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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Strecken einer von einer Spule abgegebenen
Kunststoffolie gemäß dein Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es gibt derzeit auf dem Markt Kunststoffolien, die in
einem großen Umfange zu Lasten ihrer Dicke und in einem
geringeren Maße zu Lasten ihrer Breite gestreckt werden
können. Eine der Anwendungen für solche Folien besteht
in der Verwendung für Verpackungszwecke und das Strecken
dient in erster Linie dazu, Material zu sparen. Diese
Dehnung erfolgt zwar in großem Umfange im Bereich der
plastischen Verformungen, erhält der Folie jedoch eine
gewisse Restelastizität, die dazu genutzt wird, daß die
Verpackung das Produkt eng umschließt.
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Die kontinuierliche Streckung einer Folie in ihrer
Längsrichtung besteht bei allen bekannten Vorrichtungen
darin, mindestens zwei Walzen zu verwenden, an deren
jede sich die Folie anlegt - und zwar mit einer Kontakt
fläche, die ausreicht, damit die Reibung zwischen der
Folie und der Walze jeden Schlupf verhindert -, und
diese Walzen in der Weise rotieren zu lassen, daß ihre
Umfangsgeschwindigkeiten verschieden sind. Somit ist die
Foliengeschwindigkeit am Ausgang dieser beiden Walzen
größer als am Eingang, was in den zwischen den
zylindrischen Walzen liegenden Folienabschnitt eine Längskraft
einleitet, die zu der Streckung der Folie führt. Man
erkennt, daß das Verhältnis dieser beiden
Umfangsgeschwindigkeiten gleich dem Streckungsverhältnis ist und man
kann auf diese Weise eine Längung der Folie bis zu 300 %
erreichen.
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Man kennt zahlreiche Ausführungsformen, welche diesen
grundsätzlichen Aufbau in die Praxis umsetzen. Eine der
einfachsten Ausführungsformen besteht darin, an der
stromabwärts gelegenen Walze einen Antrieb durch einen
Motor vorzusehen und die stromaufwärts gelegene Walze zu
bremsen, um sie in dem Maße zu verzögern, welche der
gewünschten Längung entspricht. Eine zweite
Ausführungsform besteht darin, die beiden Walzen mechanisch zu
koppeln um eine Folie zu strecken, die zwischen ihnen
hindurchläuft. Man kann auch den Durchlauf der Folie
unterstützen, in dem man eine der Walzen motorisch antreibt
und den Betrieb des Motors in Abhängigkeit einer
gewissen Anzahl von Parametern regelt.
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Wenn man versucht, die gesamte Streckung zwischen zwei
Walzen zu erreichen, stößt man relativ rasch auf die
Tatsache, daß die der Folie zugemutete Belastung sehr
brutal und der Grund für zahlreiche Risse ist,
insbesondere wenn die Art und die Abmessungen der Folie oder die
atmosphärischen Umgebungsbedingungen variieren. Um einen
befriedigenden Betrieb zu erreichen, ist man daher
gezwungen, den Längungsgrad zu verringern und damit
gleichzeitig die Gefahr eines Reißens und damit auch
eines Anhaltens der Vorrichtung zu verringern.
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Eine Lösung dieses Problems liegt in einer
Vervielfachung der Streckungschritte, wobei die Folie über eine
Vielzahl aufeinanderfolgender Walzen läuft, deren
Umfangsgeschwindigkeiten in Laufrichtung der Folie
zunehmen, wie dies in der LU-A-46 486 beschrieben ist. Einer
der Nachteile dieser Folge besteht in dem großen
Raumbedarf dieser Vorrichtung. Ein zweiter Nachteil ist mit
der Tatsache verbunden, daß in dieser Vorrichtung die
Längungsgrade in jeder Stufe festliegen und daß eine
Änderung in den charakteristischen Eigenschaften der
Folie, in der umgebenden Atmosphäre oder eine Änderung der
Art der Folie nur durch eine Demontage der
Kopplungsmechanismen oder durch Mittel zur Änderung der
Geschwindigkeit in der Getriebekette zwischen den Walzen
berücksichtigt werden können, wobei diese Mittel empfindliche
und teure Geräte sind. Schließlich ist das Vorhandensein
mehr oder weniger komplexer Varianten des Grundprinzips
zu erwähnen, in denen die Änderung des Längungsgrades
dadurch erfolgt, daß man eine der Walzen der Vorrichtung
durch eine andere mit einer unterschiedlichen
Umfangsgeschwindigkeit ersetzt oder den Durchmesser einer der
Walzen modifiziert, um bei konstanter
Winkelgeschwindigkeit die Umfangsgeschwindigkeit zu beeinflussen.
