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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigrollenwechsel in einer Maschine, vorzugsweise Rollenschneidemaschine, zum Auf- und Umwickeln einer Materialbahn und/oder Materialteilbahnen, vorzugsweise einer Papierbahn, einer Kartonbahn oder einer Tissuebahn, wobei die Maschine eine Abwicklung, vorzugsweise eine Längsschneidevorrichtung, ein Übergabeelement und eine Aufwicklung umfasst. Wobei die Abwicklung die Materialbahn von einer, auf einem Wickelkern aufgewickelten Mutterrolle abwickelt und die Aufwicklung die Materialbahn oder die Materialteilbahnen auf mindestens eine Wickelhülse zu mindestens einer Fertigrolle aufwickelt und die Mutterrolle antreibbar ist und mindestens eine Fertigrolle durch mindestens eine Tragtrommel, gestützt und antreibbar ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit der Behandlung einer Papierbahn erläutert. Sie ist jedoch auch bei anderen Materialbahnen entsprechend anwendbar, die ähnlich zu handhaben sind. Dabei handelt es sich beispielsweise, jedoch nicht erschöpfend, um Faserstoffbahnen aus Papier, Karton, Pappe oder Tissue.
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Papierbahnen werden in relativ großen Breiten von bis zu über 11 m in einer Papiermaschine produziert. Die Produktion erfolgt quasi endlos. Dabei definiert die Warenlaufrichtung der Papiermaschine für alle in der Papierfabrik befindlichen Maschinen und Einrichtungen die Längs- und in horizontaler Ebene senkrecht dazu die Querrichtung.
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Am Ende der Papiermaschine wird die erzeugte Papierbahn in voller Breite auf einen Wickelkern, in der sogenannten Aufrollung, aufgewickelt. Dieser Wickelkern wird zyklisch bei laufender Produktion ersetzt. Die auf diese Weise entstehende, bahnbreite Wickelrolle wird üblicherweise als Mutterrolle oder Volltambour bezeichnet und kann je nach Papiersorte mehrere Stunden Produktion der Papiermaschine aufnehmen, wobei diese Mutterrolle ein sehr hohes Gewicht von mehreren Dutzend Tonnen bis zu maximal 150 Tonnen pro Mutterrolle erreichen kann. Das Handling einer solch schweren Mutterrolle stellt an die verwendeten Vorrichtungeneine besondere Herausforderung.
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Um für einen späteren Verwender, beispielsweise eine Druckerei oder einen Weiterverarbeiter, handhabbar zu sein, muss die auf einer Mutterrolle gewickelte Papierbahn in mehrere parallel verlaufende Teilbahnen geschnitten werden, deren Breiten für den jeweiligen späteren Verwender geeignet sind. Diese Breiten können fallweise stark variieren, so dass die Aufteilung der Papierbahn üblicherweise nach einem individuell definierbaren Schnittmuster vorgenommen wird.
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Die Teilbahnen werden dann zu, im Vergleich zur Mutterrolle, kleineren Fertigrollen aufgewickelt und die gemeinsam als sogenannter Fertigrollenwurf ausgegeben werden. Das Schnittmuster ist von Fertigrollenwurf zu Fertigrollenwurf änderbar. Das Längsschneiden und Aufwickeln erfolgen zweckmäßigerweise in einer einzigen Maschine, die dann häufig als Rollenschneidvorrichtung bezeichnet wird.
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Allen oben beschriebenen Aufwickelvorrichtungen, also denen zur Erzeugung von Mutterrollen wie auch denen zur Erzeugung von Teilbahn- oder Fertigrollen, ist gemeinsam, dass die zur Ausbildung einer Wickelrolle aufzuwickelnde Bahn einen Wickelspalt mit mindestens einer Wickelwalze bildet, an der sie sich abstützt oder an der sie an- oder aufliegt und die dementsprechend als Stütz- oder Tragwalze bzw. Stütz- oder Tragtrommel bezeichnet wird. Diese, unmittelbar mit den sich bildenden Wickelrollen in Kontakt stehende(n) Tragtrommel(n), stellen somit auch die unmittelbar wirkenden Werkzeuge dar, mittels derer die Wickelgüte und auch die Wickelgeschwindigkeit beeinflussbar ist. Auch werden die Mutterrolle und/oder die Wickelrolle entweder direkt über mit den Rollen verbindbare Antriebsvorrichtungen oder indirekt über die Tragtrommel(n) angetrieben. Zur Steuer- und Regelung der Maschinen ist üblicherweise ein übergeordnete Steuer- und Regelvorrichtung vorgesehen, welche eine Vielzahl an Eingangsgrößen bzw. Ist-Werten und Steuer- und Regelgrößen bzw. Soll-Werte umfasst. Beispielsweise kommen viele Ist-Werte aus Sensoren, Antriebssteuerungen, Frequenzumrichtern und so weiter. Ebenso werden etliche Steuergrößen in die vorhanden Antriebssteuerungen bzw. den zugeordneten Frequenzumrichtern welche die Antriebe steuern eingespeist. Diese Steuer- und Regelvorrichtungen sind im heutigen Zeitalter fast vollständig digitalisiert. Dies bedeutet, dass eine Recheneinheit die Daten ver- und bearbeitet, bspw. zusätzliche Parameter mit berücksichtig und oder Daten filtern kann.
