Von der Mutterrolle zum fertigen Produkt: Prozessablauf und technologische Innovationen hochpräziser Folienschneidemaschinen im Detail erklärt

Einführung

In der modernen Industrie sind Dünnschichtmaterialien (wie BOPP, BOPET, PE, Lithiumbatterieseparatoren, optische Folien usw.) die Kernmaterialien in Verpackungen, Elektronik, erneuerbaren Energien, Displays und anderen Bereichen. Diese Folien sind in der Regel „Jumbo-Rollen“ mit einer Breite von mehreren Metern und einer Länge von Zehntausenden Metern, wenn sie das Werk verlassen. Um den Anforderungen der nachgelagerten Kunden gerecht zu werden, müssen diese Masterrollen in „Schlitzrollen“ mit bestimmten Breiten, Längen und Rollendurchmessern geschnitten werden. Das Gerät, das diese wichtige Aufgabe erfüllt, ist die hochpräzise Folienschneidemaschine. Sie ist nicht nur eine einfache Schneidemaschine, sondern auch ein Hightech-Gerät, das Mechanik, Elektrik, Sensorik, Steuerung und Materialwissenschaft vereint.

Teil 1: Der Kernprozessablauf einer hochpräzisen Folienschneidemaschine

Der hochpräzise Schneidprozess ist ein kontinuierlicher und präziser Prozess, der im Wesentlichen in vier Kernstationen unterteilt werden kann: Abwickeln, Ziehen und Korrigieren, Schneiden und Aufwickeln.

1. Abwickeleinheit

• Zweck: Die Masterrolle sanft und mit konstanter Spannung freigeben.

•Verfahren:

◦ Zuführung: Die Masterspule wird vom Antriebs- oder Ladewagen präzise auf der Abwickelrolle platziert und die Luftexpansionswelle dehnt sich aus, um den Spulenkern zu fixieren.

◦ Andocken: Wenn die alte Masterspule fast leer ist, wird ein automatisches Zuführgerät (z. B. ein Schwenkarmtyp oder ein Andocktisch) verwendet, um den Kopf der neuen Masterspule durch Klebeband mit dem Ende der alten Masterspule zu verbinden, um eine kontinuierliche Produktion ohne Unterbrechung zu erreichen, was die Effizienz erheblich verbessert.

◦ Spannungsregelung: Der Abwickelmotor arbeitet im Drehmoment-(Spannungs-)Regelmodus und erzeugt über eine Magnetpulverkupplung, einen Servomotor usw. ein Rückbremsmoment, um die anfängliche und steuerbare Abwickelspannung zu erreichen. Dies ist die Grundlage für die Stabilität nachfolgender Prozesse.

2. Spannung & EPC UniT

• Zweck: Die Filmspannung während der Fahrt stabil und zentriert zu halten.

•Verfahren:

◦ Zugwalze: Angetrieben von einem unabhängigen Servomotor zur präzisen Steuerung der linearen Geschwindigkeit des Films, ist sie der Maßstab für die Geschwindigkeit des gesamten Systems.

◦ Schwimmende Walze: Dies ist ein wichtiges Spannungsmessgerät. Es wird durch einen Zylinder oder ein Gegengewicht belastet, und seine Positionsänderungen spiegeln direkt die Abweichung der tatsächlichen Spannung vom Sollwert wider. Das Steuerungssystem passt das Drehmoment beim Abwickeln oder Abwickeln dynamisch in Echtzeit entsprechend dem Verschiebungssignal der schwimmenden Walze an, um eine vollständige Spannungsregelung zu erreichen und sicherzustellen, dass die Folie während des Schneidvorgangs stets unter Spannung steht, sich aber nicht verformt.

◦ Kantenpositionsregler (EPC): Besteht aus einem Kantensensor (CCD oder Ultraschall) und einem Führungsantrieb. Der Sensor erkennt die Kantenposition der Folie in Echtzeit. Sobald ein Versatz auftritt, weist das Steuerungssystem den Korrekturmechanismus (beweglicher Abwickelrahmen oder Zugrollengruppe) sofort an, eine seitliche Feineinstellung (MD-Richtung) vorzunehmen, um sicherzustellen, dass die Folie immer entlang der voreingestellten Bahn läuft. Dies ist die Voraussetzung für hochpräzises Schneiden.

3. Schneideeinheit

• Zweck: Breite Folien präzise in mehrere schmale Materialstreifen schneiden.

• Schneidemethode:

◦ Scherschnitt:

▪ Prinzip: Ähnlich einer Schere. Der obere Messerkopf (Rundmesser) bildet mit der unteren Messerwalze (gehärtete Stahlwalze oder Messerwalze mit Untermesser) ein Scherenpaar.

