Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ende-an-Ende-Zusammenfügen von Papierrollenkernen. Herkömmlicherweise wird eine Papierbahn während verschiedener Endbearbeitungsoperationen auf einen Kern gewickelt, der aus mehreren, sich spiralförmig überlappenden Lagen aus schmalen Pappestreifen hergestellt ist. Vor dem Wickeln zu einem Kern werden die Pappestreifen geklebt, herkömmlicherweise mit einer Natriumsilikatlösung. Die fertige Kernlänge muß genau auf die Breite der Papierbahn abgestimmt sein, die aus einer Schlitzmaschine kommt und auf den Kern aufgewickelt wird. Darüber hinaus muß der Kern einwandfrei sein, damit Probleme mit den Futtern der Wicklermaschine vermieden werden, die bei der Endverwendung und/oder der Fertigstellung der Rolle verwendet werden.

Ein verwendeter Kern stellt ein wesentliches Abfallproblem dar, da sein Material als solches nicht wiederverwendbar ist. Man hat zwar beträchtliche Anstrengungen unternommen, um Möglichkeiten zum Wiederverwerten von Kernen zu finden, aber folglich beinhaltet auch dieser Ansatz Probleme. Eines davon liegt in den Beschädigungen, die die Kernenden während einer normalen Verwendung erleiden. Herkömmlicherweise wurden Verfahren gesucht, um diesen Nachteil zu überwinden, indem Kernabschnitte überarbeitet werden. Ein grundlegendes Ziel der Überarbeitung liegt darin, den beschädigten Teil von dem Kernende zu entfernen und dann das derart überarbeitete Kernende mit dem Ende eines ähnlich überarbeiteten Kernabschnitts derart zusammenzufügen, daß ein kontinuierliches Kernoriginal gebildet wird, das zur Wiederverwendung in gewünschte Längen zertrennt werden kann.

Im Stand der Technik wurden verschiedene Arten von Verfahren und Vorrichtungen zum Überarbeiten und Zusammenfügen von Kernenden entwickelt. Ein Typ einer Vorrichtung zum Glätten und zum Ende-an-Ende-Zusammenfügen von Kernenden ist in der SE-Patentveröffentlichung Nr. 502 067 beschrieben. Entsprechend beschreibt die offengelegte SE-Veröffentlichung 470 442 ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zum Bearbeiten der zu überarbeitenden Enden von Kernen zu komplementär zusammenpassenden äußeren/inneren Endkegeln geeignet sind, welche dann mit Leim zusammengefügt werden.

Bei dem in der letztgenannten Veröffentlichung beschriebenen Verfahren werden die Kernenden, die zunächst gerade beschnitten werden, unter Verwendung eines konischen Fräsgeräts überarbeitet. Die Fräse, die das Kernende zu einem inneren Kegel bearbeitet, ist mit einem Fräskopf versehen, der nach dem Durchmesser des gerade zu überarbeitenden Kerns bemessen ist. Der Fräskopf ist koaxial mit der Längsachse des Kerns ausgerichtet. Entsprechend wird das äußere Kegelende unter Verwendung eines konischen Fräsgeräts bearbeitet, das eine Drehbewegung um eine Achse senkrecht zu der Längsachse des Kerns durchführt, wobei die Außenkante des Kernendes zu einem verjüngten Kegel mit einem Kegelwinkel bearbeitet wird, der von dem Kegelmantelwinkel der konischen Schneidfläche des Fräskopfs bestimmt wird, wenn das Kernende an dem Fräskopf vorbeigedreht wird. Bei der genannten Ausführungsform werden die gerade zu überarbeitenden Kerne an zwei Stützrollen gedreht, die parallel zu der Längsachse des Kerns angebracht sind, und zwar mittels einer Reibantriebsrolle, die über dem Kern derart angeordnet ist, daß sie an dessen Oberfläche läuft.

Ein wesentlicher Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die mögliche Unrundheit des Kernquerschnitts während des Überarbeitens des wiederzuverwertenden Kerns durch keine Mittel korrigiert werden kann. Tatsächlich führen die Arbeitswerkzeuge, die eine festgelegte Gestalt aufweisen und auf die geschätzte Mittelachse des Kerns ausgerichtet sind, die Überarbeitung der Kernenden unabhängig von möglichen Unrundheitsabweichungen des Kernquerschnitts auf starre Weise durch. Offensichtlich werden dadurch unvermeidliche Versatzprobleme beim Zusammenfügen der Kernenden hervorgerufen, wenn ein Kern mit einem unrunden Ende überarbeitet werden soll. Darüber hinaus ist die genannte Vorrichtung dadurch beeinträchtigt, daß die Überarbeitung von Kernenden und ihr Ende-an-Ende-Zusammenfügen in getrennten Maschineneinheiten stattfinden.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, bei welchen die Enden der zusammenzufügenden Kerne überarbeitet werden, indem im Vergleich zu den Techniken aus dem Stand der Technik eine wesentlich reduzierte Anzahl von Schritten verwendet wird. Darüber hinaus übertrifft das Verfahren den Stand der Technik, da eine genauere Ende-an-Ende-Verbindung zwischen den Kernenden sowie ein geraderes zusammengefügtes Kernoriginal mit einem Querschnitt mit guter Rundheit hergestellt werden. Die Hauptmerkmale des Verfahrens sind in dem beigefügten Anspruch 1 offenbart, und Hauptmerkmale der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in dem beigefügten Anspruch 10 offenbart.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht; darin zeigen:

