzeigeinstrument für Delta d 15 und das Steuerventil 16 mit dem Stä-liaotor· 17 sind in einem Schaltpult 12 untergebracht, das zur zentralen Steuerung des Rollers dient. Es besteht bei dieser Ausführung dabei die Möglichkeit, daß über das Schaltpult 12 sowohl, Wie vorstehend beschrieben, die Fahrweise des Rollers also die Verteilung der Antriebsleistung auf die Tragwalzen 9a und 9b automatisch gesteuert werden kann, es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Verteilung nach dem Anzeigeinstrument 15 von Hand zu steuern.

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DR. RER. NAT. DIPL. CHEM. HANS UHLMANN PATENTANWALT VIEViSEN 1 GLADBACHER STR. 189 Fernruf 17061 ^ Anmelder: Feldmühle Anlagen- und Froduktionsgesellschaft mit / beschränkter Haftung, 4 Düsseldorf-Oberkassel, ^J Fritz-Vomfelde-Platz; 4- Pat/12.4o?/vB-Hx. Schutz anspruch.

1. Vorrichtung zum Steuern der Wickelgüte beim Wickeln von bahnförmigem Material insbesondere leichtgewichtigem gestrichenen Papier zu Rollen, bestehend aus einem Tragtrommelroller und einer Steuerung des Tragtrommelantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerung des ^ragtrommelantriebs ein Impulsgeber (14) zugeordnet ist, der über einen die Dickendifferenz Delta d zwischen dem anlaufenden bchnförmigen Material und der mittleren Dicke der Wickellage ermittelnden und als Steuergröße für die Steuerung des Wicklers auswertenden Rechner (13) roit einer Vorrichtung zur Längen- und Dickenmessung (2, 1) der aufzuwickelnden Bahn und einer Vorrichtung (3) zur Ermittlung des Durchmessers der Wickelrolle (18) verbunden ist.

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