KR20020035081A - 권취기의 접촉선압 제어 (합지기의 릴리빙 시스템) - Google Patents

Abstract

본 발명은 초지기에서 생산된 화장지를 두겹으로 합지하여 재 권취하는 장치에 관한 것이다. 초지기에서 생산된 한겹으로 감긴 롤 두개를 풀어서 두겹으로 감을 때 제일안쪽 말대의 안쪽 중앙공간에 철원통형의 철심을 삽입하고 철원통형의 코아가 삽입된 말대(BOBBIN)와 2개의 구동롤간의 접촉선압(NIP PRESSURE)로 합지된 화장지가 감기는데 이때 초기 말대의 직경은 15 ∼ 20 cm정도이고 다감긴 합지 권취롤은 최대 직경이 300 cm정도이다. 이때 제일 안쪽으로부터 바깥쪽으로 감긴상태가 균일하게 감기기 위하여 감긴롤의 증가에따라 상기접촉 선압을 일정하게 유지하여야 하는데 이를 위하여 권취롤의 증가에따라 무게가 증가하므로 이 무게 증가하는 만큼 권취롤을 들어주어야 한다. 이 무게증가에 따라 권취롤을 들어주는 힘을 유압 시린더의 공급 유압을 제어 하므로 얻고 이 유압을 릴리빙 압력이라 한다.

본 발명은 권취롤 하는 동안 권취롤 직경의 증가를 기계적으로 측정하는 것과, 측정된 권취롤의 직경값에서 권취롤의 무게를 산정하고 그리고 권취롤의 권취속도에 따라 합지된 두겹의 화장지와 구동롤 간에 생성되는 공기층(AIR FOIL)의 압력으로 인하여 감기는 접촉선 압이 변하는 것에 착안하여 상기 릴리빙 압력을 제어하여 합지된 화장지롤을 소분 재 권취가공한 제어장치에 관한 것이다. 상기장치는 화장지에만 해당되지 않고 필림 및 옷감등 모든 권취장치에 적용한다.

Description

권취기의 접촉선압 제어 (합지기의 릴리빙 시스템){WINDER'S NIP. PRESSURE CONTROL (COMBINER. RELIEVING. SYSTEM)}

본 발명은 종이나 필름 혹은 옷감등을 권취하는 권취기에 있어서 권취하는 힘을 구동로라와 권취롤간의 접촉되는 접촉선압(NIP PRESSURE)로 얻어서 권취하는 경우에 접촉선압은 권취롤의 무게와 권취되는 물체의 권취속도에 따라 형성되는 공기층의 압력에 따라 변하는 것에 착안하여 접촉선압을 제어함으로 권취상태를 제어하게 하는 장치에 관한 것이다. 종이, 필림, 옷감등을 감을때 같은 높이의 두개의 구동롤이 일정간격으로 평행을 유지하여 있고 이 두개의 구동롤 위에 권취를 위한말대가 놓여있다. 이때 두개의 구동롤이 같은 방향으로 구동하면 권취를 위한 말대(BOBBIN)도 구동하므로 권취가 된다. 이때 권취되는 힘은 권취롤에 가해지는 수직방향의 힘에 의하여 권취되는 롤과 구동롤간의 접촉선압에 의한 마찰력으로 얻어진다.

수직방향의 힘은 외부에서 가하는 경우도 있지만 대부분 말대와 말대에 연결된 장치의 자중에 의하여 얻는다. 권취를 시작한 초기에는 이 중력이 적지만 권취되는 양에따라 중력이 증가 하므로 이 증가되는 중력만큼의 힘을 들어 주어야 구동롤과 권취롤간의 접촉선압을 일정하게 유지 할수 있다. 이 들어주는 힘을 릴리빙 힘이라 하고 이 힘을 얻기 위하여 감기는 말대의 중앙공간에 삽입기구인 (CHUCK)척홀다 와 연결되고 척홀다는 유압 혹은 공압 실린더에 연결되어 있다. 이 연결된 유.공압 실린더에 가해지는 유압혹은 공기압은 릴리빙 압력이라하고 이 릴리빙 압력을 제어한다.