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Keine der bekannten Vorrichtungen erlaubt es, das
Problem zu lösen, das die natürlichen Variationen der
Dehnungsbedingungen im Laufe des Verfahrens verursachen,
von denen eine wichtige die von der Art der Herstellung
der streckbaren Folie selbst herrührende Änderung der
Foliendicke innerhalb derselben Spule oder zwischen
aufeinanderfolgenden Spulen ist. Ein anderer wesentlicher
Faktor ist die Arbeitstemperatur der Vorrichtung.
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Man hat in der Tat festgestellt, daß die Reißfrequenz
der Folie beim Anlaufen des Streckverfahrens wesentlich
höher als während des normalen Betriebes und auch als
bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur ist. Es muß in
diesem Zusammenhang erwähnt werden, daß die mit dem
Verpacken zusammenhängenden Dehnungsvorgänge häufig in den
Auslieferungshallen für die Produkte ausgeführt werden,
in denen die Umgebungstemperatur entsprechend der
Jahreszeit variiert.
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Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Lösung für
dieses Problem anzugeben, in dem eine einfache und
robuste Vorrichtung vorgeschlagen wird, welche eine
automatische Regelung des Streckverfahrens in Abhängigkeit von
Variationen von Bedingungen erlaubt, unter denen es
ausgeführt wird. Diese Regelung wird ohne Hilfe einer
Servoeinrichtung und somit ohne jede Einrichtung zum
Erfassen von Parametern und zur Verarbeitung von diesen
Parametern entsprechenden Signalen durchgeführt, die im
allgemeinen empfindliche und störungsanfällige Organe sind.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung somit eine
Vorrichtung zum Strecken einer Kunststoffolie, umfassend
mehrere aufeinanderfolgende Walzen, an deren jeder die
Folie mit einer Lauffläche anliegt, die ausreicht, um
ein Gleiten der Folie relativ zu der betreffenden Walze
zu verhindern.
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Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung umfaßt diese
Vorrichtung zwischen einer stromaufwärts gelegenen Walze
und einer stromabwärts gelegenen Walze, die mit
unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben
werden, die den Längungsgrad der Folie bestimmen, eine
Mehrzahl von nicht angetriebenen Zwischenwalzen, die
untereinander mechanisch derart gekoppelt sind, daß die
Umfangsgeschwindigkeit jeder Walze, in Durchlaufrichtung
der Folie betrachtet, höher als diejenige der
vorhergehenden Walze ist, wobei das Verhältnis der
Umfangsgeschwindigkeiten zweier aufeinanderfolgender
Zwischenwalzen
einer bestimmten Zwischenlängung der Folie
entspricht, die geringer als die gesamte Längung ist.
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Die Kupplungseinrichtungen für eine Drehkopplung der
Zwischenwalzen untereinander sind so ausgebildet, daß
der Längungsgrad der Folie in der Gruppe von
Zwischenwalzen zwischen einem Sechstel und einem Drittel der
Gesamtlängung beträgt.
