EP1716062B1 - Wickelmaschine zum aufwickeln von dünnen folien, insbesondere von dünnen aluminiumfolien - Google Patents
Wickelmaschine zum aufwickeln von dünnen folien, insbesondere von dünnen aluminiumfolien Download PDFInfo
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- EP1716062B1 EP1716062B1 EP05707506A EP05707506A EP1716062B1 EP 1716062 B1 EP1716062 B1 EP 1716062B1 EP 05707506 A EP05707506 A EP 05707506A EP 05707506 A EP05707506 A EP 05707506A EP 1716062 B1 EP1716062 B1 EP 1716062B1
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- B65H2301/41486—Winding slitting winding on two or more winding shafts simultaneously
Definitions
- the invention relates to a winding machine for winding thin films, in particular of thin aluminum foils, with a contact roller which rests circumferentially on the winding rollers during winding under pressure.
- Winding machines for winding thin films made of plastic or aluminum known to contain one or more contact rollers, which rest during winding under pressure to the forming winding rollers.
- the contact rollers serve to squeeze the running air layer during emergence of the web on a winding roll and so largely prevent the ingress of air into the winding roll.
- a winding machine is described with a contact roller which is mounted in a movable carriage movable against the winding roller.
- a periodic translational movement of the winding roll or the contact roller thus leads to a periodic voltage pulsation in the material web.
- the stress peaks act against the direction of travel of the web back into the machine and affect the entire web transport and the cutting quality when slitting negative.
- the following example calculation shows which order of magnitude the stress changes can take depending on the web material:
- the invention is therefore an object of the invention to improve a winding machine of the generic type so that the above listed negative effects of non-round bobbins on the winding process can be significantly reduced.
- the negative effects of the changes in tension of the web caused by the ovality of the winding roll can be further reduced if the contact roll is supported by a stationary roller mounted in the machine frame on its rear side remote from the winding roll during winding.
- the incoming web initially wraps around the stationary driven roller, is then guided by the roller nip between the contact roller and the stationary roller and runs after a wrap of the contact roller in the gap between the contact roller and the winding roll on the winding roll.
- the web is clamped and so the web train interrupted. Voltage fluctuations resulting from a non-round winding can thus not react back into the machine. This results in an extremely voltage-constant and smooth free course of the web in the winding machine.
- roller trapping rollers for a web break are commonly referred to as nip rollers.
- the contact roller advantageously also assumes the function of a nip roller.
- Winding machine shown serves to wind a thin, divided by longitudinal cuts in strips of aluminum foil to wound rolls.
- the thickness of the aluminum foil is between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m.
- the winding machine includes in a known manner an unwinding device 1, in which the unwinding roll 2 is suspended, from which the web 3 to be wound is drawn off.
- the unwinding device 1 is mounted horizontally in and against the web running direction (double arrow 4) by means of a piston-cylinder unit 5.
- a piston-cylinder unit 5 When unwinding the position of the unwinding roll 2 is controlled so that the gap 6 between it and a first web guide roll 7 is kept constant.
- the web 3 is guided via two further web guide rollers 8, 9 to a first Nipstelle 10, which is formed by a driven stationary roller 11 and an against the roller 11 can be pressed roller 12.
- a first Nipstelle 10 which is formed by a driven stationary roller 11 and an against the roller 11 can be pressed roller 12.
- the train is interrupted. It is thus prevented that Bruzugschwankungen propagate from the settlement 1 in the winding machine.
- the web 3 is guided around a cutting roller 13, from which it is divided by longitudinal cutting into a plurality of strips 14, 15.
- the strips 14, 15 are alternately fed to an upper winding station 16 or a lower winding station 17, where they are wound into wound rolls.
- the lower winding station 17 is the same with mirror images of the upper winding station 16 arranged elements. It is wound up there the same way.
- the strips 14 are guided by a web guide roller 18 to a roller 20 which is stationarily mounted and driven in the machine frame 19. From the roller 20, the strips 14 are deflected to a contact roller 21, from which they are fed to the winding rollers 22.