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Die beschriebenen Aufrollung am Ende einer Papiermaschine und die Rollenschneidemaschine unterscheiden sich üblicherweise in ihren Produktionsgeschwindigkeiten, wobei die Aufrollung am Ende eine Papiermaschine an die Produktionsgeschwindigkeit der Papiermaschine gekoppelt ist, sprich üblicherweise unterhalb 1600 m/min betrieben wird, ist bei einer Rollenschneidemaschine sehr oft eine "off-line" Anordnung zweckmäßig, dies bedeutet, dass die Rollenschneidemaschine unabhängig betrieben werden kann und hier Produktionsgeschwindigkeiten von weit über 2000m/min bis zu 3600m/min erreicht werden können.
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Diese deutlich höheren Produktionsgeschwindigkeiten in einer Rollenschneidemaschine stellen an die Komponenten deutlich höhere Anforderungen.
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Das Dokument (1)
EP 2 295 356 A2 offenbart ein Verfahren und Vorrichtung zum Wechseln von Fertigrollen bei Maschinen zum Aufwickeln von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen auf Hülsen, bei dem auf die Materialbahn zum Ankleben des Bahnanfangs an eine neue Hülse und/oder des Bahnendes an eine volle Fertigrollen Klebemittelaufgebracht werden, wobei die Klebemittel zunächst auf ein gegen die Materialbahn bewegbares Übergabeelement mit geringerer Adhäsionsfähigkeit als die Materialbahn aufgetragen werden, und anschließend das Übergabeelement gegen die Materialbahn bewegt wird und die Klebemittel an diese übergibt. Das Dokument (1) offenbart eine vorteilhafte Durchführung der Übergabe der Klebemittel bei sich verringernder Geschwindigkeit für einen zeitoptimierten Ablauf beim Rollenwechsel.
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Das Dokument (2)
EP 0 744 365 A2 offenbart ebenso ein Verfahren zum Fertigrollenwechsel in einer Wickelmaschine, wobei kurz vor Erreichen des Soll-Durchmessers der Wickelrolle(n) die Maschinengeschwindigkeit auf eine konstante oder allmählich reduzierende Kriechgeschwindigkeit reduziert wird. Danach wird die Bahn mit einer quer über die Bahn verlaufenden Schwächungsstelle mit einer separaten Perforiervorrichtung und davor mit Klebstoff mit einem separaten Klebstoffspender versehen, wobei zwischen der Bahn und der Mantelfläche der Perforiervorrichtung keine nennenswerte Relativgeschwindigkeit vorhanden ist. Nach dem Verkleben der Materialbahn mit der Fertigrolle wird diese ausgestoßen, wodurch die Materialbahn an der Schwächungsstelle durchgetrennt wird.
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Beim Stand der Technik wird der Fertigrollenwechsel in quasi-stationären Betriebszuständen und bei zur normalen Bahngeschwindigkeit von bis zu 3600m/min (100%) signifikant reduzierten Bahngeschwindigkeiten, vorzugsweise sogenannten Kriechgeschwindigkeiten von kleiner ca. 1% der normalen Bahngeschwindigkeit, ausgeführt. Ein quasi-stationärer Betriebszustand ist ein Betriebszustand, bei dem keine Beschleunigung oder Verzögerung bzw. eine konstante Bahngeschwindigkeit vorliegt. Auch werden die Fertigrollenwechselvorgänge oft bei sehr geringen Verzögerungswerten durchgeführt. Dies ermöglicht eine sichere und exakte Steuer- und Regelung der Perforation und des Klebemittelauftrages.
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Es wird bisher vermieden die Fertigrollenwechselvorgänge aus in einem von der Betriebsgeschwindigkeit startenden, konstanten Verzögerungsvorgang durchzuführen, da es sich in der Praxis immer wieder herausgestellt hat, dass Materialbahnabrisse beim Eintauchen der Perforiervorrichtung in bzw. des Übergabeelements an die Materialbahn auftraten. Diese Materialbahnabrisse verursachen hohe Produktionsverluste.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Maschine gemäß der unabhängigen Ansprüche zu schaffen, womit sich die Produktionskapazität der Maschine weiter erhöhen lassen kann und ein sichererer und zuverlässiger Fertigrollenwechsel, frei von Materialbahnabrissen, gewährleistet wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fertigrollenwechsel zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktivierungszeitpunkt des Übergabeprozesses beim Verzögerungsvorgang aus der normalen und im Wesentlichen konstanten Bahngeschwindigkeit mit einem, vorzugsweise konstanten, Verzögerungswert von größer 0,20 m/s2, insbesondere größer 0,5 m/s2, vorzugsweise größer 1,0 m/s2, besonders bevorzugt größer 2 m/s2, durchgeführt wird.
