Verfahren zur Regelung der Wickeldichte von Folienrollen

Abstract

 Es werden eine Soll- und eine Ist-Wickeldichte einer Folienrolle bestimmt und miteinander verglichen. Die aus dem Vergleich erhaltene Größe wird mit einem Anpassungs- bzw. Dämpfungsfaktor α multipliziert und der daraus resultierende Stellwert an die Folienanpressung und den Folienzug angepaßt. Die so erhaltenen Werte werden als Stellgrößen einem Anpreßdruck- und einem Zugstellglied für die Folie zugeleitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Wickeldichte von Folienrollen.

[0002] Im Folienherstellprozeß steht die Wickeldichte der Maschinen -bzw. Folierrolle an zentraler Stelle. Beim Aufwickeln einer Folie auf eine Rolle ist eine bestimmte Luftmenge zwischen den Einzellagen zwingend erforderlich, um den Folienschrumpf beim Lagern der Folienrolle vor dem Konfektionieren zu ermöglichen und um Profilungleichmäßigkeiten auszugleichen. Wird eine an und für sich spezifikationsgerechte Folienbahn falsch gewickelt, kann es zu einem Totalverlust der Folienrolle durch Beschädigungen der Folienbahn, insbesondere durch die Lagerung kommen. In diesem Zusammenhang ist das Phänomen zu sehen, daß beim Wickeln der Folienbahn erhebliche Luftmengen mit in den Folienwickel eingewickelt werden. Ein Teil dieser eingewickelten Luft entweicht wahrend des Lagerns des Folienwickels aus diesem, hierbei können im und am Folienwickel unterschiedliche Fehler wie Einbrüche, Verdehnungen und Querwellen entstehen, die zur völligen Unbrauchbarkeil des Folienwickels führen können. Bei der in der DE-C 32 65 570 (= US-A 4 576 344) beschriebenen Vorrichtung wird mit Hilfe einer sogenannten Kontaktrolle die auf den Wickel auflaufende Folienbahn gegen den Folienwickel gedrückt und dadurch erreicht, daß Luft in geringeren Mengen als ohne diese Maßnahme mit eingewickelt wird. Der von der Kontatrolle ausgeübte Druck ist regelbar. Mit zunehmender Wickelgeschwindigkeit nimmt jedoch die luftverdrängende Wirkung der Kontaktrolle ab, so daß hier ein Kompromiß eingegangen werden muß zwischen der Wickelgeschwindigkeit und dem Einwickeln von Luft. Aus der EP-B 0 393 519 ist eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Folienbahn auf einen Wickelkern bekannt, die eine Kontaktwalze aufweist, über welche die Folienbahn dem Folienwickel zugeführt wird. Dabei laufen die Kontakwalze und der Folienwickel mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit gegensinnig zueinander. Es sind zwei achsenparallele zum Wickelkern und zur Kontaktwalze angeordnete Rollen vorgesehen, die in Druckkontakt mit der Folienbahn auf dem Folienwickel bzw. mit der Folienbahn aufder Kontaktwalze stehen. Dabei weist die Kontaktwalze eine glatte harte Oberflächenschicht auf, die einen Mittenrauhwert R_a < 0,4 µm und eine Brinelle-Härte > als 10 HP 2,5/62,5 besitzt. Die an der Kontaktwalze anliegende Rolle ist während des Wickelvorgangs ortsfest angeordnet und wird gegen die Kontaktwalze gedrückt. Sie ist an jedem Ende über einen Winkelhebel mit einem Zylinder verbunden und beide Zylinder sind an einem Kontaktrollenhalter befestigt. Die an dem Folienwickel anliegende Rolle ist beweglich gelagert und geführt, indem sie mit einem Zylinder verbunden ist, der drehbar an einem Gelenk auf der Kontaktrollerhalterung gelagert ist. Ein Abstandshalter ist drehbar in Gelenken der Achsenrollen gelagert und verbindet die beiden Rollen miteinander und hält sie voneinander auf Distanz.

[0003] Ist die eingewickelte Luftmenge in einem Folienwickel zu gering, so führen Schrumpfprozesse im Zusammenhang mit Profilfehlern zu Verdehnungen und damit zu Qualitätseinschränkungen, bis hin zur Unbrauchbarkeit der Folie.