- the winding rollers 22 are lined up on a take-up shaft 23, which is mounted at its two ends in each case in a carriage 24.
- Each slide 24 is movably mounted in the machine frame 19 horizontally in the direction of the double arrow 25, so that the distance of the winding shaft 23 from the contact roller 21 can be adapted according to the growing diameter of the winding roll 22.
- each carriage 24 is suspended from linear guides 26 in the machine frame 19.
- the contact roller 21 is stationary during winding.
- the contact roller 21 is suspended in the machine frame 19 in the manner of a pendulum and is supported on its winding rollers 22 facing away from the back of the stationary roller 20 so that it does not yield under the pressure of the growing bobbins 22, but remains stationary.
- the carriages 24 with the winding roll centers that is to say the winding shafts 23, are thus displaced automatically in accordance with the increase in diameter.
- the outer circumference of the winding rollers 22 is applied to the contact roller 21.
- the pushing away of the winding rollers 22 of the contact roller 21 takes place against an inelastically acting counterforce. According to the embodiment FIG.
- the inelastically acting counterforce is applied by a hydraulic piston-cylinder unit 26 which is fastened on the one hand to the machine frame 19, on the other hand to the carriage 24.
- the piston-cylinder unit 26 exclusively has a braking function without generating a restoring force in the direction of the contact roller 21. This is achieved by working as a hydraulic column against a maximum pressure valve. Only when a new start of the winding or for removing a finished winding roll 22, the piston-cylinder unit 27 operates as an actuator to move the carriage 24 in a desired position.
- the stationary roller 20 from which the contact roller 21 is supported, is driven. It forms with the contact roller 21 a Nipstelle, in which the strip 14 carried out be trapped and so the train is interrupted. Fluctuations of the web tension thus do not counteract the web running direction into the machine.
- the stationary roller 20 has an outer jacket surface of an elastic material, for example an elastomer, for forming the nip point. Alternatively, the outer surface of smooth polished steel.
- the support of the contact roller 21 with the stationary driven roller 20 advantageously makes it possible to use the contact roller 21 in a dual function: Firstly, the contact roller 21 acts in its actual function for squeezing the running air layer and influencing the winding hardness, on the other hand, it also acts as a nip roll for clamping the strips 14 for a Bruzugunterbrechung.
- a further movable roller 31 is arranged, which forms when moving against the stationary roller 20 with this another Nipstelle, in which the web train is interrupted.
- the web 3 and the strips 14, 15 in the region of longitudinal cutting with the cutting roller 13 are advantageously isolated from pulsations from the reeling.
- FIG. 2 the principle of a mechanical braking to generate the inelastic counterforce during winding is shown:
- the carriage 24 is provided on its upper side with a braking surface 28 on which a brake pad 29 rests with its friction lining 30.
- the braking force in the direction of the double arrow 25 is dependent on the pressing force F of the brake pad 29 against the carriage 24.
- the force F can be generated by various actuators, for example by a spring or an air or hydraulic cylinder.
- the pressing force F of the piston-cylinder unit 27 FIG. 1 can let generate.
- the piston-cylinder unit A 27 can continue so - as in FIG. 1 described - be used as an actuator for moving the carriage 24 in a bobbin change.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Wickelmaschine zum Aufwickeln von dünnen Folien, insbesondere von dünnen Aluminiumfolien, mit einer Kontaktwalze, die beim Aufwickeln unter Druck umfänglich an der Wickelrollen anliegt.