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Anders ausgedrückt, wird der Aktivierungszeitpunkt des Übergabeprozesses in einem von der Betriebsgeschwindigkeit startenden, konstanten Verzögerungsvorgangs durchgeführt.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Materialbahnabrisse durch das Auftreten von Relativgeschwindigkeiten zwischen der Materialbahn und dem Übergabeelement verursacht werden.
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In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird eine im Übergabeprozess vorliegende Ist-Bahngeschwindigkeit der Materialbahn oder der Materialteilbahnen direkt der Antriebssteuerung des Übergabeelements als Soll-Wertvorgabe für eine Bewegungsgeschwindigkeit des Übergabeelements vorgegeben wird, so, dass eine Relativgeschwindigkeit zueinander im Wesentlichen 0 m/min erreicht wird.
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Die Erfinder haben weiter herausgefunden, dass die auftretenden Relativgeschwindigkeiten bei einem Übergabeprozess bei einer Verzögerung der Materialbahn und/oder Materialteilbahnen der in der Antriebssteuerung des Übergabeelements ankommende Sollwert der Geschwindigkeit durch systembedingte Totzeitenverluste und Filterzeiten immer etwas zu hoch ist.
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Üblicherweise sind die in der übergeordneten Steuer- und Regelvorrichtungen der Maschine vorhandenen Zykluszeiten, welche zur Verarbeitung von Signalen auftreten und auch Filterzeiten die auf dem Messsignalen der ersten Tragwalze angewendet werden, unausweichlich.
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In einer alternativen Ausführungsform zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass während des Übergabeprozesses der aufgetragenen Klebemittel vom Übergabeelement an die Materialbahn oder die Materialteilbahnen die Ist-Bahngeschwindigkeit, vorzugsweise die Ist-Umfanggeschwindigkeit, der ersten Tragwalze, als Soll-Wertvorgabe für die Bewegungsgeschwindigkeit des Übergabeelements, übergeben wird.
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In einer alternativen Ausführungsform zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass die vorliegende Ist-Bahngeschwindigkeit durch eine direkte, vorzugsweise analoge oder digitale, Echtzeitverbindung der Antriebssteuerungen des Übergabeelements vorgegeben wird.
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Vorteilhafterweise lassen sich dadurch die in den übergeordneten Steuer- und Regelvorrichtungen der Maschine vorhandene Totzeiten der Steuerungsprogramme, welche zur Verarbeitung von Signalen erforderlich sind und auch Filterzeiten die auf Messsignalen zwischen 1ms und 50ms angewendet werden durch eine direkte, vorzugsweise analoge oder digitale, Echtzeitsteuerungsverbindung der Antriebssteuerung des Übergabeelements umgehen.
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In einer alternativen Ausführungsform zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass die direkte, vorzugsweise analoge oder digitale, Echtzeitsteuerungsverbindung eine vorliegende Ist-Umfangsgeschwindigkeit der ersten Tragwalze als Soll-Umfangsgeschwindigkeit des Übergabeelements in die Antriebsteuerung des Übergabeelements im Wesentlichen frei von einem Zeitversatz überträgt.
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Vorteilhafterweise kann dadurch die Soll-Umfangsgeschwindigkeit des Übergabeelements und die Ist-Umfangsgeschwindigkeit der ersten Tragwalze im Wesentlichen gleich sein. Dadurch kann vorteilhafterweise ein sauberen Übertrag der Trennstelle auf die Materialbahn erfolgen.
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In einer alternativen Ausführungsform zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der neue Aktivierungszeitpunkt bei einer vorliegenden Ist-Bahngeschwindigkeit von größer als 40 m/min, insbesondere größer 55 m/min, vorzugsweise größer 70 m/min, durchgeführt wird.
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In einer alternativen Ausführungsform zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der Aktivierungszeitpunkt des Übergabeprozesses in Abhängigkeit von der Positionierstrecke und einer Bremsstrecke bis zum Stillstand der Materialbahn oder Materialteilbahnen direkt in einer Steuer- und Regelvorrichtung automatisch ermittelt wird und Abweichungen der Positionier- zur Bremsstrecke ausgeglichen werden. Vorteilhafterweise kann für das Verfahren die Berechnung in der übergeordneten Steuer- und Regelvorrichtung erfolgen.
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In einer alternativen Ausführungsform zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der Aktivierungszeitpunkt des Übergabeprozesses in Abhängigkeit von der Positionierstrecke und einer Bremsstrecke bis zum Stillstand der Materialbahn oder Materialteilbahnen direkt in einer Antriebssteuerung des Übergabeelements automatisch ermittelt wird und Abweichungen der Positionier- zur Bremsstrecke ausgeglichen werden. Vorteilhafterweise kann für das Verfahren die Berechnung in der Antriebssteuerung des Übergabeelements erfolgen.
