EP0421232A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln einer Folienbahn - Google Patents

Abstract

An einem Folienwickel (8) liegt eine Luftverdrängungsrolle (5) an, die achsparallel zu dem Folienwickel (8) verläuft. Eine Folienbahn (1) wird über eine Kontaktwalze (3) einem Wickelkern (2) zugeführt und zu dem Folienwickel (8) gewickelt. Die vom Wickel und der Folienbahn mitgeführten Luftschichten werden zwischen den jeweiligen obersten Wickellagen mit eingewickelt und größtenteils durch die Luftverdrängungsrolle (5) über die Stirnflächen (9) des Folienwickels aus diesem hinausgedrückt. Jedes der beiden Rollenenden ist über einen Andrückmechanismus (6, 7, 10) bis (12, 14), der an einem Rollenhalter (13) angelenkt ist, beweglich, wobei das Andrücken der Luftverdrängungsrolle (5) an den Folienwickel mit einem Liniendruck kleiner 10 N/cm bis größer 0,2 N/cm erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln einer Folienbahn auf einen Wickelkern zu einem Folienwickel, mit einer Kontaktwalze, über welche die Folienbahn dem Folienwickel zugeführt wird, wobei dieser sich gegen­sinnig zu der Kontaktwalze mit gleicher Umfangsge­schwindigkeit wie diese bewegt, sowie eine Vorrichtung zum Wickeln einer Folienbahn.
• Ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Auf­wickeln einer Folienbahn sind aus der DE-A1 37 10 412 bekannt und arbeiten beispielsweise zufriedenstellend für Wickelgeschwindigkeiten der Folienbahnen bis zu etwa 100 m/min bei sehr dünnen Folienbahnen, z.B. 3 µm­PET-Folien (PET = Polyethylenterephthalat).
• Bei der Herstellung von Folien kommt dem Wickeln der Folienbahn als letztem Verfahrensschritt eine erhebli­che Bedeutung zu, da hierbei die spezifikationsgerechte Folienbahn derart "falsch" gewickelt werden kann, daß es zu einem Totalverlust der Folienrolle durch Beschä­digungen der Folienbahn infolge zu hoher Wickelspan­nungen kommen kann.
• Ein in diesem Zusammenhang besonders wichtiges Problem stellt das Phänomen dar, daß beim Wickeln der Folien­bahn erhebliche Luftmengen mit in den Folienwickel ein­gewickelt werden. Ein Teil dieser eingewickelten Luft entweicht während des Lagerns des Folienwickels aus diesem; hierbei können im und am Folienwickel unter­schiedliche Fehler, wie Einbrüche, Verdehnungen und Querwellen, entstehen, die zur völligen Unbrauchbarkeit des Folienwickels führen können.
• Bei einer bekannten Vorrichtung zum Wickeln von flä­chenförmigen Gebilden wird mit Hilfe einer sogenannten Kontaktrolle die auf den Wickel, dessen Welle motorisch angetrieben ist, auflaufende Folienbahn gegen den Wik­kel gedrückt und dadurch erreicht, daß Luft in geringe­ren Mengen als ohne diese Maßnahme mit eingewickelt wird. Diese Vorrichtung ist in der deutschen Patent­schrift 32 65 570 (= US-PS 4,576,344) beschrieben. Die luftverdrängende Wirkung der Kontaktrolle reicht bei höheren Wickelgeschwindigkeiten nicht mehr aus, um die in den Wickel einlaufende Luft in ausreichender Menge zu verdrängen, so daß hier ein Kompromiß eingegangen werden muß zwischen den Wickelparametern und dem Ein­wickeln von Luft. Die gesamte Phänomenologie des Luft­einwickelns unter besonderer berücksichtigung der Ab­hängigkeit des Lufteinwickelns vom Kontaktrollenanpreß­druck gegen den Wickel sowie der benötigten Wickelspan­nung unter Beachtung der physikalischen Eigenschaften der Folie ist Gegenstand der Forschung und Entwicklung.
• Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den gesamten Wickelvorgang im Vakuum durchzuführen, um auf diese Weise das Problem des Lufteinwickelns zu lösen, jedoch spricht gegen eine Realisierung dieses Vorschlages der große finanzielle Aufwand.
• Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern und eine Vorrichtung zum Wickeln einer Folienbahn so weiterzuentwickeln, daß im fertigen Wickel die miteingewickelte Luftmenge möglichst klein ist, und daß die Wickelgeschwindigkeit wesentlich erhöht und/oder die erforderlichen Wickelspannungen ge­senkt werden können, wobei die Anwendung auch für Ultra-­Dünnstfolien mit Foliendicken bis zu etwa 1 µm möglich sein soll.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens entlang einer Kontaktlinie, die sich über die Wickelbreite erstreckt, ein Liniendruck kleiner als 10 N/cm auf den Folienwickel ausgeübt wird.
• In Ausgestaltung des Verfahrens wird der Liniendruck kleiner 5 N/cm und bevorzugt kleiner 2,5 N/cm gewählt. Je dünner die Folienbahnen sind, desto kleiner wird der Liniendruck festgelegt.
• Die Vorrichtung zum Wickeln einer Folienbahn auf einen Wickelkern zu einem Folienwickel, mit einer Kontaktwal­ze, über welche die Folienbahn dem Wickelkern zugeführt wird, wobei die zu dem Folienwickel achsparallele Kon­taktwalze mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit, jedoch gegensinnig zu dem Folienwickel, läuft, zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest eine Luftverdrängungsrolle vorhanden ist, die achsparallel zu dem Folienwickel an­geordnet ist und in Kontakt mit der Folienbahn auf dem Folienwickel steht.
• Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 6 bis 12.
• Mit der Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß die eingewickelten Luftschichten verdrängt, die Lagerbar­keit der Wickel verbessert, der Bahnzug auf die Wickel­bahn reduziert wird und daß Ultra-Dünnstfolien mit we­sentlich erhöhter Wickelgeschwindigkeit gegenüber dem bisherigen Verfahren, ohne Verluste der Härte des Wickels oder Qualitätsverlusten, beispielsweise bei der Faltenfreiheit des Wickels, oder bei dem Wickelaufbau, aufgewickelt werden können.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichne­risch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­tert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrich­tung gemäß der Erfindung, und
• Fig. 2 zwei Ausführungsformen von Rollen für die Ver­drängung der Luft, die zwischen den Wickella­gen eingewickelt ist.
• Eine Folienbahn 1 wird zum Aufwickeln auf einen Wickel­kern 2 über eine Kontaktwalze 3 geführt, die an einem Folienwickel 8 anliegt. Der Folienwickel und die Kon­taktwalze bewegen sich gegensinnig zueinander mit glei­cher Umfangsgeschwindigkeit. Auf der über die Kontakt­walze zugeführten Folienbahn 1 und dem Folienwickel 8 befinden sich nicht dargestellte Luftschichten, die zwischen den obersten Wickellagen des Folienwickels eingewickelt werden.
• In der Vorrichtung nach Figur 1 wird die Folienbahn 1 über die Kontaktwalze 3 geführt, läuft an einem Kon­taktpunkt 19 auf den Wickelkern 2 bzw. den Folienwickel 8 auf und wird auf diesen aufgewickelt. Daß hierbei be­achtliche Luftmengen zwischen den obersten Wickellagen des Folienwickels 8 eingewickelt werden, läßt sich da­durch erklären, daß Luftschichten reibungsbedingt an der Folienbahn 1 haften und durch diese in Richtung Kontaktpunkt 19 befördert werden.
• Die Vorrichtung ermöglicht das Wickeln von Ultra-Dünnst­folien, wie z.B. PET-Folien mit 2 µm Dicke, bei Ge­schwindigkeiten bis etwa 300 m/min.
• Mit Hilfe einer achsparallel zum Folienwickel 8 ange­ordneten und an diesen angedrückten Luftverdrängerrolle 5 werden die Luftschichten 4 zwischen den obersten Wickellagen seitlich herausgedrückt und strömen über die Stirnflächen 9 des Folienwickels 8 ab. In Fig. 1 ist nur eine einzige, nämlich die äußerste Luftschicht 4, dargestellt. Die Luftverdrängungsrolle 5 hat einen Durchmesser von 10 bis 100 mm und erstreckt sich über die gesamte Folienbahnbreite hinaus, d.h. ragt über die Stirnflächen 9 vor. Der Durchmesser der Rolle 5 wird klein gewählt, im Vergleich zu dem Durchmesser der Kon­taktwalze 3 und des Wickelkerns 2 bzw. des Folien­wickels 8. Der Rollendurchmesser entspricht dem 0, 03- bis 0,5-fachen, insbesondere dem 0,05- bis 0,20-fachen des Wickelkerndurchmessers.