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Man erkennt, daß in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine Streckung der Folie in mindestens zwei Etappen
ausgeführt wird. Es erfolgt nämlich eine Längung durch die
Zwischenwalzen in einem bestimmten Verhältnis und
mindestens eine weitere Längung, deren Ort von den während
des Verfahrens auftretenden Bedingungen abhängt. So kann
man feststellen, daß diese andere Längung vollständig
zwischen der stromaufwärts liegenden Walze und der
ersten Zwischenwalze erfolgt. In anderen Fällen erfolgt
sie vollständig zwischen der letzten Zwischenwalze und
der stromabwärts gelegenen. Schließlich kann sie auch
teilweise stromaufwärts der Zwischenwalzen und teilweise
stromabwärts der letzteren erfolgen und dies in
unterschiedlichen Anteilen. Diese verschiedenen
Streckungsorte sind vollständig unabhängig von dem Verhalten der
Vorrichtung und können sich selbst innerhalb desselben
Verfahrens ändern. Das hervorstechende Ergebnis liegt
darin, daß Risse in der Folie praktisch verschwunden
sind unabhängig von den Bedingungen, unter denen das
Verfahren abläuft.
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Bei einer einfachen Ausführungsform ist die Anzahl der
Zwischenwalzen auf zwei begrenzt. Vorzugsweise sind
daher diese Walzen so gekoppelt, daß sie sich gleichsinnig
drehen. Die Folie ist daher nicht gezwungen, zwischen
diesen Walzen hindurchzulaufen, was das Einführen der
Folie in die Vorrichtung erheblich erleichtert. In
diesem Falle drehen sich die stromaufwärts gelegene und die
stromabwärts gelegene Walze ebenfalls in der gleichen
Richtung, jedoch vorzugsweise entgegengesetzt zur
Drehrichtung der Zwischenwalzen, auch wenn diese
Richtungsumkehr nicht zwingend ist. Sie bietet lediglich den
Vorteil einer einfacheren Konstruktion, in dem die
Installation einer Hilfswalze zum Umlenken der Folie vermieden
wird, welche notwendig wäre, um die Bedingung eines
schlupffreien Rollens der Folie über die Streckwalzen zu
erfüllen.
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Man kann natürlich die Drehrichtung der stromaufwärts
gelegenen Walze, der stromabwärts gelegenen Walze und
der Zwischenwalzen derart wählen, daß jede Walze sich in
einer zur Drehrichtung der benachbarten Walze oder
Walzen (längs der Laufbahn der Folie betrachtet)
entgegengesetzten Drehrichtung dreht. In diesem Falle schneidet
die Folie jedesmal die Verbindungslinie der Mittelpunkte
zweier aufeinanderfolgender Walzen.
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Schließlich ist es vorteilhaft, vorzusehen, daß die
Zwischenwalzen an einem Chassis gelagert sind, das relativ
zu dem Chassis der stromaufwärts und stromabwärts
gelegenen Walzen beweglich (verschiebbar oder schwenkbar)
ist, um das Einführen der Folie zu erleichtern.
Vorzugsweise sind nämlich die Walzen so nah wie möglich
aneinander, um das Einschnüren der Folie während seiner
Streckung soweit wie möglich zu begrenzen. Die relative
Beweglichkeit der beiden Chassis erlaubt es, diese
Forderung während des Streckvorganges zu erfüllen und
gleichzeitig das Einführen des Folienendes in die
Vorrichtung zu erleichtern.
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Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines
nicht einschränkend zu verstehenden
Ausführungsbeispieles näher erläutert, das es ermöglicht, die Vorteile und
weiteren Merkmale zu zeigen.
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Es wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen,
in denen:
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Figur 1 eine schematische Draufsicht einer
ersten Ausführungsform der Erfindung
ist,
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Figur 2 eine gleiche schematische Ansicht
einer ersten Ausführungsvariante
ist,
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Figur 3 eine schematische Ansicht des Kopfes
einer mit einer Vorrichtung gemäß
Figur 1 ausgerüsteten
Verpackungsmaschine ist und
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Figur 4 eine Teilansicht in Richtung des
Pfeiles F in Figur 3 ist.