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Die Maschine zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die die Antriebsteuerung des Übergabeelements und die Antriebsteuerung der ersten Tragtrommel durch eine direkte, vorzugsweise analoge, Echtzeitsteuerungsverbindung verbindbar sind, so, dass eine vorliegende Ist-Bahngeschwindigkeit, vorzugsweise eine Ist-Umfangsgeschwindigkeit der ersten Tragtrommel, als Soll-Wertvorgabe für eine Bewegungsgeschwindigkeit des Übergabeelements, vorzugsweise als Soll-Umfangsgeschwindigkeit des Übergabeelements, vorgegeben wird.
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Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist- miteinander kombiniert sein können.
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Korrespondierende Elemente der Ausführungsbeispiele in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Funktionen solcher Elemente in den einzelnen Figuren entsprechen einander, sofern nichts anderes beschrieben ist und es nicht zu Widersprüchen führt. Auf eine wiederholte Beschreibung wird daher verzichtet.
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Es wird auch darauf hingewiesen, dass die sich unterscheidenden Merkmale der gezeigten Ausführungsbeispiele gegeneinander ausgetauscht und miteinander kombiniert werden können. Die Erfindung ist daher nicht auf die gezeigten Merkmalskombinationen der gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand folgender Figuren erläutert.
- Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Rollenschneidemaschine mit einer Klebe- und Trennvorrichtung 10;
- Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Geschwindigkeit-Zeit Diagramm im Vergleich zum Stand der Technik;
- Figur 3a bis 3e zeigen die Klebe- und Trennvorrichtung 10 in unterschiedlichen Betriebszuständen.
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Die Figuren sind in einem gemeinsamen Koordinatensystem angegeben, wobei MD die Maschinenlaufrichtung oder die Hauptbewegungsrichtung der Materialbahn, CD die Querrichtung der Materialbahn oder der Maschine und z die dritte Achse bzw. Höhenrichtung in einem rechtsdrehenden Koordinatensystem ist.
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Die Figur 1 zeigt eine schematisierte und vereinfachte Darstellung einer Maschine 1 zum Auf- und Umwickeln einer Materialbahn M bzw. mehreren Materialteilbahnen MT. Die Materialbahn M wird von einer Abwickelvorrichtung 2 oder Abwicklung 2 von einer Mutterrolle 20 oder einem Volltambour 20 abgerollt. Die Materialbahn M ist in mehreren Lagen auf einem Wickelkern 22 aufgewickelt und bildet somit die Mutterrolle 20 aus. Während der Abwicklung nimmt der Durchmesser der Mutterrolle 20 sukzessive ab, bis die Abwicklung oder Produktion angehalten werden muss und die abgewickelte Mutterrolle 20 durch eine neue, volle Mutterrolle 20 ersetzt wird und/oder die aufgewickelte mindestens eine Fertigrolle 40 in der Aufwicklung 4 fertig gewickelt wurde und durch einen neuen Wickelkern 44 ersetzt wird.
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Ein normales, vereinfacht beschriebenes Verfahren der Abwicklung besteht aus einem Wechsel der Mutterrolle 20 (Mutterrollenwechsel) und/oder der Fertigrolle(n) 40, 40.1, 40.2 (Fertigrollenwechsel) bei einem Stillstand der Maschine 1, einem Verbinden und/oder Trennen der Materialbahn M oder Materialteilbahnen MT, einer Beschleunigung auf Produktionsgeschwindigkeit vnor, einem Abwickeln bei Produktionsgeschwindigkeit vnor und einem Bremsen bzw. Verzögern zum Stillstand, um einen Wechsel der Fertigrollen 40 und/oder einen Wechsel der Mutterrolle 20 zu gewährleisten.
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Insbesondere die Betriebszustände mit hohen Verzögerungswerten sind durch die hohen Massen eine Herausforderung für die gesamte Vorrichtung. Jedoch ist ein schnelles Hoch- und Runterfahren gewünscht, da hier noch ein großes Potential an Produktivitätssteigerung möglich ist. Dabei ist hier das Ziel bis zu 150 Tonnen Gewicht auf Geschwindigkeiten von bis zu 3600 m/min innerhalb kleiner 30 Sekunden (~2 m/s2), vorzugsweise kleiner 15 Sekunden (~4 m/s2) zu beschleunigen oder zu verzögern. Dies Bedarf einer besonderen Auslegung der eingesetzten Vorrichtungen, insbesondere der Steuer- und Regelvorrichtungen und Antriebssteuerungen.
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Die Mutterrolle 20 mit Wickelkern 22 ist austauschbar und verschiebbar in der Abwicklung 2 gelagert. Der Wickelkern 22 ist verbindbar mit den in der Abwicklung 2 umfassten Antriebsvorrichtung 24, welche geeignet ist den Wickelkern 22 und die Mutterrolle 20 anzutreiben.
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Die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT bewegen sich in eine Laufrichtung L welche durch Richtungspfeile gekennzeichnet sind. Die Materialbahn M wird von der Mutterrolle 20 kommend über mindestens eine, vorzugsweise mehrere, Umlenk- oder Leitwalze 5 geführt und umgelenkt.
