Reproduzierbare Bahnposition durch mechanisch verstellbare Spannwelle

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

Eine schwere Materialrolle sitzt auf der Spannwelle, pneumatisch gespannt, jedoch wenige Millimeter außerhalb der Sollposition. Bereits das Vorpositionieren mit dem Lineal erreicht selten die notwendige Genauigkeit im Millimeterbereich; ein anschließendes manuelles Nachjustieren wird aufgrund des Rollengewichts schnell zur unpraktikablen Aufgabe.

Gerade in Verpackungsmaschinen für Lebensmittel entscheidet jedoch die exakte axiale Lage der ablaufenden Folienbahn über die Qualität des Folgeprozesses. Druckbild, Siegelnaht und Schnittkante reagieren sensibel auf geringste Positionsabweichungen. Bereits wenige Millimeter Versatz führen typischerweise zu Ausschuss beim Anlauf jeder neuen Rolle.

Mit genau dieser Aufgabenstellung wandte sich ein Maschinenbauer aus der Verpackungsindustrie an IBD Wickeltechnik: Die Abwickelstation einer Lebensmittelverpackungsmaschine sollte so ausgelegt werden, dass der Bediener die Bahnposition nach jedem Rollenwechsel reproduzierbar und ohne Werkzeug, Sensorik oder erneutes Lösen der Rolle exakt auf den Sollwert einstellen kann.

Bahnkantensteuerung: die naheliegende Lösung — aber nicht die richtige

Die klassische Standardantwort auf diese Aufgabenstellung wäre eine vorgeschaltete Bahnkantensteuerung. Für den vorliegenden Anwendungsfall erwies sich dieser Ansatz jedoch aus zwei Gründen als ungeeignet.

Zum einen wäre eine kontinuierlich arbeitende Sensor- und Regeltechnik im Verhältnis zur eigentlichen Aufgabenstellung deutlich überdimensioniert. Zum anderen — und insbesondere im Lebensmittelbereich entscheidend — bringt jede zusätzliche Sensorik, Verkabelung und Steuerelektronik im Spritzbereich der Maschine erhebliche konstruktive Anforderungen mit sich. Lebensmittelverpackungsanlagen werden täglich nass gereinigt. Alles, was nicht konsequent washdown-tauglich ausgeführt ist, erhöht Aufwand, Komplexität und Zulassungsanforderungen erheblich.

Verschieben unter Spannung — Positionieren per Zählwerk

Als konstruktive Basis diente die fliegend gelagerte Spannwelle der Baureihe PSW-F mit Aluminiumprofil und axialer Luftzufuhr über den Lagerzapfen. Im Standardaufbau ist der Wellenkörper fest mit den Lagerzapfen verbunden. Für die vorliegende Anwendung entwickelte IBD Wickeltechnik jedoch eine Sonderausführung mit axial verschiebbarem Wellenkörper, der sich selbst bei bereits gespannter Rolle noch verstellen lässt.

Genau hierin liegt der konstruktive Kern der Lösung: Die Verstellmechanik übernimmt die Last der Bewegung und ersetzt das praktisch unmögliche manuelle Verschieben einer schweren Rolle durch eine präzise Drehbewegung an der Stirnseite der Welle.

Für den konkreten Einsatzfall wurde die Stirnverstellung zusätzlich mit einem mechanischen Zählwerk ausgestattet. Innerhalb eines Verstellwegs von 15 mm lässt sich die axiale Position der gespannten Rolle stufenlos korrigieren; das Zählwerk zeigt die jeweilige Position unmittelbar als reproduzierbaren Zahlenwert an.

Mechanisch, weil die Anwendung es verlangt

Die gesamte Verstellmechanik arbeitet rein mechanisch — ohne Sensorik, ohne Verkabelung und ohne externe Versorgungsspannung. Dabei handelt es sich nicht lediglich um eine Frage der Kostenoptimierung. In Lebensmittelverpackungsmaschinen, die täglich nass gereinigt werden, stoßen elektronische Komponenten im unmittelbaren Maschinenumfeld konstruktiv schnell an Grenzen.