• Die Luftverdrängungsrolle 5, die in Kontakt mit der Fo­lienbahn 1 auf dem Folienwickel 8 steht, besitzt eine glatte harte Oberflächenschicht 16 (vgl. Fig. 2).
• Die Luftverdrängungsrolle 5 kann nur dann nachhaltig die Luftschichten 4 beseitigen, ohne den Wickelvorgang negativ zu beeinflussen, wenn sie mit einem Liniendruck kleiner 10 N/cm, bevorzugt kleiner 5 N/cm, bis größer 0,2 N/cm, insbesondere 2,5 bis 0,2 N/cm, gegen den auf dem Wickelkern 2 aufgerollten Folienwickel 8 gepreßt wird. Dem dienen die Vorrichtungsteile des Andrückme­chanismus 6, 7, 10 bis 12, 14, die im folgenden be­schrieben werden.
• In bezug auf einen Rollenhalter 13 ist die an dem Fo­lienwickel 8 anliegende Rolle 5 während des gesamten Wickelvorganges beweglich angeordnet.
• Die Vorrichtungsteile des Andrückmechanismus sind zwei­fach vorhanden, nämlich für jedes Ende der Luftver­drängungsrolle 5; 5′. Nachfolgend werden nur die Vor­richtungsteile beschrieben, die dem einen Ende der Luft­verdrängungsrolle 5; 5′ zugeordnet sind. Analoges gilt dann für das andere Ende der Rolle 5; 5′.
• Aufgrund des sich beim Wickelvorgang verändernden Wickeldurchmessers muß die am Folienwickel 8 anliegende Rolle 5 beweglich angeordnet sein. Dafür sorgen ein in einem Gelenk 14 drehbar gelagerter Zylinder 7 sowie ein in einem Gelenk 12 drehbar gelagerter Winkelhebel mit den Hebelarmen 6, 11, dessen Hebelarm 6 drehbar an ei­ ner Kolbenstange 10 des Zylinders 7 angelenkt ist. Die­se Teile führen die Rolle 5, und mit wachsendem Wickel­durchmesser erfolgt deren Verschiebung entsprechend dem anwachsenden Folienwickeldurchmesser.
• Bei zunehmendem Wickeldurchmesser fährt die Kolbenstan­ge 10 in den Zylinder 7 ein, wodurch der Winkelhebel mit seinen Hebelarmen 6, 11 im Uhrzeigersinn um das Ge­lenk 12 verschwenkt und die Luftverdrängungsrolle 5 gleichfalls im Uhrzeigersinn angehoben wird, so daß Platz für den dicker werdenden Folienwickel 8 gemacht wird, bzw. sichergestellt ist, daß die Luftverdrängungs­rolle 5 dem Anwachsen des Folienwickels 8 folgen kann und stets mit einem entsprechenden Liniendruck an dem Folienwickel anliegt.
• Die Breite der Folienbahn 1 beträgt bis zu 1000 mm, je­doch können auch breitere Folienbahnen mit einer der­artigen Vorrichtung gewickelt werden. Ist bei breiteren Folienbahnen die mechanische Stabilität der Bolle 5 bei alleiniger Aufhängung an den Rollenenden nicht mehr aus­reichend, so kann anstelle einer einteiligen Rolle 5, wie sie Fig. 2 zeigt, die über die gesamte Länge eine einheitliche Kontur bzw. gleichbleibenden Durchmesser besitzt und auf einer Achse 15 aufsitzt, auch eine aus zwei oder mehr Teilrollen 17, 17′, ... bestehende Rolle 5′ (siehe Fig. 2) verwendet werden. Diese Teilrollen weisen einen einheitlichen Durchmesser auf und sitzen ebenfalls auf einer Achse 15 auf. Die mechanische Be­lastung der mehrteiligen Luftverdrängungsrolle 5′ kann durch das Anbringen weiterer identischer Vorrichtungs­teile des Andrückmechanismus an den ausgesparten Rol­ lenbereichen zwischen den Teilrollen 17, 17′ , ... her­abgesetzt werden.
• In Fig. 2 sind die Uberflächenschichten 16 der eintei­ligen und der mehrteiligen Rolle 5 bzw. 5′ schematisch dargestellt.