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Vorzugsweise wird die von der Mutterrolle 20 kommende Materialbahn M in einer Längsschneidevorrichtung 3 in mindestens zwei, drei oder mehrere Materialteilbahnen MT geschnitten und weitergeführt.
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Nachfolgend kann die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT über mindestens eine Breitstreckvorrichtung 6 geführt werden, um den mindestens einen Schnitt der Längsschneidevorrichtung 3 aufzuweiten, um die Materialteilbahnen MT besser auf die einzelnen, nebeneinander in Maschinenquerrichtung CD liegenden Wickelhülsen 44 aufzuwickeln.
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Die Materialbahn M wird oder die Materialteilbahnen MT werden zu einer ersten Tragtrommel 41 und über die Tragtrommel 41 geführt und auf mindestens eine Wickelhülse 44 zu mindesten einer Fertigrolle 40 aufgewickelt. Die Fertigrolle 40 wird dabei unter Ausbildung eines ersten Wickelspaltes 46 von der ersten Tragtrommel 41 und einer zweiten Tragtrommel 42, gestützt und angetrieben.
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Alternativ, in einer nicht dargestellten Ausführungsform, kann die Fertigrolle 40 auch von nur einer, ersten Tragtrommel 41 angetrieben werden, in diesem Fall kann es sich um eine sogenannte Zentraltrommel 41 handeln.
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Weiter ist eine Klebe- und Trennvorrichtung 10 vor oder in der Aufwicklung 4 in der Laufbahn der Materialbahn M oder Materialteilbahnen MT angeordnet. Insbesondere ist die Klebe- und Trennvorrichtung 10 nach der Breitstreckvorrichtung 6 und vor oder an der ersten Tragtrommel 41 oder der sogenannten Zentraltrommel 41 angeordnet.
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Eine Fertigrolle 40 entwickelt sich dabei über den Aufwickelvorgang mit stetig steigendem Durchmesser ausgehend von einem neuen Wickelkern 44 über eine teilweise gewickelte Fertigrolle 40.1 zu einer vollen oder fertigen Fertigrolle 40.2 (gestrichelt dargestellt).
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Ist eine Fertigrolle 40 fertig gewickelt, so wird eine quer zur Laufrichtung bzw. in Querrichtung CD verlaufende erstes Klebemittel 13.1 auf die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT aufgebracht. In Laufrichtung gesehen, nach diesem ersten Klebemittel 13.1 wird ein Schnitt oder eine Perforation durch das Schneide oder Perforationsmittel 14 aufgebracht, durch welche die Bahn getrennt oder geschwächt wird, und wiederum nachfolgend wird eine weitere quer zur Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT verlaufendes zweites Klebemittel 13.2 aufgebracht. Zusammengefasst bildet sich eine Trennstelle 15 durch die beiden Klebemittel 13.1, 13.2 und/oder den Schnitt und die Perforation aus.
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Wenn sodann die Trennstelle 15 eine Positionierstrecke PS von ihrer Auftragsstelle 16 am Übergabeelement 11 auf die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT bis zum ersten Wickelspalt 46 zurückgelegt hat, wird die zulaufende Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT (z.B. durch Abbremsen der Mutterrolle 20) ruckartig verlangsamt und dadurch an der Schwächungszone durchgetrennt.
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Das in Laufrichtung erste Klebemittel 13.1 dient dazu, das so entstehende Bahnende der Materialbahn M oder Materialteilbahnen MT an die letzte Lage der fertigen Fertigrolle 40.2 anzukleben, und das (in Laufrichtung L gesehen) zweite Klebemittel 13.2 dient dazu, den neuen Bahnanfang der nunmehr nachfolgenden Materialbahn M oder Materialteilbahnen MT an eine neue Wickelhülse 44 anzukleben.
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Die Klebe- und Trennvorrichtung 10 umfasst dazu ein bewegbares, vorzugsweise rotierbares und antreibbares, Übergabeelement 11, insbesondere eine Exzenterwalze, welches in Eingriff mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT gebracht werden kann. Das Übergabeelement 11 wird vorteilhafterweise nur während der Aktivierung der der Klebe- und Trennvorrichtung 10 in Kontakt mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT gebracht.
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Das Übergabeelement 11 umfasst an seinem Umfang ein Schneide- oder Perforationsmittel 14, insbesondere ein oder mehrere sich in Querrichtung CD erstreckende Messer, vorzugsweise ein oder mehrere gezackte Perforationsmesser.
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Das Schneide- oder Perforationsmittel 14 kann dabei ebenso versenkbar ausgeführt sein.
