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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radialen Verdichtung von zylindrischen Körpern aus komprimierbarem Material, insbesondere von Rollen aus aufgewickelten Flächengebilden, vor allem solchen, die sich nach Entfernung des Druckes wieder expandieren und damit in den ursprünglichen Zustand übergehen, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zylindrische Körper, wie sie durch Aufrollen von Bahnmaterial aus lockeren, Luft enthalten- den Materialien wie flauschige Textilien, Vliese, Krepp, Schaumstoffbahnen u. dgl. erhalten werden, sind voluminös und beanspruchen ein grosses Lager- und Transportvolumen, was die
Lager- und Transportkosten erheblich belastet.
Obwohl derartige zylindrische Körper in Radialrichtung durchaus verdichtbar wären, und damit an Lager- und Transportvolumen gespart werden könnte, steht bis heute kein in der
Praxis anwendbares Verfahren zur Lösung dieses Problems zur Verfügung. So ist z. B. ein Auf- wickeln solcher Bahnen unter einer starken Zugspannung, die zu einer Reduktion des Volumens führen sollte, nicht möglich, da den Produkten entweder die dazu nötige Reissfestigkeit fehlt, oder diese, vor allem wenn es sich um gewirkte oder nicht gewebte bauschige textile Flächengebil- de handelt, durch den Zug gedehnt und in der Struktur verändert werden würden.
Versuche, eine radiale Verdichtung zu erreichen, indem man den zylindrischen Körper eine kreisrunde Öffnung geringeren Durchmessers passieren lässt, als ihn der Querschnitt des zylinderförmigen Körpers aufweist, scheitern an der starken Oberflächenreibung, die nicht nur einen erheblichen Kraftaufwand mit sich bringt, sondern durch die Oberflächenreibung auch zu einer Beschädigung der Oberfläche führt.
Gemäss der Erfindung ist die Lösung dieser Aufgabe überraschenderweise dadurch gelungen, dass man die in Frage stehenden zylindrischen Körper in einer schraubenförmigen Relativbewegung durch einen sich verjüngenden, rotationssymmetrischen, annähernd tichterförmigen Raum führt, dessen engster Querschnitt dem Ausmass der erwünschten radialen Verdichtung des zylindrischen Körpers entspricht, und dessen innere Oberfläche aus rotierenden Elementen besteht, die ein annähernd gleitungsfreies Abrollen des zu verdichtenden Körpers ermöglicht. Dadurch fallen die Reibungsprobleme praktisch völlig weg und es können je nach Material Verdichtungsgrade um 30 Vol.-% und mehr erreicht werden.
Die erfindungsgemässe schraubenförmige, annähernd reibungsfreie Relativbewegung wird erfindungsgemäss dadurch erhalten, dass der Mantel des der Kompression dienenden sich verjüngenden Raumes aus mehreren regelmässig und drehbar angeordneten walzenförmigen Körpern besteht, die zur Längsachse des zu verdichtenden Körpers in einem solchen Winkel stehen, dass sie den zu verdichtenden Körper rollend vorwärts schieben. Dadurch wird das rollenförmige Material mittels des sich entlang der Längsachse verjüngenden Querschnittes des Raumes in zunehmendem Masse komprimiert. Hat der Körper die engste Stelle des Raumes erreicht, wird die Kompression durch feste Umhüllung mit Verpackungsmaterial fixiert.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur radialen Verdichtung von zylindrischen Körpern aus komprimierbarem Material, insbesondere von Rollen aus aufgewickelten Flächengebilden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der zu verdichtende Körper axial durch einen rotationssymmerischen, sich in Transportrichtung verjüngenden Raum, dessen Durchmesser an der engsten Stelle kleiner ist als jener des zu verdichtenden Körpers, und dessen Mantel von mehreren regelmässig angeordneten, gleichsinnig rotierenden walzenförmigen Körpern gebildet wird, die die Rotationsachse des Raumes in der in Transportrichtung gesehen zweiten Hälfte in einem Winkel von 5 bis 450 kreuzen, jedoch nicht schneiden, bewegt wird, der zu verdichtende Körper dabei gegenüber diesen den Mantel des Raumes bildenden Körpern eine schraubenförmige Relativbewegung ausübt,
und abhängig vom Verhältnis seines Durchmessers zum Durchmesser der engsten Stelle verdichtet wird und diese Verdichtung durch Umwickeln durch ein Bandoder Strangmaterial an der engsten Stelle des Raumes fixiert wird.