• Die Rollendistanzstücke 18 haben einen Durchmesser klei­ner als der Rollendurchmesser der Teilrollen 17, 17′ und bilden einen ausgesparten Rollenbereich zwischen zwei benachbarten Teilrollen der mehrteiligen Rolle 5′.
• Durch die Verdrängung der im Folienwickel mit einge­wickelten Luftmenge ergibt sich eine bessere und länge­re Lagerbarkeit des Wickels. Der hahnzug der Folienbahn kann trotz erhöhter Folienbahngeschwindigkeit ernie­drigt werden, wodurch die Folienbahn weniger vorge­spannt auf dem Folienwickel aufgewickelt wird, was eben­falls zur Qualitätsverbesserung beiträgt, da beispiels­weise weniger Einbrüche und Verdehnungen entstehen.
• Die Luftverdrängungsrolle 5; 5′ staut die bereits mit eingewickelte, zwischen den obersten Wickellagen be­findliche Luft; hierbei entsteht unmittelbar vor der Rolle 5; 5′ ein Überdruck, so daß die Luft einen Ausweg sucht und über die Stirnflächen 9 des Folienwickels 8 aus demselben entweicht.
• Es hat sich gezeigt, daß die Rolle 5; 5′ nur dann ef­ fektiv arbeitet, wenn ihr Durchmesser kleiner als 100 mm ist und bevorzugt 20 bis 40 mm beträgt. In diesem Fall führt schon eine relativ kleine Anpreßkraft der Rolle gegen den Wickel zu relativ großen Drücken, da die Kontaktfläche Rolle/Wickel proportional zum Rollen­radius abnimmt. Ein kleiner Durchmesser der Rolle 5; 5′ begünstigt das seitliche Entweichen der eingewickel­ten Luft aus dem Wickel über die Stirnflächen.
• Der Haupteffekt der Luftverdrängungsrolle besteht in seitlichen Herausdrängen von Luft zwischen den obersten Wickellagen über die Stirnflächen. Es wurde gefunden, daß die Luftverdrängungsrolle an einer beliebigen Stel­le des Wickelumfangs im Winkelbereich von 320° liegen kann, wobei dieser Winkelbereich symmetrisch zu der Verbindungslinie durch das Zentrum des Folienwickels 8 und der Berührungsstelle bzw. dem Kontaktpunkt 19 Fo­lienwickel/Kontaktwalze ist und die Berührungsstelle sich außerhalb dieses Winkelbereichs befindet.
• Hervorzuheben sind die synergistischen Effekte, die sich bei gleichzeitiger Verwendung der Kontaktwalze und der Luftverdrängungsrolle ergeben: Der Anpreßdruck der Kontaktwalze kann gegenüber der herkömmlichen Betriebs­weise reduziert werden, da in Form der Luftverdrängungs­rolle ein zusätzliches Mittel zum Herstellen von "luft­armen" Wickeln zur Verfügung steht. Durch die Reduzie­rung des Kontaktwalzendrucks nimmt die Walkarbeit im Kontaktbereich zwischen Wickel und frontaktwalze ab, so daß der Wickelvorgang mit verringerter Bahnspannnung durchgeführt werden kann. Dies ist besonders bei empfindlichen Materialbahnen, wie Dünnstfolien, von wesentlicher Bedeutung. Umfangreiche Versuche haben de­monstriert, daß mit Hilfe der neuen Wickelvorrichtung mindestens eine Verdoppelung der Wickelgeschwindigkeit bei PET-Dünnstfolien möglich ist, ohne daß hierbei die Wickelhärte wegen größerer, mit eingewickelter Luftmen­gen zurückgeht. Dies ist insofern wichtig, als eine be­stimmte Mindesthärte Grundvoraussetzung für eine späte­re Lagerung ohne die Entstehung von Fehlern, wie Ein­brüchen, Querfalten und dergleichen, ist.