1 schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist;

2 eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens zum Ende-an-Ende-Zusammenfügen; und

3 ein Detail des Schneidkopfwerkzeugs der in 1 veranschaulichten Vorrichtung.

Unter Bezug auf 1 weist die Ausführungsform der darin gezeigten Vorrichtung eine Klemmhülse 1 und ein radiales Kompressionswerkzeug 4 als Basisteile auf. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist die radiale Kompressionsvorrichtung mit einer Klemmhülsenkonstruktion ausgelegt, die von einer geeigneten (nicht gezeigten) Rahmenstruktur koaxial zu der Klemmhülse 1 gestützt wird. Der Innendurchmesser der in der Vorrichtung verwendeten Klemmhülsen ist derart ausgewählt, daß er mit dem Außendurchmesser der gerade bearbeiteten Kerne kompatibel ist. Hier kann der Durchmesser von Kernen im Bereich von 3 bis 12 Inch variieren. Von den Hülsenelementen wirkt das Hülsenelement 1 als eine Klemmhülse, die zum Holen eines neuen Kernabschnitts 2 zu der Zusammenfügevorrichtung zum Zusammenfügen mit dem vorhergehenden Kernabschnitt geeignet ist. Dafür ist die Klemmhülse durch ihren Innendurchmesser derart ausdehnbar gemacht, daß sie einen darin eingefügten Kernabschnitt aufnehmen kann, bzw. zusammenziehbar, um den eingefügten Kernabschnitt zu ergreifen. Alternativ kann die Klemmhülse mit Öffnung/Verschluß ausgelegt sein, um die gewünschte Funktion zu erfüllen. Vorteilhaft hat der Innendurchmesser der Klemmhülse in ihrer Greifposition einen Durchmesser, der gleich dem nominellen Außendurchmesser des Kerns ist, und einen kreisförmigen Umfang, so daß das Richten eines möglicherweise abgeflachten Kernendes zurück in eine kreisförmige Gestalt möglich ist. Die Klemmhülse 1 ist zweckmäßigerweise entlang Führungen 3 hin- und herbewegbar.

Das andere Hülsenelement ist eine Dornhülse 4, die mehreren Funktionen dient. Die Dornhülse 4 ist derart angeordnet, daß die Führungen 3 erzwingen, daß sich die Klemmhülse 1 koaxial zu der Mittelachse der Dornhülse bewegt. Eine Hauptfunktion der Dornhülse 4 besteht darin, als eine Quelle für einen radialen Druck zu dienen, der eine radiale Druckkraft den verbundenen Kernen 2 und 12 auferlegt, insbesondere in ihrem Verbindungsbereich. Die Dornhülse 4 ist derart geformt, daß dieses Hülsenelement das Richten des kreisförmigen Querschnitts des Kerns über die Länge der Verbindungsnaht durchführt und gleichzeitig ein zuverlässiges Zusammenpassen der komplementären Enden der gerade zu verbindenden Kernabschnitte gewährleistet.

Die oben beschriebene Funktion des radial komprimierenden Hülsenelements 4 ist mit mehreren verschiedenen zusammenpassenden Verbindungsformen von Kernenden kompatibel, die während des Verbindens nicht notwendigerweise eine Selbstzentriereigenschaft besitzen. Eine weitere Hauptfunktion des radial nach außen wirkenden Hülsenelements 4 liegt darin, als Schub zu wirken, mittels dessen die überarbeiteten Kernabschnitte gegeneinander gedrückt werden können.