Wie die schraubenförmige Relativbewegung des zu verdichtenden Körpers gegenüber dem Mantel des der Verdichtung dienenden, sich verjüngenden rotationssymmetrischen Raumes, der die Form eines einschaligen Rotationshyperboloids besitzt, erzeugt wird, ist für das Gelingen des erfindungsgemässen Verfahrens nicht wesentlich. So ist es beispielsweise möglich, den zu verdichtenden Körper durch einen geeigneten Antrieb in Drehbewegung zu versetzen und gleichzeitig
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in Richtung der engsten Stelle des Raumes axial vorwärts zu bewegen, während die walzenförmigen
Körper, die den Mantel des Raumes bilden, drehbar gelagert, aber nicht angetrieben sind, durch die Abwälzbewegung des Körpers aber in eine gegenläufige Drehbewegung versetzt werden.
Bevorzugt ist jedoch, dass die rotationssymmetrischen Körper des Mantels selbst angetrieben sind und sich in Drehung befinden. Wird dann der zu verdichtende Körper, der gar nicht gelagert zu sein braucht, aber auch frei drehbar gelagert sein kann, in den rotationssymmetrischen
Raum eingeführt, so wird er, sobald sein Umfang die sich drehenden Walzen berührt, von diesen erfasst und dabei in eine gegenläufige Rotation versetzt. Da die Walzen nicht nur in einem spitzen Winkel zur Rotationssymmetrieachse des Körpers stehen, sondern diese auch kreuzen, wird er gleichzeitig vorwärts geschoben und dabei in zunehmendem Masse komprimiert.
Ist es jedoch aus Produktionsgründen unerwünscht, dass sich der zu verdichtende Körper während seiner Kompression dreht, so ist es erfindungsgemäss ebensogut möglich, diesen Körper fix zu lagern, so dass er keine Drehbewegung, aber eine Längsbewegung, ausüben kann.
In diesem Fall müssen die sich drehenden walzenförmigen Körper ausser ihrer Eigendrehung noch in eine gemeinsame, gegenläufige Rotationsbewegung um die Rotationssymmetrieachse des der Verdichtung dienenden Raumes, die gleichzeitig die Längsachse des Körpers ist, versetzt werden.
Während der Durchmesser des der Verdichtung dienenden Raumes im Verhältnis zum Durchmes- ser des zylindrischen Körpers vor der Verdichtung das Mass der Verdichtung bestimmt, ist die
Grösse des Winkels, in dem die walzenförmigen Körper zur Längsachse des der Kompression dienenden Raumes stehen massgebend für die Höhe des Ganges der schraubenförmigen Relativbewe- gung, so dass dieser Winkel gestattet, die Bedingungen während der Verdichtung der Natur des zu verdichtenden Körpers, insbesondere der Art und Beschaffenheit von dessen Oberfläche bzw. dem Gegendruck, den der Körper bei der Verdichtung ausübt, anzupassen.
Besonders bewährt hat sich dabei ein Winkel im Bereich von 10 bis 35 .
Handelt es sich bei dem zu komprimierenden Material um ein solches, das ein sehr starkes und rasches Wiedererholvermögen besitzt, ist es ausserdem zweckmässig, darauf zu achten, dass die Zwischenräume zwischen den walzenförmigen Körpern, die den Mantel des Raumes bilden, möglichst klein gehalten sind. Andernfalls läuft man Gefahr, dass das zu verdichtende Material zwischen den walzenförmigen Körpern hochquillt.