• Selbstverständlich können auch zwei oder eine darüber hinausgehende Anzahl von Luftverdrängungsrollen über den Folienwickelumfang verteilt sein und gegen diesen mit entsprechend gleichen oder unterschiedlichen Li­niendrücken anliegen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Wickeln einer Folienbahn auf einen Wickelkern zu einem Folienwickel, mit einer Kontakt­walze, über welche die Folienbahn dem Folienwickel zu- geführt wird, wobei dieser sich gegensinnig zu der Kon­taktwalze mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie diese bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens entlang einer Kontaktlinie, die sich über die Wickelbreite er­streckt, ein Liniendruck kleiner als 10 N/cm auf den Folienwickel ausgeübt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Liniendruck im Bereich kleiner 5 N/cm bis größer 0,2 N/cm gewählt wird und insbesondere 2,5 bis 0,8 N/cm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Liniendruck entlang jeder beliebigen Kon­taktlinie, die in einem Winkelbereich von 320° über dem Umfang des Folienwickels liegt, ausgeübt werden kann, wobei die Berührungsstelle Folienwalze/Kontaktwalze ausgeschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Liniendruck entlang jeder beliebigen Kon­taktlinie, die in einem Winkelbereich von 320° über dem Umfang des Folienwickels liegt, ausgeübt werden kann, wobei dieser Winkelbereich symmetrisch zu der Verbin­ dungslinie durch das Zentrum des Folienwickels und der Berührungsstelle Folienwickel/Kontaktwalze liegt und die Berührungsstelle nicht mit einschließt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß der Liniendruck und die Breite der Kontaktli­nie so gewählt werden, daß die zwischen den obersten Folienlagen des Folienwickels eingewickelte Luft ge­staut und über die Wickelstirnflachen aus dem Folien­wickel herausgedrückt wird.

6. Vorrichtung zum Wickeln einer Folienbahn auf ei­nen Wickelkern zu einem Folienwickel, mit einer Kon­taktwalze, über welche die Folienbahn dem Folienwickel zugeführt wird, wobei die zu dem Folienwickel achspa­rallele Kontaktwalze mit gleicher Umfangsgeschwindig­keit und gegensinnig zu dem Folienwickel läuft, da­durch gekennzeichnet, daß zumindest eine Luftverdrän­gungsrolle (5 ; 5′) vorhanden ist, die achsparallel zu dem Folienwickel (8) angeordnet ist und in Kontakt mit der Folienbahn (1) auf dem Folienwickel (8) steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, daduch gekennzeich­net, daß die Luftverdrängungsrolle (5; 5′), die in Kon­takt mit der Folienbahn (1) auf dem Folienwickel (8) steht, sich über die Breite des Folienwickels hinaus erstreckt und über jede der beiden Stirnflächen (9) des Folienwickels vorsteht.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Luftverdrängungs­ rolle (5; 5′) im Bereich von 10 bis 100 mm liegt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Luftverdrängungs­rolle (5; 5′) dem 0,03- bis 0,50-fachen Durchmesser des Wickelkerns (2), insbesondere dem 0,05- bis 0,20-fa­chen Durchmesser, entspricht.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftverdrängungsrolle (5; 5′) durch einen an einen Rollenhalter (13) angelenkten An­drückmechanismus (6, 7, 10, 11, 12, 14) gegen den Fo­lienwickel (8) mit einem Liniendruck von 0,2 N/cm bis 10 N/cm gedrückt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­net, daß die an dem Folienwickel (8) anliegende Luft­verdrängungsrolle (5; 5′) beweglich gelagert und ge­führt ist, indem jedes ihrer Enden mit einem Zylinder (7) verbunden ist, der drehbar in einem Gelenk (14) auf dem Kontaktrollenhalter (13) gelagert ist, daß eine Kolbenstange (10) des Zylinders (7) an einem Hebelarm (6) eines Winkelhebels angelenkt ist, dessen anderer Hebelarm (11) mit der Luftverdrängungsrolle (5) verbun­den ist und daß jeder der beiden Winkelhebel um je ein Gelenk (12) verschwenkbar ist, das an dem Rollenhalter (13) angebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß die Luftverdrängungsrolle (5) einstückig aus­gebildet ist und in einem Winkelbereich von bis zu 320° an jeder beliebigen Umfangsstelle des Folienwickels (8) anliegt, wobei die Berührungsstelle Folienwickel/Kon­taktwalze außerhalb des winkelbereichs sich befindet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß die Luftverdrängungsrolle (5′) aus zwei oder mehreren Teilrollen (17, 17′, ...) besteht, die den gleichen Durchmesser besitzen, daß die Teilrollen auf einer Achse (15) aufsitzen und daß zwischen zwei Teil­rollen ein Rollendistanzstück (18) mit einem Durch­messer kleiner als der Rollendurchmesser der Teilrollen angeordnet ist.

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