- Wickelmaschinen zum Aufwickeln von dünnen Folien aus Kunststoff oder Aluminium enthalten bekannter Weise eine oder mehrere Kontaktwalzen, die beim Aufwickeln unter Druck an den sich bildenden Wickelrollen anliegen. Die Kontaktwalzen dienen dazu, beim Auflaufen der Bahn auf eine Wickelrolle die mitlaufende Luftschicht abzuquetschen und so das Eindringen von Luft in die Wickelrolle weitgehend zu verhindern. Zudem lässt sich durch die Kontaktkraft zwischen der Wickelrolle und der Kontaktwalze die Wickelhärte der Wickelrolle beeinflussen. In der
DE 43 00 686 A1 ist eine Wickelmaschine mit einer Kontaktwalze beschrieben, die in einem bewegbaren Schlitten gelagert gegen die Wickelrolle bewegbar ist. In derDE 43 43173 A1 ist eine Wickelvorrichtung beschrieben, bei der mittels einer Andrückvorrichtung die Wickel mit einer vorgegebenen Kraft gegen die Tragtrommel gedrückt werden. Den nächstliegenden Stand der Technik bildet dieDE 26 13 453 , die eine Wickelmaschine zum Aufrollen von dünnen Aluminiumrohen offenbart. - In der Praxis sind Wickelrollen bereits bei Beginn der Aufwicklung auf der leeren Wickelhülse nie exakt kreisrund. Sorgt man durch eine federelastische Anpresskraft für einen dauerhaften Kontakt der Kontaktwalze am gesamten Umfang der Wickelrolle, so führt dies zu einer von der Größe der Unrundheit abhängigen translatorischen Bewegung entweder der Kontaktwalze (bei ortsfester Lagerung der Wickelrolle) oder der Wickelrolle (bei ortsfester Lagerung der Kontaktwalze). Jede dieser translatorischen Bewegungen verursacht eine Längenänderung und führt somit zu einer Änderungen der Bahnspannung in der zulaufenden Bahn, die vom Material des Bahnmaterials abhängig sind. Je größer der Elastizitätsmodul des Bahnmaterials in Laufrichtung ist, umso stärker wird die Bahnspannung geändert. Eine periodische translatorische Bewegung der Wickelrolle oder der Kontaktwalze führt somit zu einer periodischen Spannungspulsation in der Materialbahn. Die Spannungsspitzen wirken gegen die Laufrichtung der Bahn in die Maschine zurück und beeinflussen den gesamten Bahntransport und die Schneidqualität beim Längsschneiden negativ. Die nachfolgende beispielshafte Berechnung zeigt, welche Größenordnung die Spannungsänderungen in Abhängigkeit vom Bahnmaterial annehmen können:
- Längenänderung Δl der Bahn durch Unrundheit der Wickelrolle: 1 mm (angenommen) Bahnlänge L zur Absorption der Längenänderung: 1000 mm (angenommen) Spannungsänderung Δσ= E x ε (Dehnung) =ExΔl/L=70 000 x 1/1000 N/mm2 = 70 N/mm2.
- Material: Polyester
E-Modul E: 5 000 N/mm2 - Längenänderung Δl der Bahn durch Unrundheit der Wickelrolle: 1 mm (angenommen) Bahnlänge L zur Absorption der Längenänderung: 1000 mm (angenommen) Spannungsänderung Δ σ = E x ε (Dehnung) = E x Δ l / L = 5 000 x 1/1000 N/mm2 = 5 N/mm2 .
- Wie dieses einfache Berechnungsbeispiel zeigt, sind die Spannungsänderungen beim Wickeln von Folien aus Aluminium besonders dramatisch. Wickelt man weiche Aluminiumfolien, deren Fließgrenze bei 30 - 40 N/mm2 liegt, so können die großen Spannungsspitzen dazu führen, dass in periodischem Abstand eine bleibende Dehnung der Folie auftritt.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wickelmaschine der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass die vorstehende aufgeführten negativen Auswirkungen von unrunden Wickelrollen auf den Wickelvorgang erheblich vermindert werden.
- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Kontaktwalze ortsfest gelagert ist und die Wickelrolle beim Aufwickeln gegen eine inelastisch wirkende Gegenkraft von der Kontaktwalze wegdrückbar gelagert ist.