[0004] Ist die eingewickelte Luftmenge zu hoch, kommt es zu einer Vielzahl anderer Probleme wie beispielsweise Verschießen, darunter ist ein Querversatz der einzelnen Folienlagen zu verstehen oder auch zu Mittendurchbrüchen. Darüber hinaus ist bei derartigen Folienrollen mit zu hoher eingewickelter Luftmenge eine Konfektionierung bei hohen Geschwindigkeiten nicht möglich, was in der Regel zu Kapazitätsengpässen führt.

[0005] Unter der Wickeldichte ist das Verhältnis der Dichte des aufgewickelten Kunststoffes plus eingewickelter Luft zu der Dichte des reinen Kunststoffes zu verstehen.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wickeldichteregelung von Folienrollen zu schaffen, bei dem die Wickeldichte so groß wie möglich ist, ohne daß es zu Verdehnungen und damit zu Qualitätseinschränkungen kommt.

[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß ein Sollwert der Wickeldichte Wd_soll, errechnet aus dem aktuellen Profilgütemaß R_w, dem Folienlängsschrumpf S, dem Luftspalt L und der mittleren Foliendichte

mit einem Istwert der Wickledichte, errechnet aus Wickelaußendurchmesser D, Kerndurchmesser d, der Luftlänge l und der mittleren Foliendichte

, miteinander in einem Regler verglichen werden, und der errechnete Stellausgang y die Regelabweichung über die Stellgrößen Folienzug und Anpreßdruck ausgleicht.

[0008] Der vom Regler errechnete Stellausgang y wird mit einem lauflängenabhängigen Anpassungsfaktor α multipliziert, der nur in der Nähe des Wickelkerndurchmessers kleiner 1 ist.

[0009] Der so korrigierte Stellausgang

wird auf den Wicklerzug und den Anpreßdruck verteilt.

[0010] In Ausgestaltung des Verfahrens wird der Sollwert der Wickeldichte Wd_soll gemäß der Beziehung

bestimmt, wobei die Profilgüte R_w und die mittlere Foliendicke

mittels einer In-line Messung bestimmt und der Längsschrumpf S sowie der Luftspalt L vorgegeben werden.

[0011] Dem gegenüber wird der Istwert der Wickeldichte Wd_ist gemäß der Beziehung

bestimmt, wobei l die Lauflänge der aufgewickelten Folie, D der korrespondierende Wickelaußendurchmesser und d der Kerndurchmesser ist.

[0012] Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 5 bis 10.

[0013] Das Maß für die Profilgüte R_w ist gegeben durch

mit der maximalen Dicke

_max, minimalen Dicke

_min und der mittleren Dicke

des aktuellen Querdickenprofils der jeweiligen Folie. Das Schrumpf-Retardationsverhalten der Folie, zusammengefaßt im Begriff "Längenänderung", kurz als S bezeichnet, ergibt sich aus

mit der Längenänderung Δl und der Ausgangslänge l_0. Das Schrumpf-/Retardationsverhalten berücksichtigt die Lagerzeit, Lagertemperatur, den Längsschrumpf sowie den Bahnzug, die jeweils auf die Folie einwirken.

[0014] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Wickeldichtesollwert für den einzelnen Folientyp keine Konstante mehr, wie dies bisher im Stand der Techinik im allgemeinen vorausgesetzt wurde, sondern vielmehr hängt die Wickeldichte von den Parametern Profilgüte R_w, mittlere Foliendicke

, dem Luftspalt L und dem Schrumpf S ab.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wickeldichteregelung von Folierrollen bzw. Folienwickeln wird im folgenden anhand der Zeichnungen und eines Regeldiagramms näher erläutert.

[0016] Es zeigen:

Fig.1

schematisch den Verlauf der Dicke eines Querdickenprofils einer Folie,

Fig. 2

eine Kontaktrolle bei der Anpressung der Folie an eine Umlenkrolle,

Fig. 3

schematisch den Längsschrumpf einer Folie, und

Fig. 4

ein Regeldiagramm für die Wickeldichte einer Folienrolle.