Die walzenförmigen Körper besitzen vorzugsweise die Form eines Zylinders. Ist neben der erfindungsgemässen Verdichtung in radialer Richtung zusätzlich noch eine gewisse axiale Verdichtung erwünscht, kann dies dadurch erzielt werden, dass den walzenförmigen Körpern eine sich in Bewegungsrichtung verjüngende Form, z. B. die eines einschaligen Rotationshyperboloids mit geringer Krümmung, das an der engsten Stelle in einen Zylinder übergeht, oder eines Kegelstumpfes gegeben wird.
Da eine zu rasche Kompression unerwünscht ist, ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dass die engste Stelle des Raumes in der in Transportrichtung gesehen zweiten Hälfte, vorzugsweise sogar im letzten Drittel des Raumes liegt. Das hat zur Voraussetzung, dass der der Kompression dienende Raum eingangsseitig einen grösseren Durchmesser besitzt als ausgangsseitig. Bei einmal gewähltem Durchmesser des Raumes am Eingang und am Ausgang hängt die Lage der engsten Stelle vom Kreuzungswinkel zwischen der Längsachse der walzenförmigen Körper und der Rotationssymmetrieachse des Raumes ab. Je grösser dieser Winkel ist, desto kleiner wird der engste Querschnitt und desto weiter rückt er innerhalb der zweiten Hälfte nach vorn. Durch Umstellung des Winkels zur Rotationssymmetrieachse des Raumes ist es auch möglich, je nach Wunsch den Verdichtungsgrad zu variieren.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch mindestens 5 rotationssymmetrisch unter einem Kreuzungswinkel a von 5 bis 45 zu ihrer gemeinsamen Rotationssymmetrieachse angeordnete Walzen untereinander gleichen Durchmessers, deren Mantellinien ein einschaliges Rotationshyperboloid bilden, deren Enden an zwei ringförmigen Rahmen, von denen der ausgangsseitig gelegene Rahmen den geringeren Durchmesser besitzt, in rotationssymmetrischer Anordnung befestigt sind, sowie durch eine ausserhalb des durch die Walzen umschlossenen Raumes im Bereich seines engsten Querschnittes angeordnete Rolle für Band-oder Verpackungsmaterial,
das über eine Bremseinrich-
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tung zwischen zwei Walzen dem innerhalb des durch die Walzen gebildeten Raumes befindlichen zylindrischen Körper zugeführt wird und durch eine an den ausgangsseitig gelegenen Rahmen anschliessende Abnahme- und Transporteinrichtung für den verdichteten Körper.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die ringförmigen Rahmen, an denen die Walzen, die den der Verdichtung dienenden Raum begrenzen, befestigt sind starr, d. h. also unbeweglich angeordnet, so dass die Walzen in ihrer Lage fixiert sind und nur eine Drehbewegung um ihre eigene Achse ausführen können. In diesem Fall muss der zu verdichtende Körper, damit er eine schraubenförmige Relativbewegung ausüben kann, in der erfindungsgemässen Vorrichtung frei drehbar angeordnet sein. Dies kann durch entsprechende
Lagerung geschehen, die eine Drehbewegung gestattet. Bevorzugt wird jedoch der zu verdichtende
Körper durch eine geeignete Vorrichtung z.
B. durch einen Dorn oder ein laufendes Rollenband in den von den Walzen umschlossenen Raum so weit eingeführt, dass er am Umfang von den sich drehenden Walzen erfasst wird, und bedarf innerhalb der Vorrichtung, in der er in eine zur Drehrichtung der Walzen gegenläufige Drehbewegung versetzt wird und sich dabei schrauben- förmig vorwärts bewegt, keiner besonderen Lagerung oder Halterung. Da der zylindrische Körper nach Verlassen der erfindungsgemässen Vorrichtung seine Drehbewegung beibehält, muss dafür gesorgt werden, dass jene Einrichtung, die diesen Körper beim Verlassen des Komprimierteiles der erfindungsgemässen Vorrichtung aufnimmt, eine axiale Bewegung des Körpers gestattet und mit Mitteln zur Kompensation der Drehbewegung versehen ist. So kann z. B. für den Abtransport ein muldenförmiger Rollenbock dienen.