- Nach der Erfindung wird keine elastische Anpresskraft zwischen der Kontaktwalze und der Wickelrolle erzeugt, sondern mit zunehmendem Durchmesser drückt sich die Wickelrolle von der Kontaktwalze ab, ohne dass eine Rückstellkraft in Richtung zur Kontaktwalze erzeugt wird. Bei unrunden Wickelrollen führt dies dazu, dass die umfänglichen Erhöhungen der Wickelrolle - also die Umfangsbereiche mit größerem Radius als ihre Nachbarbereiche - den Mittelpunkt der Wickelrolle unter Kontakt von der Kontaktwalze wegdrücken, ohne dass die Wickelrolle im Bereich der kleinen Radien zur Kontaktwalze zurückgedrückt wird. In den Bereichen mit kleineren Radien wird so der Kontaktdruck reduziert oder er ist nicht vorhanden, so dass weniger hart gewickelt wird und sich etwas mehr Luft zwischen den einzelnen Wickellagen ansammeln kann. Dies führt zu einer Vergrößerung der Radien in diesen Bereichen und somit zu einer Verminderung der Unrundheit der Wickelrolle. Die Pulsationen werden selbständig reduziert, im Idealfall völlig unterdrückt.
- Die negativen Auswirkungen der von der Unrundheit der Wickelrolle verursachten Spannungsänderungen der Bahn lassen sich weiter vermindern, wenn die Kontaktwalze während des Aufwickelns von einer stationär im Maschinengestell gelagerten angetriebenen Walze an ihrer der Wickelrolle abgewandten Rückseite abgestützt wird. Die zulaufende Bahn umschlingt zunächst die stationäre angetriebene Walze, wird anschließend durch den Walzennip zwischen der Kontaktwalze und der stationären Walze geführt und läuft nach einer Umschlingung der Kontaktwalze in den Spalt zwischen der Kontaktwalze und der Wickelrolle auf die Wickelrolle auf. In dem Walzennip zwischen der Kontaktwalze und der stationären Walze wird die Bahn eingeklemmt und so der Bahnzug unterbrochen. Aus einer unrunden Aufwicklung resultierende Spannungsschwankungen können somit nicht in die Maschine zurückwirken. So ergibt sich ein extrem spannungskonstanter und glatter freier Verlauf der Bahn in der Wickelmaschine. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Schnittqualität beim Längsschnitt aus, bei dem die breite Bahn in mehrere nebeneinander geführte Streifen aufgeteilt wird, die anschließend jeweils zu einer Wickelrolle aufgewickelt werden. Walzen zum Einklemmen der Bahn für eine Bahnzugunterbrechung werden üblicher Weise als Nip-Walzen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform übernimmt die Kontaktwalze vorteilhaft zusätzlich die Funktion als Nip-Walze.
- Die übrigen Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Wickelmaschine.
-
- Fig. 1
- zeigt schematisch in Seitenansicht eine Wickelmaschine nach der Erfindung.
- Fig. 2
- zeigt das Prinzip einer mechanischen Bremsung zur Erzeugung der inelastisch wirkenden Gegenkraft.
- Die in
Figur 1 dargestellte Wickelmaschine dient zum Aufwickeln einer dünnen, durch Längsschnitte in Streifen unterteilten Aluminiumfolie zu Wickelrollen. Die Dicke der Aluminiumfolie beträgt zwischen 5 µm und 50 µm. - Die Wickelmaschine enthält auf bekannte Weise eine Abwickelvorrichtung 1, in der die Abwickelrolle 2 aufgehängt ist, von der die aufzuwickelnde Bahn 3 abgezogen wird. Die Abwickelvorrichtung 1 ist in und gegen Bahnlaufrichtung (Doppelpfeil 4) horizontal mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 5 bewegbar gelagert. Beim Abwickeln wird die Position der Abwickelrolle 2 so gesteuert, dass der Spalt 6 zwischen ihr und einer ersten Bahnführungswalze 7 konstant gehalten wird.