[0017] In Fig. 1 ist die Foliendicke D über die Breite der Folienbahn aufgetragen, wie sie beispielsweise mittels herkömmlicher Meßmethoden bestimmt wird, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Die Foliendicke D schwankt um die mittlere Foliendicke

und zeigt eine maximale Foliendicke

_max und eine minimale Foliendicke

_min. Die Profilgüte R_w wird durch diese Querprofilmessung bestimmt und ergibt sich gemäß der Formel

[0018] Es handelt sich bekanntermaßen um keine reine Querdickenmessung, da der traversierende Meßkopf sich quer über die laufende Folienbahn bewegt. Die beeinflußt jedoch das beschriebene Verfahren allenfalls unwesentlich.

[0019] Fig. 2 zeigt eine Umlenkrolle 1 und eine Kontaktrolle 2, wobei eine Folie 3 zwischen diesen beiden Rollen 1 und 2 durchläuft. Die Kontaktrolle 2 übt einen Anpreßdruck auf die Folie 3 aus, wobei dieser Anpreßdruck über ein nicht gezeigtes Stellglied variierbar ist. Auf die Folie wird des weiteren ein Folienzug in Richtung des Pfeils ausgeübt, wobei der Folienzug gleichfalls veränderlich ist.

[0020] Einem Rechner 4 in dem Regeldiagramm gemäß Fig, 4 werden die Parameter Profilgüte R_w , Schrumpf S, Luftspalt L und mittlere Dicke

der jeweiligen Folie 3 eingegeben. Der vorgegebene Wert für den Luftspalt L bewegt sich im Bereich von 0,1 bis 5 µm und richtet sich nach dem jeweiligen Folientyp. Für Polypropylen liegt der Luftspalt L im allgemeinen im Bereich von 0,5 bis 1 µm. L wird insbesondere über die Folienrauhheit, die in bekannter Weise gemessen werden kann, bestimmt.

[0021] Die mittlere Dicke

des Folienquerprofils und die Profilgüte R_w werden während der Produktion in bekannter Weise gemessen. Der Längsschrumpf ist materialspezifisch und bewegt sich zwischen 0,1 und 4 % der Ausgangslänge l₀.

[0022] Ausgehend von der allgemeinen Formel für Wickeldichte

[0023] Mit der Dichte ρ_i für

, L; wobei KS für Kunststoff und L für Luft steht und dem Volumen V_i ergibt sich aus (1)

wobei im Zähler die Menge an Kunststoff und Luft und im Nenner die Menge an Kunststoff im Volumen des Kunststoff/Luft-Gemisches angegeben sind. Da die Luftdichte ρ_L << ρ_KS und das Luftvolumen V_L < V_KS ist, folgt

und somit aus (2)

mit dem Luftvolumen

und dem Kunststoffvolumen

. Mit der Länge L und der Breite B der Folie sowie der mittleren Dicke d_L , d_KS der eingewickelten Luft bzw. der Folie folgt aus (3)

[0024] Die mittlere Dicke d_L der Luft setzt sich wie folgt zusammen:

[0025] Mit der minimalen Dicke der Luft

dem Schrumpf

, und der Profilgüte

ergibt sich aus den Gleichungen (4) und (5)

[0026] Für die Ist-Wickeldichte folgt aus Gleichung (3)

[0027] Mit

und

ergibt sich,

wenn die mittlere Foliendicke

in µm und die übrigen Größen in Metern eingesetzt werden.

[0028] Im Rechner 4 des Regeldiagramms gemäß Figur 4 wird die Soll-Wickeldichte Wd_soll aus den Parametern S, L,

und R_W nach der voranstehend angeführten Gleichung (6) während des Aufwickelvorgangs kontinuierlich berechnet.