이를 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도1에서와 같이 화장지의 합지 권취장치를 실예로 들어 설명한다. 초지기에서 생산된 초지롤1 (101)과 초지롤2 (102)를 풀어서 두겹으로 압축롤(103)에서 압축합지하고 이를 권취롤(105)에서 감기 위하여 구동롤(104)가 구동하여 감을때 초기 말대의 직경은 15∼20 cm에서부터 시작하여 권취롤 직경이 300cm 정도까지 권취한다. 이때 권취롤의 최대무게는 3톤 정도이다. 초기 권취를 위한 철심(코아) 말대 그리고 삽입측 척홀다등 장치의 자중이 약 500 ∼ 800kg정도 되고 권취를 다한 권취롤에 감긴 화장지의 무게가 최고 3TON정도이다.

권취를 시작 할때는 권취기구의 자중 500 ∼ 800kg으로 인하여 구동롤(104)와 권취롤(105)간의 접촉선압이 형성되고 권취를 함에따라 권취롤의 무게는 증가하여 최종 권취롤 직경이 300cm에 도달하면 3톤 이상이된다. 이때 릴리빙 압력은 권취초기에는 아주 낮은 압력으로 시작하여 권취롤의 직경증가의 제곱에 비례하여 권취롤 자중이 증가하고 또한 유체속에서 물체가 이동할 때 유체와 움직이는 물체간의 속도차에 의하여 공기층 압력이 발생한다. 이로인한 공기층 압력은 레이놀즈 방정식에 의하면 대략 움직이는 물체의 속도의 제곱에 비례하여 무차원 공기압력이 발생한다.

이로서 권취속도의 제곱에 비례하여 발생하는 공기층 압력에 의하여 권취롤과 권취되는 종이간의 공기를 밀어내어야 하는 힘이 있어야 하는데 이 힘은 상기 접촉 선압에 의하여 공기를 밀어낸다.

장치를 기동초기 권취속도가 접촉선압이 500kgf로 시작하여 속도를 증가하여 갈 때 상기 공기층이 발생하여 이 공기층압이 300kgf정도의 압력이 발생할 경우의 접촉선압은 500+300 = 800kgf로 감아야 접촉선압이 일정하게 유지된다.

이로서 권취기의 릴리프 압력은 권취롤의 직경과 권취속도간의 함수에 의하여 결정된다.

본 발명은 권취롤 경을 측정하기 위하여 도2에서 나타낸 것과 같이 권취롤 증가에따라 움직이는 척롤다(111)의 운동범위에 맞게 두개의 체인 스프라켓휠(1073) (1075)를 이격시켜 이 두개 체인 스프라켓 휠에 체인(1074)를 연결하고 이 체인의 한 고리에 척 홀다와 연결하여 측홀다가 움직임에 따라 두개의체인 스프라켓 휠이 회전하고 이 회전하는 스프라켓 휠중 하나인 상부 스프라켓 휠에 회전비율을 환산하는 피니온기아(1072)와 매인기아(1071)를 설치하고 매인기아(1071)에 전위차계(301)을 설치하여 권취롤이 최소에서 최대로 증가함에따라 전위차계의 출력전압이 이에 상응하여 출력하므로 검출된다.

권취속도는 구동롤을 구동하는 구동전동기에 회전검출기(302)를 설치하고 검출하고, 권취되는 제품의 종류에따라 릴리빙 압력의 변화추이를 제어하는 릴리빙 압력제어 전위차계(303), 말대의 코아경을 설정하는 전위차계(304)의 입력신호를 받아 이를 산정하는 함수를 구성하고 이 함수의 출력값에따라 릴리빙 압력을 제어하는 전기식 비례제어 릴리프 발브(205)의 전기소레노이드(305)에 흐르는 전류량을 제어한다. 입력요소에따라 출력되는 전기적신호 값은 다음 식에 의한다.

여기서 P : 릴리빙 압력

S : 제어상수(303으로 설정) R _X : 권취롤 반경(301로 측정)

Z : 코아반경(304로 설정) V : 권취속도(302로 검출)

ρ: 제품의 밀도에 따른 계수

α: 공기에 의하여 산출되는 계수

이로서 본 발명은 권취롤의 직경과 권취속도롤 동시에 감지하여 권취롤(105)와 구동롤(104)간의 접촉선압을 일정하게 유지하기 위한 릴리빙 압력을 산정하는 모든장치에 관한 것이다.