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In Figur 1 läuft eine Folie in Richtung des Pfeiles A um
eine Walze 2, die als stromaufwärts gelegene Walze
bezeichnet wird, da sie als erste in den Weg der Folie 1
tritt. Diese Walze 2 ist in dem dargestellten Fall
mittels eines Treibriemens 3 und einer Riemenscheibe 4 mit
einer Riemenscheibe 5 gekoppelt, die auf der Welle einer
zweiten Walze 6 sitzt. Ein Motor 7 ist mit gestrichelten
Linien angedeutet und gewährleistet den Antrieb der so
gekoppelten Anordnung. In Anbetracht der gewählten
Verhältnisse zwischen den Durchmessern der Riemenscheiben 4
und 5 und der Walzen 2 und 6 kann die
Umfangsgeschwindigkeit
der Walze 6 ein Mehrfaches der
Umfangsgeschwindigkeit der Walze 2 betragen.
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Die Folie 1 verläßt die Walze 2, um anschließend mit
Zwischenwalzen 8 und 9 in Berührung zu treten. Diese
Walzen sind nicht motorisch angetrieben, das heißt sie
drehen sich um ihre Achse nur in Folge einer Mitnahme
durch die Folie. Andererseits sind sie mechanisch über
Riemenscheiben 10 und 11 sowie einen zwischen diesen
gespannten Treibriemen 12 untereinander gekoppelt. Man hat
die Durchmesser der Riemenscheiben und der
Zwischenwalzen so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der
weiter stromabwärts liegenden Walze 9 höher als die
Umfangsgeschwindigkeit der Walze 8 ist. Die von der Walze
9 ablaufende Folie läuft über die Walze 6.
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Man weiß, daß die Längung der Folie 350 % beträgt, wenn
das Verhältnis zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der
Walzen 6 und 2 den Wert 4,5 hat. Das Verhältnis zwischen
den Umfangsgeschwindigkeiten der Zwischenwalzen 9 und 8
kann so definiert werden, daß man zwischen ihnen ein
Fünftel der Gesamtlängung erhält, das heißt 70 %. In
diesem Falle hat das Verhältnis einen Wert von 1,7.
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Indem man die gesamte Vorrichtung durch den Motor 7
antreibt, der seinerseits über die Walzen 2 und 6 die
Folie antreibt und die Energie für die Streckung liefert,
erhält man mehrere Betriebskonfigurationen. Die erste
besteht darin, daß zwischen den Walzen 2 und 8 keine
Längung der Folie erfolgt, während sie 70 % zwischen den
Walzen 8 und 9 und 280 % zwischen den Walzen 9 und 6
beträgt. Das Ganze scheint so abzulaufen, als ob die
Längung zwischen den Zwischenwalzen einen Anfangsschritt
bilden würde, der notwendig zur Durchführung der
Hauptstreckung
ist, um möglicherweise das Reißen der Folie zu
verhindern.
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Die zweite Konfiguration entspricht dem Fall, in dem
280 % der Streckung zwischen den Walzen 2 und 8 erfolgt,
während 70 % zwischen den Walzen 8 und 9 und keine
Längung zwischen den Walzen 9 und 6 erfolgt. In diesem
Falle scheint es, daß Temperaturbedingungen für die
Folie und eine Foliendicke gegeben sind, welche ohne
Schaden eine Längung der üblichen Größenordnung ermöglichen.
Die verbleibenden 70 % können also leicht durch die
Folie absorbiert werden, was es erlaubt, über die üblichen
Grenzen bei der Streckung hinauszugehen.
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Schließlich ist die dritte Konfiguration ein variabler
Mittelweg zwischen diesen beiden Extremfällen, das heißt
eine Aufteilung der Streckung zwischen der Walze 2 und
der Walze 8, natürlich und zu einem festen Betrag
zwischen der Walze 8 und der Walze 9 und schließlich
zwischen der Walze 9 und der Walze 6. Man hat festgestellt,
daß sich ein Gleichgewicht von etwa 130 - 160 % auf
jeder Seite der Zwischenwalzen einstellen konnte mit
Schwankungen um diese Mittelwerte.