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Weiter umfasst die Klebe- und Trennvorrichtung 10 ein gegenüber dem Übergabeelement 11 und der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT angeordnetes stützendes Stützelement 12, vorzugsweise ist das Stützelement 12 eine gummierte, rotierbare Exzenterstützwalze, welche einen dem Übergabeelement 11 kongruenten Querschnitt aufweist, wobei das Stützelement 12 und das Übergabeelement 11 gekoppelt sind, so, dass ein Antrieb beide Elemente gleichzeitig antreiben und beide synchron in die Materialbahn M und/oder die Materialteilbahnen MT in Eingriff bringen kann.
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Das Stützelement 12 und das Übergabeelement 11 sind nur im Zeitraum des Übergabeprozesses der Klebemittel und/oder der Perforation im Eingriff bzw. im Kontakt mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT, im restlichen Betrieb der Maschine 1 sind das Stützelement 12 und das Übergabeelement 11 nicht in Kontakt mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT.
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Weiter umfasst die Klebe- und Trennvorrichtung 10 ein Klebeauftragselement 13, welches an der Umfangsfläche des Übergabeelements 11 angeordnet ist. Das Klebeauftragselement 13 kann eine erstes Klebemittel 13.1 und ein zweites Klebemittel 13.2, vorzugsweise simultan, auf den Umfang des Übergabeelements 11 in Querrichtung CD aufbringen. Bei dem Klebemittel kann es sich beispielsweise um einen Leim oder ein Klebeband handeln.
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Das erste Klebemittel 13.1 wird dabei in Laufrichtung L der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT vor dem Schneide- oder Perforationselement 14 aufgebracht und das zweite Klebemittel 13.2 nach dem Schneide- oder Perforationselement 14.
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Weiter ist eine übergeordnete, insbesondere digitale, Steuer- und Regelvorrichtung 90 der Maschine 1 dargestellt. Vereinfacht sind gestrichelt eine Steuer- und Regelverbindung von der übergeordneten Steuer- und Regelvorrichtung 90 zu einer Antriebssteuerung 91 des Übergabeelements 11 und weiter zum Antrieb des Übergabeelements 11, sowie zu einer Antriebssteuerung 92 der ersten Tragwalze 41 und weiter zum Antrieb der ersten Tragwalze 41 dargestellt.
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Weiter ist eine direkte, vorzugsweise analoge, Echtzeitsteuerungsverbindung 98 von der Antriebssteuerung 92 der ersten Tragwalze 41 zu der Antriebssteuerung 91 des Übergabeelementes 11 vorgesehen. Diese Echtzeitsteuerungsverbindung 98 ermöglicht es, dass eine vorliegende Ist-Bahngeschwindigkeit v, vorzugsweise eine Ist-Umfangsgeschwindigkeit der ersten Tragtrommel 41, als Soll-Wertvorgabe für eine Bewegungsgeschwindigkeit des Übergabeelements 11, vorzugsweise als Soll-Umfangsgeschwindigkeit des Übergabeelements 11, vorgegeben wird.
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Die Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Geschwindigkeits-Zeit Diagramm (v-t Diagramm) des Betriebes einer Maschine 1 zum Auf- und Umwickeln, beispielsweise einer Rollenschneidemaschine. Die Geschwindigkeit ist die Fortbewegungsgeschwindigkeit in Laufrichtung L der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT in der Maschine 1.
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Die gezeigte Geschwindigkeit v ist auf der y-Achse dimensionslos aufgetragen und bezogen auf die maximale Bahngeschwindigkeit vnor der entsprechenden Maschine 1. Die Zeit t ist die für eine Auf- und Umwicklung einer Fertigrolle 40 von einer neuen Wickelhülse 44, über einen gerade gewickelte Fertigrolle 40.1 bis zu einer fertigen Fertigrolle 40.2 dargestellt, wobei bis kurz vor dem Erreichen der fertigen Fertigrolle 40.2 am dargestellten Zeitpunkt A ein Verzögerungsvorgang in der Maschine mit einer negativen Beschleunigung bzw. einem Verzögerungswert eingeleitet wird. Dieser wird üblicherweise, wie in der durchgezogen dargestellten Linie bis zu einem Zeitpunkt B vor dem Stillstand der Maschine auf eine sogenannte konstante Kriechgeschwindigkeit gesteuert und geregelt.
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Alternativ kann üblicherweise bei Erreichen der reduzierten, konstanten Kriechgeschwindigkeit eine reduzierte Verzögerungsphase (lang gestrichelt), insbesondere kleiner 0,20 m/s2, bis zum Stillstand E eingeleitet werden. Beide Alternativen sind mit Prior Art gekennzeichnet.
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Gleichzeitig oder kurz nach dem Erreichen des Zeitpunktes B wird zum Zeitpunkt C, dem Aktivierungszeitpunkt C, die Klebe- und Trennvorrichtung 10 aktiviert und überträgt, wie eingangs schon erläutert, das erste Klebemittel 13.1, die Perforationslinie durch das Schneideelement 14 und das zweite Klebemittel 13.2 auf und in die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT. Ist dies erfolgt, beispielsweise am oder kurz vor dem Erreichen des gezeigten Zeitpunktes D, wird ein weiterer Verzögerungsvorgang eingeleitet, welcher die Maschine 1 von der Kriechgeschwindigkeit bis zum Stillstand bei v = 0 m/min, dargestellt als Zeitpunkt E, verzögert.