본 발명은 릴리빙 압력을 자동으로 제어하므로 권취롤에 감긴 화장지나 필림등이 일정한 상태로 권취됨으로 인하여 권취속도를 증가 함은 물론 권취된 제품의 품질을 향상 시킨다.

특히 화장지의 경우 권취롤을 전단가공과 동시에 두루마리를 50m식 소분하여 재가공시 상기권취롤의 안쪽에 감긴 화장지와 바깥쪽에 감긴 화장지의 품질 및 길이등이 다른 것을 보상하여 권취가 가능하므로 생산성을 향상함과 동시에 제품원가를 절감 할수 있는데 그 목적이 있다.

종래에는 권취시 권취롤의 직경이 무단으로 변화하는 것에 적응하지 못하고 이를 수동으로 단계적으로 조절하므로 제품의 품질이 낮음은 물론 작업자의 숙련도에따라 제품의 생산량과 제품의 질이 일정하지를 않다. 또한 릴리빙 압력을 자동으로 제어하기 위하여 권취되는 제품의 길이를 측정하는 카운타로 이를 설정하여 릴리빙 압력을 제어하는 장치를 만들었으나 권취중 화장지등은 중간에 절선된 부분이 많고 절취된 상태가 불량하여 중간에 이를 제거하는 경우가 많은데 이를 보정 할 수가 없으므로 사용이 불가능 하였다. 권취속도에 따라 발생하는 공기층의 압력에 따른 보상이 없으므로 권취속도를 마음대로 가변 할 수가 없다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안 이를 해소 하기위하여 연구 개발된 것으로 권취롤의 직경 증가량을 기계적으로 연결측정하므로 권취시 권취상태가 불량하여 이를 제거할 때 권취경이 작아지는 것 만큼 척홀다가 내려감에 따라 권취롤 직경 검출기도 이에따라 변한다. 그리고 권취속도에 따라 형성되는 공기층의 압력을 접촉선압을 제어하므로 권취속도를 감지하기 위하여 구동전동기의 회전속도를 감지하여 입력한다.

이로서 상기 두개의 변수에 따라 산정되는 릴리빙 압력을 제어하는 제어출력은 전자회로(마이크로 컴퓨터)가 산정 출력하고 이 출력된 전기신호에 따라 비례제어식 전기 릴리프 발브의 소레노이드에 흐르는 전류를 제어하는 것이 본 발명의 기술적 과제이다.

도1. 합지기의 전체 구성도

도2. 권취롤의 직경 검출 장치 구성도

도3. 유압회로의 개략도

도4. 전자회로 장치의 개략도

[도면의 부호설명]

100 : 구동전동기 101 : 초지롤 1

102 : 초지롤 2 103 : 가압 합지롤

104 : 권취 구동롤 105 : 권취롤

106(A.B) : 릴리빙 시린다(A.B) 108 : 말대 코아측

109 : 코아(철원 주관) 110 : 말대(BOBBIN)

111 : 측 홀다 112 : 측 시린다

107 : 합지롤 직경 검출기

1071 : 매인기어 1072 : 피니언 기아

1073 : 상부 스파라켓 휠 1074 : 연결체인

1075 : 하부 스파라켓 휠 1076 : 연결구(LINK)

200 : 유압회로

201 : 유압펌프 202 : 압력 조절변 (수동 릴리프 발브)

203 : 방향 제어 소레노이드 발브 204 : 개폐발브

205 : 전기비례 제어 릴리프 발브 G1 G2 : 압력 게이지

CV 1∼4 : 유압조절변

300 : 마이크로 프로세샤 제어장치

301 : 권취롤 직경 검출 전위차계 302 : 권취속도 검출 타코 제네레타

303 : 릴리빙 압력제어 전위차계 304 : 코마경 설정 전위차계

305 : 비례제어 소레노이드 306 : 소레노이드 전류제어 트랜지스타

307 : 전류검출용 저항

400 : 자료 표시기(DATA DISPLAY)

상기의 기술적 과제를 실행하기 위한 본 발명의 구성은 도1에 나타낸것과 같이 권취롤의 직경을 측정하는 권취롤 직경 측정장치(107)와 이에 연결되어 권취롤의 직경값을 전기적 신호값으로 산출하는 권취롤 직경 검출 전위차계(301)는 권취속도를 측정하는 타코제네레타(302)와 도3에 나타낸 것과 같이이 신호를 받아 릴리빙 압력을 제어하는 유압회로의 전기식 비례제어 릴리프 발브(205)에 전류신호를 출력하는 전기전자제어장치(300)와 제어상태 및 제원을 표시하는 표시기(400)로 구성되어 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

권취롤 직경 검출 전위차계(301)은 권취롤의 직경의 최소값에서 최대값으로 증가함에따라 직류전압 값으로 산출 출력되고 권취속도를 검출하는 타코제네레타(302)의 출력신호도 직류전압 값으로 산출된다.