▪ Eigenschaften: Die Schnittkanten sind flach, glatt und staubfrei. Geeignet für dickere, härtere Folien (z. B. PET, PP, Verbundfolien). Dies ist die am häufigsten verwendete hochpräzise Schneidmethode.

◦ Kerbschnitt / Rasiermesserschnitt:

▪ Prinzip: Eine scharfe Kreisklinge übt Druck auf die Oberfläche der Folie aus und schneidet sie ab. Die Schnitttiefe der Klinge ist entscheidend, da sie oft präzise Schnitte durch die Folie erfordert, ohne die darunter liegenden Tamponwalzen zu beschädigen.

▪ Eigenschaften: Geeignet für extrem dünne, weiche Folien (z. B. PE-Folie, CPP, Lithium-Batterie-Separator). Bei falscher Einstellung kann es zu Graten und Staub kommen.

◦ Quetschschnitt: Wird weniger für hochpräzises Schneiden verwendet, hauptsächlich für Vliesstoffe und andere Materialien.

4. Aufwickeleinheit

• Zweck: Rollen Sie mehrere geschlitzte Folien zu fertigen Rollen mit ordentlichem Aussehen und gleichbleibender Elastizität.

•Verfahren:

◦ Wickelmethode: Dies ist der Kern der Technologie, es gibt zwei Haupttypen:

▪ Zentralwicklung: Die Kraft treibt die Wickelwelle direkt an. Die Struktur ist einfach, aber mit zunehmendem Spulendurchmesser und konstanter Lineargeschwindigkeit wird die Spannung des Außenrings immer größer, was leicht zu einer Lockerung der Innenseite und einer Spannung der Außenseite und sogar zu Faltenbildung der Folie führen kann.

▪ Oberflächenwicklung: Die Papierhülse wird durch eine aktiv angetriebene Reibwalze (Gummiwalze) aufgewickelt. Sie sorgt für konstante Oberflächengeschwindigkeit und Wickeldruck. Die Spule weist eine gleichmäßige Härte auf und ist daher ideal für weiche und dünne Materialien. Moderne High-End-Schneidemaschinen verwenden häufig eine Hybridwicklung zwischen Mitte und Oberfläche und vereinen so das Beste aus beiden Welten.

◦ Gebogene Schwingarmwicklung: Wird häufig in Hochgeschwindigkeits-Schneidemaschinen verwendet. Sie verfügt über zwei Wickelwellen. Wenn eine voll ist, kann sofort auf die andere leere Welle umgeschaltet werden. Dadurch wird ein automatisches Entladen ohne Unterbrechung ermöglicht und die Produktionseffizienz ist extrem hoch.

◦ Online-Überwachung und -Anpassung: Ausgestattet mit Ultraschall- oder CCD-Sensoren, Echtzeitüberwachung des Wicklungsdurchmessers, der Kantenschärfe (Kohlherz) und der Oberflächendefekte und automatische Durchführung einer Kegelspannungsregelung (lineare Reduzierung der Spannung mit zunehmendem Spulendurchmesser, um eine gleichbleibende Dichtheit der inneren und äußeren Schichten zu gewährleisten) und Druckanpassung.

Teil 2: Detaillierte Analyse der wichtigsten technologischen Innovationen

Die „hohe Präzision“ hochpräziser Schneidemaschinen spiegelt sich in Größe (Breite), Qualität (Aussehen) und Effizienz wider, die hinter der tiefen Integration und Innovation mehrerer Technologien stehen.

1. Intelligentes mehrstufiges Spannungskontrollsystem

• Traditionelle Technologie: Steuerung mit offenem oder halbgeschlossenem Regelkreis, große Spannungsschwankungen.

• Innovative Technologie: vollständig geschlossener, mehrstufiger, adaptiver Spannungsregler.

◦ Das System unterteilt den gesamten Pfad in mehrere Spannungskontrollabschnitte, z. B. Abwickelbereich, Zugbereich und Wickelbereich.

◦ Als Rückmeldeelemente kommen hochpräzise Gleitrollen oder Zugsensoren zum Einsatz.

◦ Die Echtzeiterfassung von Signalen durch PLC+High-End-Bewegungsregler über PID+Feedforward-Algorithmus korrigiert nicht nur den aktuellen Fehler, sondern prognostiziert auch die durch Geschwindigkeitsänderungen und Änderungen des Rollendurchmessers verursachten Störungen, kompensiert im Voraus und realisiert eine ultrastabile Spannungsregelung. Dies ist der Kern zur Vermeidung von Faltenbildung und Dehnungsverformung der Folie.