Ist es aus irgendwelchen Gründen der Ausstattung der Anlage unerwünscht, dass der zu verdichtende Körper selbst in Drehbewegung versetzt wird, kann die erfindungsgemässe Vorrich- tung auch in der Weise gestaltet werden, dass nicht nur die den der Verdichtung dienenden
Raum begrenzenden Walzen drehbar sind, sondern auch jene beiden ringförmigen Rahmen, an denen diese Walzen befestigt sind. Dabei können entweder die Walzen allein, oder die untereinan- der starr verbundenen ringförmigen Rahmen oder beide angetrieben sein. Sind die Rahmen angetrieben, muss deren Antrieb eine Drehrichtung gleichsinnig zu jener der Walzen bewirken. Zusätzlich sind Mittel vorgesehen, die den zu verdichtenden Körper gegen eine Drehbewegung fixieren, jedoch eine axiale Bewegung gestattet, was z.
B. durch am Ein- und Auslauf angebrachte in radialer Richtung angedrückte Rollen geschehen kann.
Die Walzen, die den rotationssymmetrischen Körper der erfindungsgemässen Vorrichtung bilden, sind vorzugsweise zylindrischer Form, können aber auch die Form eines Kegelstumpfes oder eines Rotationshyperboloids haben. In allen Fällen ist die Länge ein Vielfaches von deren Durchmesser. Falls diese Walzen die Form eines Kegelstumpfes besitzen, ist es zweckmässig, den Unterschied zwischen dem Durchmesser der Basis und jenem der Deckfläche nicht zu gross zu wählen, wobei jedoch in allen Fällen gewährleistet sein muss, dass der umschlossene Raum die erfindungsgemäss geforderte sich verjüngende Form besitzt. Vorzugsweise soll das Verhältnis nicht grösser als 2 sein. In diesem Fall ist stets die Basis am eingangsseitigen Rahmen befestigt.
Da der erwünschte Verdichtungsgrad je nach Beschaffenheit des zu verdichtenden Materials und je nach Verwendungszweck variiert, ist es zweckmässig, die erfindungsgemässe Vorrichtung so auszustatten, dass der Winkel a variiert und damit der Verdichtungsgrad geändert bzw. angepasst werden kann. Das kann sehr einfach dadurch bewerkstelligt werden, dass einer der beiden ringförmigen Rahmen gegenüber dem andern in einem gewissen Ausmass um die Längsachse der Vorrichtung drehbar angeordnet ist und in der jeweils gewünschten Lage fixiert wird.
Die Zuführung des Verpackungsmaterials an der engsten Stelle der erfindungsgemässen Vorrichtung muss über einen Spalt zwischen zwei der Walzen erfolgen. Um dies zu erleichtern, können gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung die Walzen unmittelbar nach der engsten Stelle des rotationshyperbolischen Raumes enden. Sie werden dann über Stangen, die eine Fortsetzung der Längsachse der Walzen darstellen am ausgangsseitig gelegenen ringförmigen Rahmen befestigt.
Beispiele für Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den Fig. l bis 5 niedergelegt. In diesen bedeuten-l-die Rotationssymmetrieachse des der Verdichtung dienenden Raumes, der durch die Walzen --2-- umschlossen ist. --3-- ist der zu verdich-
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tende Körper, --4-- der ringförmige Rahmen auf der Eingangsseite der Vorrichtung, --5-- jener an der Ausgangsseite. --6-- stellt den Antrieb der Walzen --2-- dar, --7-- ist die Rolle an Verpackungsmaterial --9--, das über Umlenkrollen --8-- und über die Bremseinrichtung --10-dem Körper --3-- zugeführt wird.