이 두개의 직류전압 값이 함수회로에 입력되어 전술한 출력값으로 산출되면 이 값에 의하여 전기 비례제어 릴리프 발브의 작동 소레노이드(305)에 입력되므로 이 전류값에따라 릴리빙 압력이 제어된다. 이때 권취하고져 하는 제품의 종류에따라 릴리빙 압력 추이를 변하게 하기 위하여 릴리빙 압력제어 전위차계(303)가 있고 이 전위차계를 조절 할때마다 릴리빙 압력은 권취를 직경변화에 따라 변하는 값의 약하고 강하게 되는 것이 제어된다. 권취하고져 하는 제품의 종류에따라 말대의 직경이 변하므로 말대의 코아 직경도 달라진다. 이를 보상하기 위하여 코아 설정 전위차계(304)가 있고 이것을 조절하므로 코아경을 설정 할 수가 있다.

전위 상태가 불량하여 권취롤(105)에서 이를 제거하거나 운전중 절선(화장지가 절단된 상태)되어 권취롤(105)를 움직여야할 필요가 있을때 상기 릴리빙 압력으로는 이를 들어 올릴 수 없으므로 도3의 전기비례제어 릴리프밸브(205)와 직열로 연결된 개폐밸브(204)를 닫음으로 릴리빙 시린다(106)에 하부로 공급되는 유압을 최대로 하여 권취롤(105)를 들어 올릴 수 있다.

권취롤(105)를 들어 올리기도 하고 내려놓기도 하기 위하여 유압회로의 방향을 제어하는 방향제어 소레노이드 발브(203)가 설치되어 있으며 유압펌프에 부하된 부하를 조절하기 위하여 유압펌프 압력조절변(수동 릴리프 발브)(202)가 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명으로 제작된 권취장치는 다음과 같은 효과가 있다.

권취시 릴리빙 압력을 자동으로 연산하여 제어함으로 권취롤(105)에 감겨있는 화장지등 제품의 권취상태가 최상의 상태를 유지하여 감겨있으므로 이를 전단하고 소분하여 50m식 두루마리 화장지로 재가공시 항상 제품의 상태가 균일함은 물론 소분된 제품의 양이 일정하여 제품의 품질과 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

그리고 합지로 권취하는 작업을 하는 작업자의 숙련도에 따라 생산량과 제품의 질의 차이를 줄일 수 있으므로 생산원가를 줄임은 물론 제품 불량 발생을 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 권취롤(105)의 직경을 검출하기 위하여 구성된 두개의 체인 스프로 켓휠(1073. 1074)를 일정 간격으로 설치하고 이를 체인(1074)로 연결 이 체인에 척홀다(111)을 연결하여 권취롤 직경의 변화에 따라 이를 감지하여 전기신호로 변화하는 권취롤 직경 검출장치를 포함한 권취장치
2. 권취속도를 검출하여 속도 변화에 따라 릴리빙 시린더(106)에 가해지는 릴리빙 압력을 제어하게 하는 권취 속도 검출기(302)와 상기 권취롤 직경 검출 전위차계(301)의 신호등이 두개의 입력 신호를 받아 릴리빙 압력을 제어하게 하기 위하여 전기식 비례제어 릴리프 밸브(205)의 구동 소레노이드(305)에 흐르는 전류를 제어하는 전자회로(300)을 포함한 권취장치
3. 절선 및 권취불량으로 권취롤에 감겨있는 불량제품을 제거하기 위하여 중량물인 권취롤을 상하로 이동하기 위한 유압을 얻기 위하여 상기 중량물인 권취롤을 상하로 이동하는 유압을 얻을 수 있게 하는 장치를 포함한 권취장치