2. Hochpräzises Leitsystem (EPC)

• Traditionelle Technologie: analoger Sensor, langsame Reaktion, geringe Genauigkeit.

• Innovative Technologie: digitaler CCD-/Lasersensor + Hochgeschwindigkeits-Servoantrieb.

◦ Die Erkennungsgenauigkeit digitaler Sensoren kann ±0,1 mm oder sogar mehr erreichen.

◦ Servomotor als Aktuator mit extrem schneller Reaktionszeit (Millisekunden).

◦ Erweiterte Steuerungsalgorithmen können zwischen natürlichem Jitter und tatsächlichen Abweichungen von Materialien unterscheiden, Überkorrekturen vermeiden und eine „stabile, genaue und sanfte“ Abweichungskorrektur erreichen.

3. Online-Sichtprüfung und automatisches Werkzeugabstandsanpassungssystem

• Traditionelle Technologie: manuelle Messung der Breite, manuelle Anpassung der Werkzeugposition beim Anhalten, geringe Effizienz und große Fehler.

• Innovative Technologie:

◦ Installieren Sie nach dem Schneiden oder vor dem Aufwickeln eine Zeilenarray-CCD-Scankamera, um die Breite jedes Streifens in Echtzeit zu überwachen.

◦ Die Messdaten werden an die Steuerung zurückgemeldet und mit dem Sollwert verglichen.

◦ Der vom Servomotor gesteuerte Werkzeughalter gleicht Verschiebungen im Mikrometerbereich automatisch aus und ermöglicht so eine Online-Echtzeitregelung der Schnittbreite, um die gleichbleibende Breite jeder Rolle zu gewährleisten. Dies ist entscheidend für elektronische Filme mit extrem engen Toleranzen.

4. Digitaler Zwilling und intelligente Betriebs- und Wartungsabläufe

• Innovative Technologie: Dies ist typisch für Industrie 4.0-Anwendungen.

◦ Erfassen Sie Betriebsdaten der Geräte (Vibration, Temperatur, Strom, Druck usw.) über Sensoren, um einen digitalen Zwilling der Schneidemaschine in der Cloud zu erstellen.

◦ Durch den Einsatz von Big Data und KI-Algorithmen können vorausschauende Wartung (frühzeitige Warnung vor Werkzeugverschleiß und Lagerausfall), Empfehlungen zur Prozessparameteroptimierung (Empfehlung optimaler Spannungs-, Geschwindigkeits- und Druckparameter für verschiedene Materialien) und Ferndiagnose die Gesamtanlageneffizienz (OEE) erheblich verbessern und die Wartungskosten senken.

5. Präzisionsfertigung der Kernkomponenten

• Innovative Technologie:

◦ Luftachse: Extrem hohe dynamische Auswuchtgenauigkeit für vibrationsfreien Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten.

◦ Schlitzwerkzeughalter: Durch den Einsatz spezieller Materialien und Wärmebehandlungsverfahren werden Verschleißfestigkeit und Präzisionserhaltung für den Langzeitgebrauch gewährleistet.

◦ Gesamtrahmen: Durch Finite-Elemente-Analyse (FEA) optimiertes Design unter Verwendung von Materialien mit hoher Steifigkeit, um eine stabile Struktur bei hoher Geschwindigkeit und enormer Spannung ohne Verformung und Vibration zu gewährleisten.

Abschluss

Von massiven Masterrollen bis hin zu exquisiten Fertigrollen: Hochpräzise Folienschneidemaschinen vervollständigen ein „Ballett“ aus Spannung, Geschwindigkeit und Präzision. Ihr Prozessablauf scheint linear und einfach zu sein, tatsächlich steckt er jedoch voller dynamischer und komplexer physikalischer Prozesse, die in Echtzeit präzise gesteuert werden müssen.

Die technologische Innovation moderner hochpräziser Schneidemaschinen hat sich von der einfachen Optimierung mechanischer Strukturen hin zur umfassenden Integration von Mechatronik, Sensorik, Digitalisierung und Intelligenz verlagert. Sie ist kein isoliertes Gerät mehr, sondern ein Datenknoten in der intelligenten Fabrik, der durch kontinuierlichen Datenfluss seine eigene Leistung kontinuierlich optimiert und Kunden hochwertige, hocheffiziente Lösungen mit hohem Mehrwert bietet, die über die traditionelle Schneidekategorie hinausgehen, und ist zu einem unverzichtbaren Schlüsselgerät in der Industriekette für hochwertige Folienmaterialien geworden.