- Im Anschluß an die Bahnführungswalze 7 wird die Bahn 3 über zwei weitere Bahnführungswalzen 8, 9 zu einer ersten Nipstelle 10 geführt, die von einer angetriebenen stationären Walze 11 und einer gegen die Walze 11 andrückbaren Walze 12 gebildet wird. An der Nipstelle 10 wird der Bahnzug unterbrochen. Es wird so verhindert, dass Bahnzugschwankungen von der Abwicklung 1 sich in die Wickelmaschine fortpflanzen. Im Anschluß an die Nipstelle 10 wird die Bahn 3 um eine Schneidwalze 13 geführt, von der sie durch Längsschneiden in mehrere Streifen 14, 15 aufgeteilt wird. Die Streifen 14, 15 werden alternierend einer oberen Wickelstation 16 oder einer unteren Wickelstation 17 zugeführt, wo sie zu Wickelrollen aufgewickelt werden.
- Nachfolgend wird zur Vereinfachung nur der Aufbau und die Aufwicklung in der oberen Wickelstation 16 beschrieben. Die untere Wickelstation 17 ist gleich mit spiegelbildlich zur oberen Wickelstation 16 angeordneten Elementen aufgebaut. Es wird dort auf die gleiche Art und Weise aufgewickelt.
- Hinter der Schneidwalze 13 werden die Streifen 14 von einer Bahnführungswalze 18 zu einer ortsfest im Maschinengestell 19 gelagerten und angetriebenen Walze 20 geführt. Von der Walze 20 werden die Streifen 14 zu einer Kontaktwalze 21 umgelenkt, von der sie den Wickelrollen 22 zugeführt werden. Die Wickelrollen 22 sind auf einer Aufwickelwelle 23 aufgereiht, die an ihren beiden Enden jeweils in einem Schlitten 24 gelagert ist. Jeder Schlitten 24 ist im Maschinengestell 19 horizontal in Richtung des Doppelpfeils 25 bewegbar gelagert, so dass sich der Abstand der Wickelwelle 23 von der Kontaktwalze 21 entsprechend dem wachsenden Durchmesser der Wickelrolle 22 anpassen kann. Dazu ist jeder Schlitten 24 an linearen Führungen 26 im Maschinengestell 19 aufgehängt.
- Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Kontaktwalze 21 beim Aufwickeln ortsfest ist. Dazu ist die Kontaktwalze 21 im Maschinengestell 19 nach Art eines Pendels aufgehängt und wird an ihrer den Wickelrollen 22 abgewandten Rückseite von der stationären Walze 20 abgestützt, so dass sie unter dem Druck der wachsenden Wickelrollen 22 nicht ausweicht, sondern ortsfest verbleibt. Bei wachsendem Wickelrollendurchmesser werden somit die Schlitten 24 mit den Wickelrollenzentren, also den Wickelwellen 23, selbsttätig entsprechend dem Durchmesserzuwachs verschoben. Der Außenumfang der Wickelrollen 22 liegt dabei an der Kontaktwalze 21 an. Das Wegdrücken der Wickelrollen 22 von der Kontaktwalze 21 erfolgt dabei gegen eine inelastisch wirkende Gegenkraft. Beim Ausführungsbeispiel nach
Figur 1 wird die inelastisch wirkende Gegenkraft von einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 26 aufgebracht, die einerseits am Maschinengestell 19, andererseits am Schlitten 24 befestigt ist. Während des Wickelns hat die Kolben-Zylinder-Einheit 26 ausschließlich eine Bremsfunktion ohne eine Rückstellkraft in Richtung zur Kontaktwalze 21 zu erzeugen. Dies wird dadurch bewirkt, dass sie als hydraulische Säule gegen ein Maximaldruckventil arbeitet. Nur bei einem Neubeginn der Aufwicklung oder zum Entnehmen einer fertigen Wickelrolle 22 arbeitet die Kolben-Zylinder-Einheit 27 als Aktuator, um den Schlitten 24 in eine gewünschte Position zu verfahren. - Die stationäre Walze 20, von der die Kontaktwalze 21 abgestützt wird, ist angetrieben. Sie bildet mit der Kontaktwalze 21 eine Nipstelle, in der die durchgeführten Streifen 14 eingeklemmt werden und so der Bahnzug unterbrochen wird. Schwankungen des Bahnzugs wirken somit nicht gegen die Bahnlaufrichtung in die Maschine zurück. Bei bestimmten Bahnmaterialien kann es vorteilhaft sein, wenn die stationäre Walze 20 zur Bildung der Nipstelle eine äußere Mantelfläche aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Elastomer, aufweist. Alternativ ist die äußere Mantelfläche aus glatt poliertem Stahl. Die Abstützung der Kontaktwalze 21 mit der stationären angetriebenen Walze 20 ermöglicht es vorteilhaft, die Kontaktwalze 21 in einer Doppelfunktion zu nutzen: Zum einen wirkt die Kontaktwalze 21 in ihrer eigentlichen Funktion zum Abquetschen der mitlaufenden Luftschicht und zur Beeinflussung der Wickelhärte, zum anderen wirkt sie zusätzlich als Nip-Walze zum Einklemmen der Streifen 14 für eine Bahnzugunterbrechung.