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Dieses üblicherweise durchgeführte Verfahren ermöglicht eine einfache Ausführung der Steuer- und Regelungsvorrichtung 90 und kann durch die konstante Geschwindigkeit oder die niedrigen Verzögerungswerte bei der Aktivierung des Übergabeelementes 11 ohne komplexe Berücksichtigung der variierenden Trägheitsmassen der bewegenden Komponenten exakt bestimmt und gesteuert werden.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Maschine 1 ist wie in der kurz gestrichelten Linie ein neuer, optimierter Zeitverlauf E4 des Verzögerungsvorgangs aus Bahngeschwindigkeit vnor ab dem Zeitpunkt A bis zum neuen Stillstand im Zeitpunkt E' dargestellt. Die Aktivierung des Übergabeelementes 11 bzw. der Klebe- und Trennvorrichtung 10 (Figur 3a, 3b, 3c) findet nun im ersten Verzögerungsvorgang bei maximaler Verzögerung im Zeitpunkt C' statt.
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Es muss hierfür eine Berücksichtigung der exakten Trägheitsmassen, der zurückzulegenden Strecke bzw. Längen, wie Positionierstrecke und Bremsstrecke, der Materialbahn M oder der Materialteilbahnen MT von der Klebe- und Trennvorrichtung 10 bis zum Übertrag der Klebestreifen 13.1 und 13.2 auf die fertig gewickelte Fertigrolle 40.2 (Figur 3d) und auf die neue Wickelhülse 44 (Figur 3e) in der Steuer- und Regelvorrichtung berücksichtigt werden. Kleinste Abweichungen führen zu einem falschen Übertrag der Klebestreifen und Trennung der Materialbahn M oder der Materialteilbahnen MT.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung ist es möglich eine Verkürzung bzw. Optimierung des Zeitbedarfs vom Zeitpunkt A, dem Beginn der Verzögerung aus Bahngeschwindigkeit, bis zum Zeitpunkt E, dem Stillstand, zu ermöglichen, so, dass sich ein neuer verkürzter, optimierter Zeitverlauf von Zeitpunkt A bis E' einstellt. Der verkürzte Zeitverlauf von A-E' ist im Vergleich zu dem Zeitverlauf von A-E (Prior Art) von bis zu 30s, insbesondere 20s, vorzugsweise 15s, verkürzt.
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Die Figur 3a bis 3e zeigen die Klebe- und Trennvorrichtung 10 in unterschiedlichen Betriebszuständen. Dabei ist ein Ausschnitt der Materialbahn M oder der Materialteilbahnen MT dargestellt, welche sich in Laufrichtung L mit einer Geschwindigkeit v bzw. maximal vnor bewegt.
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Die Klebe- und Trennvorrichtung 10 umfasst dabei ein rotierbares und antreibbares Übergabeelement 11, eine rotierbares und antreibbares Stützelement 12 und ein Klebeauftragselement 13. Am Umfang des Übergabeelements 11 ist ein Schneide- oder Perforationsmittel 14 fest oder einziehbar angeordnet. Einziehbar bedeutet, dass das Schneide- oder Perforationsmittel 14 innerhalb des Umfangs des Übergabeelements 11 eingezogen werden kann, so, dass das Schneide- oder Perforationselement 14, auch wenn das Übergabeelement 11 in Kontakt mit der Materialbahn M oder der Materialteilbahnen MT ist, keine Schneide bzw. Perforationslinie in die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT einbringen kann.
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Die Figur 3a zeigt einen ersten Vorbereitungszustand der Klebe- und Trennvorrichtung 10, dabei ist das des Übergabeelement 11 und auch das Stützelement 12 in der MD-z Ebene beweglich ausgeführt und derart positioniert, das beide Elemente 11, 12 kontaktfrei mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT sind.
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Das Übergabeelement 11 wird in seiner Rotationsposition derart positioniert, so, dass das Schneidelement 14 und das Klebeauftragselement 13 kongruent zueinander sind. Dies bedeutet das dann ein Auftrag des ersten Klebestreifens 13.1 exakt vor dem Schneidelement 14 in Querrichtung CD und des zweiten Klebestreifens 13.2 exakt nach dem Schneideelement 14 in Querrichtung CD auf das Übergabeelement 11 aufgetragen werden.
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In Figur 3b ist nach erfolgtem Klebeauftrag durch das Klebeauftragselement 13 das Übergabeelement 11 in seiner Rotationsposition in eine Startstellung, kurz vor einem Eingriff in die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT positioniert. Insbesondere ist das Stützelement 12 in Kontakt mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT positioniert und rotiert mit der Materialbahngeschwindigkeit, entweder passiv oder aktiv angetrieben.