Diese beabsichtigten Funktionen können unter Verwendung unterschiedlicher Konstruktionen einer radial komprimierenden Einrichtung erfüllt werden. Eine praktikable Auslegung ist die in 1 gezeigte spannpatronenartige Hülsenklemme, deren Bohrung derart bemessen ist, daß sie den Durchmesser des gerade zu bearbeitenden Kerns aufnehmen kann. Die Hülsenklemme kann um die zusammenzufügenden Kerne angezogen werden, so daß ein geeigneter Grad von Gleitreibung zwischen der Außenfläche der gerade zusammengefügten Kerne und der Innenfläche der Hülsenklemme hergestellt wird. Dazu ist die Hülsenklemme entlang ihrer axialen Richtung gespalten und mit geeigneten Mitteln 11 zum Einstellen des Innendurchmessers der Hülsenklemme ausgestattet. Solche Mittel können z. B. pneumatische Zylinder sein. Um ein kontrolliertes Verhalten des Kompressionsschritts zu erreichen, ist die Länge der Dornhülse vorteilhaft etwas größer als ihr Durchmesser. Die Länge der Dornhülse kann ein Vielfaches ihres Durchmesser sein, z. B. etwa das Dreifache.

Im wesentlichen die gleichen Funktionen, die in der Vorrichtung erforderlich sind, können beispielsweise mittels Endlosbändern erreicht werden, die in Längsrichtung parallel und im Umfang voneinander beabstandet um die Kerne laufen und über Nebenräder geführt sind, die jeweils in Längsrichtung voneinander beabstandet sind, so daß eine Seite jeder Bandschleife entlang der Außenfläche der Kernabschnitte läuft. Dann kann ein von den Nebenrädern radial zu der Mittelachse der Kernabschnitte ausgeübter Druck gleichzeitig in Kombination mit einer Bremsaktion die gleichen Kompressions- und Bremsfunktionen wie die in 1 gezeigte Klemmhülsenkonstruktion vorsehen. Auch andere Typen von Reibungsantriebsradanordnungen, die um den Umfang der Kernabschnitte angepaßt sind, können vorteilhaft verwendet werden.

Die Enden der zusammenzufügenden Kernabschnitte werden mit Bearbeitungswerkzeugen bearbeitet, die bei der veranschaulichten Ausführungsform geeignet von der Klemmhülse 4 gehalten werden. Die Werkzeugbestückung ist an einem Lager 9 angebracht, das zur Durchführung einer kontrollierten Drehbewegung um das Eintrittsende der Klemmhülse 4 geeignet ist. Die Werkzeugbestückung umfaßt Stützarme 5 und 6, welche die Schneidköpfe 7 und 8 halten, die mit Antriebsmitteln ausgestattet sind. Die Werkzeugstützarme 5 und 6 umfassen geeignete Zapfengelenke, um welche die Schneidköpfe in Kontakt mit dem zu überarbeitenden Kern gedreht bzw. aus dem Weg gedreht werden können, wenn die Enden der überarbeiteten Kernabschnitte zusammengepaßt werden sollen. Einer der Schneidköpfe ist dazu geeignet, das hintere Ende des vorhergehenden Kernabschnitts zu bearbeiten, während der andere Schneidkopf das vordere Ende des nächsten Kernabschnitts bearbeiten kann. Die komplementär zusammenpassenden Kernendflächen werden derart in eine geeignete Gestalt bearbeitet, daß Material von der Außenkante eines Kernabschnittsendes entfernt wird, während der andere Kernabschnitt bearbeitet wird, um Material von der Innenkante seines Endes zu entfernen. Die Kernwanddicke wird verringert, wobei die Arbeitstiefe der Materialentfernung so gesteuert wird, daß sie dem peripherischen Umfang des gerade zu bearbeitenden Kernabschnitts folgt. Eine nützliche komplementäre Verbindungsform von Kernenden ist in 2 gezeigt.

Im Umfang der Erfindung kann an eine alternative Ausführungsform der Vorrichtungskonstruktion gedacht werden, bei welcher die Enden von zu paarenden Kernabschnitten unter Verwendung einer im wesentlichen stationären Werkzeugbestückung bearbeitet werden, welche während des Überarbeitens dem Umfangsumriß eines gedrehten Kernabschnitts folgt. Der Begriff "im wesentlichen stationäre Werkzeugbestückung" ist hier als Bezug auf eine Anordnung zu verstehen, bei welcher die Werkzeugbestückung beispielsweise eine radial lineare Bewegung in der Folge des peripherischen Umfangs des Kernabschnitts durchführen oder alternativ gegebenenfalls eine neue Arbeitsposition einnehmen kann.

Offensichtlich kann das Überarbeiten sowohl an der Innenfläche als auch an der Außenfläche des Kernendes durchgeführt werden. Während die Materialentfernung, die relativ zu dem Umfangsumriß des Kernabschnittsendes stattfindet, vorteilhaft unempfindlich gegenüber Unrundheitsvariationen des Kernquerschnitts ist, kann das Verfahren auch auf einen Kern mit einem bereits gerichteten kreisförmigen Querschnitt angewandt werden.