--11-- ist die Transporteinrichtung zur Abnahme des Kör- pers --3--, die mit Rollen --12-- zur Aufnahme der Drehbewegung ausgestattet ist, und --13-bezeichnet die ausgangsseitigen Wellenstummel, die gemäss einer Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung verlängert sein können.
Fig. l ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung an der in Fig. 2 mit A-A gekennzeichneten Stelle. Fig. 2 ist ein Querschnitt der gleichen Vorrichtung an der engsten Stelle des sich verjüngenden Raumes. Seine Lage ist in Fig. l mit B-B bezeichnet. In Fig.1 ist, um die Anschaulichkeit zu erhöhen, der Körper --3-- so gezeichnet, als wäre er durchsichtig.
Bei der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind
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hiefür geeignete, selbständige Vorrichtung, die in Fig. l nicht dargestellt ist, z. B. durch einen Dorn, der fahrbar ist, indem er z. B. auf einen Stapler montiert ist, in jene Öffnung, die vom ringförmigen Rahmen --4-- umschlossen ist, so weit eingeführt, dass er an seinem Umfang von den Walzen --2-- erfasst, in Drehung versetzt wird und dabei auch beginnt, sich in axialer
Richtung vorwärts zu bewegen und dabei verdichtet zu werden. Fig. 3 stellt einen Schnitt in
Ebene C-C in Fig. l dar.
Die ringförmigen Rahmen-4 bzw. 5-sind in Fig. l nicht verstellbar gezeichnet, so dass bei dieser Ausführungsform eine Änderung des Winkels a nicht möglich wäre. Diese Ausfüh- rungsform wurde für die Fig. l aus Gründen der Anschaulichkeit ausgewählt. Die Einrichtungen die nötig sind, um einen der Rahmen --4 oder 5-- soweit drehbar zu machen, dass er unter
Einstellung beliebiger Winkel a innerhalb des erfindungsgemässen Bereiches eine Variation des
Verdichtungsgrades ermöglicht, sind aber jedem Fachmann geläufig.
Die Fig. 4 und 5 stellen eine Ausführungsform dar, in der der Körper --3-- keine Drehbewe- gungs ausüben kann, so dass es zur Erzielung des erfindungsgemässen Effektes nötig ist, dass die ringförmigen Rahmen --4 und 5-- auf zwei Laufrollenpaaren --14-- drehbar gelagert sind.
Sie müssen überdies starr verbunden sein, um eine untereinander synchrone Drehbewegung gleich- sinnig zur Drehbewegung der einzelnen Walzen --2-- durchführen zu können. --15-- ist der
Antrieb der Rahmen --4 und 5--, --16-- sind die Mittel zur Verhinderung der Drehbewegung des Körpers-3-. Fig. 5 ist dabei ein Schnitt an der in Fig. 4 mit D-D bezeichneten Stelle.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur radialen Verdichtung von zylindrischen Körpern aus komprimierbarem Material, insbesondere von Rollen aus aufgewickelten Flächengebilden, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verdichtende Körper axial durch einen rotationssymmetrischen, sich in Transportrichtung verjüngenden Raum, dessen Durchmesser an der engsten Stelle kleiner ist als jener des zu verdichtenden Körpers, und dessen Mantel von mehreren regelmässig angeordneten, gleichsinnig rotierenden walzenförmigen Körpern gebildet wird, die die Rotationsachse des Raumes in der in Transportrichtung gesehen zweiten Hälfte in einem Winkel von 5 bis 45 kreuzen, jedoch nicht schneiden, bewegt wird, der zu verdichtende Körper dabei gegenüber diesen den Mantel des Raumes bildenden Körpern eine schraubenförmige Relativbewegung ausübt,
und abhängig vom Verhältnis seines Durchmessers zum Durchmesser der engsten Stelle verdichtet wird und diese Verdichtung durch Umwickeln durch ein Band- oder Strangmaterial an der engsten Stelle des Raumes fixiert wird.