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Das Übergabeelement 11 ist noch kontaktfrei zur Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT. Zusätzlich kann in einer alternativen Ausführungsform das Übergabeelement 11 in seiner Position zur Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT in MD-z Ebene weiter angenähert sein.
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Aus der dargestellten Position in Figur 3b kann eine Aktivierung der Klebe- und Trennvorrichtung 10 erfolgen, welche dann in eine Drehbewegung von maximal 180° in Laufrichtung L der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT dreht und somit kurzzeitig in Eingriff bzw. Kontakt mit der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT ist. Es erfolgt ein Übertrag von dem Übergabeelement 11 als erstes des ersten Klebemittels 13.1 auf die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT, danach perforiert das Schneidelement 14 in Querrichtung CD und schwächt die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT für eine spätere Trennung, nachfolgend wird das zweite Klebemittel 13.2 auf die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT übertragen. Zusammengefasst bilden die drei Schritte eine Trennstelle 15 in der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT aus.
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Das Ende des erläuterten Ablaufs ist in Figur 3c dargestellt, die Klebe- und Trennvorrichtung 10 befindet sich in einer Endposition und ist bereit für einen erneuten Beginn des Ablaufs. Zusätzlich dargestellt ist die, von der Klebe- und Trennvorrichtung 10, erzeugte Trennstelle 15 in der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT, welche schon eine gewisse Distanz in Laufrichtung L zurückgelegt haben.
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Final wird die Trennstelle 15 bis zur Aufwicklung 4 transportiert. Durch einen kurzen Ruck beim Abbremsen oder beim Ausstoßen der fertigen Fertigrolle 40.2 aus der Abwicklung 4, trennt sich die Materialbahn M oder die Materialteilbahnen MT an der vorbereiteten Trennstelle 15 von selbst und es wird ein Bahnende mit dem positionierten ersten Klebestreifen 13.1 und ein neuer Bahnanfang mit dem positionierten zweiten Klebestreifen 13.2 der Materialbahn M oder den Materialteilbahnen MT erzeugt.
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Beim Erreichen der Aufwicklung 4 wird, wie in Figur 3d dargestellt, auf die fertig gewickelte Fertigrolle 40.2 das Bahnende der Materialbahn M oder die Bahnenden der Materialteilbahnen MT mit dem ersten Klebestreifen 13.1 auf die äußere Lage der fertigen Fertigrolle 40.2 oder Fertigrollen 40.2 festgeklebt.
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Beim Erreichen der Aufwicklung 4 wird, wie in Figur 3e dargestellt, auf die neue Wickelhülse 44 der Bahnanfang der Materialbahn M oder die Bahnanfänge der Materialteilbahnen MT mit dem zweiten Klebestreifen 13.1 auf die neuen Wickelhülse 44 oder Wickelhülsen 44 festgeklebt.
Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschine
- 2
- Abwicklung
- 3
- Längsschneidevorrichtung
- 4
- Aufwicklung
- 5
- Umlenk- oder Leitwalze(n)
- 6
- Breitstreckvorrichtung
- 10
- Klebe- und Trennvorrichtung
- 11
- Übergabeelement
- 12
- Stützelement
- 13
- Klebeauftragselement
- 13.1
- erstes Klebemittel
- 13.2
- zweites Klebemittel
- 14
- Perforationsmittel
- 15
- Trennstelle
- 16
- Auftragsstelle
- 20
- Mutterrolle
- 22
- Wickelkern
- 24
- Antriebsvorrichtung
- 40
- Fertigrolle
- 40.1
- teilweise gewickelte Fertigrolle
- 40.2
- volle oder fertig gewickelte Fertigrolle
- 41
- erste Tragtrommel
- 42
- zweite Tragtrommel
- 44
- Wickelhülse
- 46
- erster Wickelspalt
- 90
- Steuer- und Regelvorrichtung der Maschine
- 91
- Antriebssteuerung des Übergabeelements
- 92
- Antriebssteuerung der ersten Tragwalze
- 98
- Direkte Echtzeitsteuerungsverbindung
- A
- Zeitpunkt - Beginn erste Verzögerung aus Bahngeschwindigkeit
- B
- Zeitpunkt - Beginn Kriechgeschwindigkeit,
- C
- Aktivierungszeitpunkt (Prior Art)
- D
- Zeitpunkt - Ende Kriechgeschwindigkeit, Beginn weitere Verzögerung
- E
- Stillstand (Prior Art)
- C'
- neuer Aktivierungszeitpunkt
- E'
- neuer Stillstand
- E4
- optimierte Zeitverlauf nach dem vorliegenden Verfahren
- M
- Materialbahn
- MT
- Materialteilbahnen
- L
- Laufrichtung Materialbahn
- t
- Zeit
- v
- Geschwindigkeit
- v'
- neue Aktivierungsgeschwindigkeit
- vk
- Kriechgeschwindigkeit
- vnor
- maximale Geschwindigkeit im Betrieb der Maschine
- MD
- Maschinenlaufrichtung
- CD
- Querrichtung
- z
- Höhenrichtung