Die Arbeitstiefensteuerung der Schneidköpfe wird vorteilhaft mit Hilfe eines Folgerades 10 implementiert, das dazu geeignet ist, dem Umfangsumriß des zu überarbeitenden Kernabschnittsendes zu folgen. Diese Anordnung gewährleistet die korrekte Arbeitstiefe des Schneidkopfes an jedem Umfangspunkt des Kernabschnittsendes unabhängig von jeglichen Unrundheitsabweichungen. Vorteilhaft umfassen die Schneidköpfe 7 und 8, die als gestaltbearbeitende Köpfe arbeiten, auch eine Beschneideinrichtung 13, mit welcher das Ende des Kernabschnitts gleichzeitig mit dem Formen des Kernendes beschnitten wird. Die Klemmhülse 1 ist dazu geeignet, den nächsten Kernabschnitt 2, der auf das Formen seines Endes wartet, in einen solchen Arbeitsabstand von den Schneidköpfen zu bewegen, daß die möglicherweise von dem Kernende zu entfernende Länge richtig eingestellt ist. Die veranschaulichte Gestalt von Kernabschnittsenden hat während des Paarens eine Selbstzentriereigenschaft.

Ferner kann im Umfang der Erfindung auch an das Überarbeiten der Kernabschnittsenden durch Verwendung eines im wesentlichen radial wirkenden Schneideffekts gedacht werden, der durch Sägen oder Schneiden mit einem Abrasivstrahlmedium hoher Aufprallstärke wie Schneiden mit einem Hochdruckwasserstrahl erreicht werden kann. Eine nützliche komplementäre Gestalt der zusammenpassenden Flächen ist die Zahnung, z. B. mit einer gezackten oder wellenförmigen Gestalt von Zähnen. Bei dieser Fügetechnik werden die komplementären Formen von zusammenpassenden Kernenden hergestellt, indem gezahnte Flächenformen verwendet werden, die radial orthogonal zu der Kernmittelachse ausgerichtet sind, was bedeutet, daß die zusammenpassenden Flächen keine Flächenelemente enthalten, die in der Lage sind, die Enden von zusammenzufügenden Kernabschnitten selbst zu zentrieren. Dies ist allerdings wegen des hauptsächlichen kennzeichnenden Merkmals der Erfindung unbedeutend, das angibt, daß eine solche Richtkompression über den Bereich der Verbindung auferlegt wird, die eine axiale Ausrichtung der komplementär zusammenpassenden Oberflächen der Kernendverbindung erreichen kann. Ein Vorteil der letztgenannten Kernendfügetechnik liegt in der leichten Bearbeitbarkeit der Kernenden. In der Praxis hat man nämlich herausgefunden, daß das Material von Kernen extrem schwer zu schneiden ist.

Zum Zusammenfügen werden die angrenzenden Kernendflächen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren überarbeitet wurden, oder wenigstens eine von ihnen, auf herkömmliche Weise mit einem Kleber einer geeigneten Klasse wie einem Latexdispersionskleber behandelt. Die mit Kleber behandelten Abschnittsenden werden dann mittels der Klemmhülse in angrenzender Weise gegeneinandergedrückt, wobei die radial ausdehnbare Dornhülse 4 einen Amboß bildet, der eine ausreichende Gegenkraft erzeugt. Der so zusammengefügte Kernabschnitt wird als nächstes so tief über die Dornhülse gedrückt, daß das hintere Ende des zusammengefügten Kernabschnitts sich über das Ende der Dornhülse um die Länge des Arbeitsbereichs hinaus erstreckt, der zum Herstellen der nächsten Verbindung erforderlich ist. Während der nächsten Zusammenfügungsoperation bleibt die vorhergehende Verbindung starr innerhalb der Klemmhülsenstruktur eingeklemmt, wodurch der Kleber in der Verbindung genügend Zeit zum Aushärten erhält, während die Verbindung sowohl einer axial aufgebrachten Anlagekraft als auch einer radial aufgebrachten Kompression unterworfen wird, die ein Richten der Verbindungsfläche durchführt. Diese Anordnung gewährleistet eine starke Ende-an-Ende-Verbindung zwischen den Kernabschnitten sowie eine hervorragende gerade Gestaltung der Verbindung. Falls erforderlich, kann das Aushärten des Klebers in der Verbindung beschleunigt werden, indem der Mantel der Klemmhülsenanordnung erwärmt wird.

Das Verfahren nach der Erfindung und die Vorrichtung zur Implementierung der Erfindung ermöglichen wegen der hohen Geschwindigkeit, mit welcher die Bearbeitung und das Verkleben der Kernabschnittsenden durchgeführt werden können, eine im wesentliche kontinuierliche Operation.

Die Vorrichtung ist auch durch eine herkömmliche Abtrenneinrichtung 14 zum Abtrennen eines Kernoriginals ergänzt, das durch das Zusammenfügen von überarbeiteten Kernabschnitten zu Wickelkernen mit vorbestimmten Längen hergestellt ist, die zur Wiederverwendung bereit sind.