[0029] Die Berechnung der Ist-Wickeldichte Wd_ist erfolgt gemäß der voranstehenden Gleichung (10) und der erhaltene Wert hierfür wird in einen Regler 5 eingespeist, dem auch die Soll-Wickeldichte zugeleitet wird. Die in den Regler 5 eingespeisten Werte für die Soll-Wickeldichte Wd_soll und die Ist-Wickeldichte Wd_ist werden zu einem Ausgangswert y verarbeitet, der in einer Multiplikatorschaltung 6 mit einem sogenannten Anpassungswert α für den Durchmesser der Folienrolle multipliziert wird. Der Anpassungwert α ist eine Funktion der Lauflänge l der Folie und dient dazu, in der Nähe des Wickelkerndurchmessers zu große Ausschläge der Regelung zu vermeiden. Letztendlich stellt der Anpassungswert α einen Dämpfungsfaktor dar, der in der Nähe des Wickelkerndurchmessers steil ansteigt und schon nach verhältnismäßig kurzer Lauflänge l in die Sättigung gelangt. Das Produkt aus Anpassungswert α und dem Ausgangswert y des Reglers 5 ergibt einen Stellwert y 1, der einmal mit einem Faktor A und einmal mit einem Faktor B multipliziert wird, wobei für diese Faktoren die Beziehung

gilt. Die Faktoren A und B geben die Anpassung an den Folienzug und den Folienanpreßdruck wieder. Die angepaßten Stellwerte y 1 · A und y 1 · B werden mit den Werten vorgegebener Kurvenzüge für den Folienzug und den Folienanpreßdruck in Abhängigkeit von der Lauflänge l der Folie abgeglichen. Durch den Abgleich werden die Sollwerte für ein Stellglied für den Folienzug 7 und ein Anpreßdruck-Stellglied bestimmt und diese Sollwerte den Stellgliedern eingespeist.

[0030] Die Wickeldichte ist für jeden Folientyp abhängig von der Profilgüte, der mittleren Dicke der Folie, dem Schrumpf und dem Luftspalt und stellt daher keine Konstante dar. Bei schlechter Profilgüte, d.h. relativ großem R_W muß weicher gewickelt werden als bei kleinem R_w.

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Wickeldichte von Folienrollen, bei dem ein Sollwert der Wickeldichte Wd_Soll und ein Istwert der Wickeldichte Wd_Ist aus der Profilgüte R_W, dem Schrumpf S, dem Luftspalt L, der mittleren Foliendicke

, sowie aus dem Wickelaußendurchmesser D der Folienrolle und dem Kerndurchmesser d bestimmt und miteinander in einem Regler verglichen werden, und der errechnete Stellausgang y die Regelabweichung über die Stellgrößen Folienzug und Anpreßdruck ausgleicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ausgangswert y des Reglers mit einem Anpassungsfaktor α multiliziert wird, der nur in der Nähe des Wickelkerndurchmessers kleiner 1 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Wickeldichte Wd_Soll gemäß der Beziehung

bestimmt wird, wobei der Schrumpf S und der Luftspalt L vorgegeben werden und die mittlere Foliendicke _ sowie R_w meßtechnisch erfaßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert der Wickeldichte Wd_Ist gemäß der Beziehung

bestimmt wird, wobei l die Lauflänge der aufgewickelten Folie,

die mittlere Foliendicke, D der Wickelaußendurchmesser und d Kerndurchmesser ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert

der Multiplikatorschaltung jeweils mit einem Faktor A bzw. B multipliziert wird, wobei

ist und die Faktoren A, B die Anpassung an den Folienzug und den Folienanpreßdruck wiedergeben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die angepaßten Stellwerte y₁A und y₁B mit den Werten vorgebenener Kurvenzüge für den Folienzug und den Folienanpreßdruck in Abhängigkeit von der Lauflänge l der Folie abgeglichen und die Sollwerte für ein Anpreßdruck-Stellglied und ein Folienzug-Stellglied bestimmt und diesen Stellgliedern eingespeist werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Kurvenzüge für Zug und Druck als Vorgabekurve für den folgenden Wickelvorgang gewählt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt L im Bereich von 0,5 bis 5 µm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1 µm liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpf S 0,1 bis 4 %, bezogen auf die nicht geschrumpfte Folie, beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilgüte

ist, mit der maximalen Dicke D_max , der minimalen Dicke D_min und der mittleren Dicke

des Querdickenprofils der Folie.

Zeichnung