Reproduzierbare Bahnposition durch mechanisch verstellbare Spannwelle für die Lebensmittelindustrie.

Wie eine kundenspezifische Modifikation an einer Standard-Spannwelle die Feinjustage der Bahnposition direkt an der gespannten Rolle ermöglicht, mechanisch und mit ablesbarem Sollwert.

Eine schwere Materialrolle sitzt auf der Spannwelle, ist pneumatisch gespannt, und steht wenige Millimeter zu weit links. Schon das Vorpositionieren mit dem Lineal kommt selten exakt auf den Millimeter und Nachjustieren per Hand wird durch das Gewicht zur komplizierten Angelegenheit.

In Verpackungsmaschinen für Lebensmittel entscheidet die exakte axiale Lage der ablaufenden Folienbahn über das Ergebnis des Folgeprozesses. Druckbild, Siegelnaht und Schnittkante stehen oder fallen mit Millimetern, und schon geringe Versätze führen zu Ausschuss am Anfang jeder Rolle.

Ein Maschinenbauer aus der Verpackungsindustrie kam mit genau dieser Aufgabe auf IBD Wickeltechnik zu: Die Abwickelstation einer Maschine im Lebensmittelbereich sollte so gestaltet werden, dass der Bediener die Bahnposition nach jedem Rollenwechsel ohne Werkzeug, ohne Sensorik und ohne erneutes Lösen der Rolle reproduzierbar in den Sollwert bringen kann.

Bahnkantensteuerung: die naheliegende Antwort, die hier nicht passt

Die übliche Standardlösung wäre eine vorgeschaltete Bahnkantensteuerung. Für diese Anwendung ist sie aus zwei Gründen ungeeignet. Zum einen ist eine kontinuierlich regelnde Sensorik gegenüber der eigentlichen Aufgabe überdimensioniert. Zum anderen, und das wiegt im Lebensmittelbereich oft schwerer, bringt jede zusätzliche Sensorik, Verkabelung und Steuerelektronik im Spritzbereich der Maschine ein konstruktives Problem mit: Lebensmittelverpackungsanlagen werden täglich nass gereinigt. Was nicht washdown-tauglich ist, kostet Konstruktion, Aufwand und Zulassungen.

Verschieben unter Spannung, ablesen am Zählwerk

Als Basis diente die fliegend gelagerte Wickelwelle der Baureihe PSW-F mit Aluminium-Profil und axialer Luftzufuhr über den Lagerzapfen. Standardmäßig sitzt der Wellenkörper fest auf den Lagerzapfen. Für diese Anwendung wurde die Welle als Sonderausführung mit einem axial verschiebbaren Wellenkörper gebaut, der sich auch dann noch bewegen lässt, wenn die Rolle bereits aufgespannt ist. Das ist konstruktiv der entscheidende Punkt: die Verstellmechanik nimmt dem Bediener die Last ab und macht aus dem unmöglichen händischen Verschieben einer schweren Rolle eine Drehbewegung an der Stirnseite.

Für den Anwendungsfall wurde die Stirnverstellung mit einem mechanischen Zählwerk ausgestattet. Über einen Verstellweg von 15 mm lässt sich die axiale Position der gespannten Rolle stufenlos einstellen, und das Zählwerk zeigt sie als Zahlenwert direkt an.

Mechanisch, weil die Anwendung es verlangt

Die Verstellmechanik arbeitet rein mechanisch, ohne Sensorik, ohne Verkabelung, ohne Versorgungsspannung. Das ist nicht nur eine Kostenfrage. In Lebensmittelverpackungsmaschinen, die täglich nass gereinigt werden, hat alles, was nicht washdown-tauglich ist, einen schweren Stand.

Regelaufgabe oder Einstellaufgabe?

Der grundsätzliche Punkt liegt in der Unterscheidung zwischen Regel- und Einstellaufgaben. Eine Bahnkantensteuerung ist sinnvoll, wenn sich die Bahnlage während des Produktionslaufs verändert und kontinuierlich korrigiert werden muss. An einem Abwickler dagegen wird die Position einmal pro Rollenwechsel angefahren und bleibt dann stabil. Gebraucht wird hier nicht Regelung, sondern eine wiederholbare Einstellung im gespannten Zustand.

Wie Anwender sich ohne diese Möglichkeit behelfen, sieht man in jeder Werkstatt. Vorpositionieren mit dem Lineal kommt nie exakt auf den Millimeter, und gegen eine bekannte Abweichung von wenigen Millimetern ist die schwere gespannte Rolle per Hand nicht mehr zu bewegen. Wer den Versatz nicht akzeptieren will, löst die Welle, schiebt nach, spannt erneut, und wiederholt das so lange, bis es passt. Unsere Spannwelle mit Zählwerk löst das anders. Eine Bahn, die 3 mm zu weit links läuft, wird im gespannten Zustand mit drei Strichen am Zählwerk exakt korrigiert.

Dennis Upmann, Konstruktion bei IBD Wickeltechnik:

„Eine Bahnkantensteuerung ist für viele Abwickelaufgaben Overkill und im Lebensmittelbereich konstruktiv oft sogar das falsche Werkzeug. Die meisten Bediener brauchen keine kontinuierliche Regelung, sondern eine Möglichkeit, die gespannte Rolle ohne erneutes Lösen reproduzierbar in Position zu bringen. Genau dafür ist die Stirnverstellung gebaut, und das Zählwerk macht aus dem Drehen am Knopf einen Wert auf der Skala.“

Praktischer Nutzen

Der Nutzen liegt auf zwei Ebenen. Erstens entfällt das Lösen und erneute Aufspannen, das sonst nötig wäre, um eine zu weit verschobene Rolle wieder ins Lot zu bringen. Zweitens entfällt das geduldete Anlaufmaterial, weil schon mit dem ersten Meter die Position stimmt. Bei mehreren Rollenwechseln pro Schicht summieren sich beide Effekte zu spürbar weniger Stillstand und weniger Ausschuss.

Übertragbar auf andere Konvertierprozesse

Das Prinzip lässt sich auf praktisch jeden manuell bedienten Verstellregler im Konvertierprozess übertragen. Überall dort, wo eine Position pro Rollenwechsel einmal angefahren und dann stabil bleibt, ist eine ablesbare mechanische Skala der elektronischen Regelung konstruktiv wie wirtschaftlich überlegen. Voraussetzung ist, dass die Verstellung im gespannten Zustand der Rolle überhaupt möglich ist. Genau das leistet der Wellenkörper unter dem Zählwerk.