- An der zur Kontaktwalze 21 abgewandten Rückseite der stationären Walze 20 ist eine weitere bewegbare Walze 31 angeordnet, die beim Bewegen gegen die stationäre Walze 20 mit dieser eine weitere Nipstelle bildet, in der der Bahnzug unterbrochen wird. So werden die Bahn 3 und die Streifen 14, 15 im Bereich des Längsschneidens mit der Schneidwalze 13 vorteilhaft von Pulsationen aus der Aufrollung isoliert.
- In
Figur 2 ist das Prinzip einer mechanischen Bremsung zur Erzeugung der inelastischen Gegenkraft beim Aufwickeln dargestellt: - Der Schlitten 24 ist an seiner Oberseite mit einer Bremsfläche 28 versehen, auf der ein Bremsklotz 29 mit seinem Reibbelag 30 aufliegt. Die Bremskraft in Richtung des Doppelpfeils 25 ist abhängig von der Andrückkraft F des Bremsklotzes 29 gegen den Schlitten 24. Die Kraft F kann von verschiedenen Aktuatoren erzeugt werden, beispielsweise durch eine Feder oder einen Luft- oder Hydraulikzylinder. Vorteilhaft ist es auch möglich, die Andrückkraft F von der Kolben-Zylinder-Einheit 27 aus
Figur 1 , erzeugen zu lassen. Die Kolben-Zylinder-Ein heit 27 kann so weiterhin - wie beiFigur 1 beschrieben - als Aktuator zur Bewegung der Schlitten 24 bei einem Wickelrollenwechsel verwendet werden.
Claims (5)
- Wickelmaschine zum Aufwickeln von dünnen Folien, insbesondere von dünnen Aluminiumfolien, mit einer Kontaktwalze (21), die beim Aufwickeln unter Druck umfänglich an der Wickelrolle (22) anliegt, wobei beim Aufwickeln die Kontaktwalze (21) ortsfest gelagert ist dadurch gekennzeichnet dass die Wickelrolle (22) gegen eine inelastisch wirkende Gegenkraft von der Kontaktwalze (21) wegdrückbar gelagert ist.
- Wickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakwalze (21) an ihrer der Wickelrolle (22) abgewandten Rückseite von einer stationär im Maschinengestell (19) gelagerten angetriebenen Walze (20) abgestützt wird.
- Wickelmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der zur Kontaktwalze (21) abgewandten Rückseite der stationären Walze (20) eine weitere Walze (31) angeordnet ist, die mit der stationären Walze (20) eine weitere Nipstelle bildet.
- Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die inelastisch wirkende Gegenkraft von einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (26) aufgebracht wird, die als hydraulische Säule gegen ein Maximaldruckventil arbeitet.
- Wickelmaschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die inelastisch wirkende Gegenkraft durch eine mechanische Bremse erzeugt wird.
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