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Man hat ferner beobachtet, daß im Laufe desselben
Streckverfahrens die Vorrichtung mühelos von einem zu
einem anderen Betriebszustand übergegangen ist und somit
automatisch den Änderungen Rechnung getragen hat, die in
der Natur der Folie oder in den Umgebungsbedingungen
aufgetreten sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in zahlreichen
Varianten konstruiert werden. Die Figur 2 zeigt eine
dieser Varianten als Beispiel, welche drei Zwischenwalzen
13, 14 und 15 umfaßt und so die in diesem Bereich
erzeugte Streckung auf zwei Schritte aufteilt. Wenn die
Zwischenwalzen sich gleichsinnig drehen und ihre Zahl
ungerade ist, muß man die Walzen 2 und 6 in
entgegengesetztem Umlaufsinn antreiben. Natürlich kann die
Antriebsverbindung sowohl zwischen der stromaufwärts
gelegenen Walze und der stromabwärts gelegenen Walze als
auch zwischen den Zwischenwalzen durch jede andere
Kupplungsvorrichtung mit festem oder variablem Übertragungs-
Verhältnis gewährleistet werden. Ferner werden die
Drehrichtungen so gewählt, daß man an jeder Walze einen
Umschlingungswinkel für die Folie erhält, der geeignet
ist, die Haftung der Folie zu gewährleisten. In diesem
Zusammenhang ist zu bemerken, daß der Lauf der Folie
außerhalb der sich gleichsinnig drehenden Zwischenwalzen
das Einführen der Folie in die Maschine erleichtert, da
es nicht notwendig ist, sie zwischen die Zwischenwalzen
einzuführen. Schließlich kann man den Abstand zwischen
je zwei Walzen so kurz wie möglich machen, um die Länge
der Streckzone und damit die Quereinschnürung der Folie
zu reduzieren. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die
Zwischenwalzen auf einem Chassis zu lagern, das relativ
zu einem Gestell beweglich ist, welches die
stromaufwärts gelegene und die stromabwärts gelegene Walze
trägt.
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In den Figuren 3 und 4 ist die Vorrichtung gemäß Figur 1
an einem Kopf 20 montiert dargestellt, der gestreckte
Folie in Richtung B einer Charge abgibt, die durch
Umwickeln verpackt werden soll. Man erkennt die Folie 1,
die von einer Spule 1a abgegeben wird, sowie die bereits
mit denselben Bezugszeichen beschriebenen Walzen. Man
sieht, daß die Walzen 8 und 9 eine Positionen 8a, 9a
durch Verschwenken ihres nicht dargestellten
Trägerchassis um eine Achse 16 einnehmen können. Am Ausgang der
Walze 6 läuft die Folie 1 über eine Umlenkwalze 17 und
eine Spannwalze 18, die mit einer Feder 19
zusammenwirkt, um die Änderungen in der Folienmenge aufzufangen,
die von der Charge bei ihrer Drehung oder dadurch
hervorgerufen werden, daß diese polyedrisch ist. Man sieht
ferner, daß die Getriebemotoreinheit 7 an der Welle 6a
der Walze 6 angreift, welche die Riemenscheibe 5 trägt,
wobei der Treibriemen 5 die Walze 2 über die
Riemenscheibe 4 antreibt, die auf ihrer Welle 2a sitzt.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung kann man
einen separaten Antrieb für die Walzen 2 und 6 mittels
voneinander unabhängiger Motoren vorsehen, die in ihrer
Geschwindigkeit regelbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Bildung
von Spulen mit vorgestreckter Folie auf einer
Vorbereitungsbank für diese Spulen verwendet werden, die
anschließend einfach von einem Verpackungskopf abgewickelt
werden.