Die Lösung folgt damit konsequent den Anforderungen hygienischer Produktionsumgebungen: robust, wartungsarm und ohne zusätzliche washdown-kritische Komponenten.

Regelaufgabe oder Einstellaufgabe?

Der eigentliche technische Unterschied liegt in der klaren Trennung zwischen Regel- und Einstellaufgabe. Eine Bahnkantensteuerung ist dort sinnvoll, wo sich die Bahnlage während des laufenden Prozesses kontinuierlich verändert und permanent korrigiert werden muss. An einem Abwickler hingegen wird die Bahnposition in der Regel lediglich einmal pro Rollenwechsel eingestellt und bleibt anschließend stabil.

Gefordert ist hier also keine permanente Regelung, sondern eine reproduzierbare Einstellung im gespannten Zustand der Rolle.

Wie sich Bediener ohne eine solche Lösung behelfen, zeigt sich vielerorts in der Praxis: Das Vorpositionieren mit dem Lineal erreicht selten die notwendige Genauigkeit. Eine gespannte schwere Rolle lässt sich gegen bekannte Abweichungen von wenigen Millimetern kaum noch manuell verschieben. Wer den Versatz nicht akzeptieren will, löst die Spannwelle, positioniert die Rolle erneut, spannt wieder auf — und wiederholt den Vorgang so lange, bis die Bahnposition stimmt.

Die Spannwelle mit Stirnverstellung und Zählwerk löst diese Aufgabe deutlich eleganter: Läuft die Bahn beispielsweise drei Millimeter zu weit links, erfolgt die Korrektur im gespannten Zustand reproduzierbar über drei definierte Skalenschritte am Zählwerk.

„Eine Bahnkantensteuerung ist für viele Abwickelaufgaben Overkill und im Lebensmittelbereich konstruktiv häufig sogar das falsche Werkzeug. Die meisten Bediener benötigen keine kontinuierliche Regelung, sondern eine Möglichkeit, die gespannte Rolle ohne erneutes Lösen reproduzierbar in Position zu bringen. Genau dafür wurde die Stirnverstellung entwickelt — und das Zählwerk macht aus einer Drehbewegung einen klar definierten Wert auf der Skala“, so Dennis Upmann, Konstruktion bei IBD Wickeltechnik

Praktischer Nutzen in Produktion und Anlauf

Der Nutzen der Lösung zeigt sich auf zwei Ebenen: Zum einen entfällt das wiederholte Lösen und erneute Aufspannen der Rolle, das bislang notwendig war, um axiale Positionsabweichungen zu korrigieren. Zum anderen reduziert sich das beim Anlauf anfallende Ausschussmaterial erheblich, da die Bahnposition bereits ab dem ersten Meter reproduzierbar stimmt.

Gerade bei mehreren Rollenwechseln pro Schicht summieren sich beide Effekte zu spürbar geringeren Stillstandszeiten und reduziertem Materialverlust.

Übertragbar auf zahlreiche Konvertierprozesse

Das zugrunde liegende Prinzip lässt sich weit über den konkreten Anwendungsfall hinaus auf zahlreiche manuell bediente Verstellaufgaben innerhalb von Druck- und Converting-Prozessen übertragen.

Überall dort, wo eine Position einmal pro Rollenwechsel eingestellt wird und anschließend stabil bleibt, ist eine ablesbare mechanische Skalierung elektronischen Regelungssystemen sowohl konstruktiv als auch wirtschaftlich häufig überlegen.

Voraussetzung bleibt jedoch, dass eine Verstellung im gespannten Zustand der Rolle überhaupt möglich ist. Genau diese Funktion übernimmt der axial verschiebbare Wellenkörper unterhalb des Zählwerks.