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Die
Erfindung betrifft eine Rollenwicklerwalze mit einem Rollenkern,
der radial außen
einen Funktionsbelag aufweist.
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Eine
derartige Rollenwicklerwalze ist beispielsweise aus
EP 0 679 595 B1 bekannt.
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In
einem Rollenwickler wird eine Materialbahn, beispielsweise eine
Papierbahn, zu handhabbaren Rollen aufgewickelt. In vielen Fällen ist
dem Aufwickeln noch ein Längsschneiden
der Materialbahn zu Teilbahnen vorgeschaltet, so daß im Rollenwickler
mehrere Teilbahnrollen gleichzeitig gewickelt werden.
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Bei
Rollenwicklern unterscheidet man prinzipiell zwischen Tragwalzenwicklern,
bei denen die Rolle oder die Rollen mit ihrem Gewicht auf zwei oder mehr
Tragwalzen aufliegen, und Kontaktwalzenwicklern, bei denen die Rollen
zentrisch gehalten werden und nur an einer Kontaktwalze anliegen.
In vielen Fällen
wird von der Kontaktwalze ein Teil des Rollengewichts aufgenommen.
In diesem Fall wird der Kontaktwalzenwickler auch als Stützwalzenwickler
bezeichnet. Bei einem Tragwalzenwickler gibt es vielfach noch eine
Belastungs- oder Reiterwalze, die zu Beginn eines Wickelvorganges
einen Rollenkern mit einer sich darauf aufbauenden Wickelrolle mit
einer erhöhten
Kraft in das durch die Tragwalzen gebildete Wickelbett drückt, um
einen bestimmten Wickelspannungsverlauf zu erzeugen.
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Unabhängig von
der Art des Rollenwicklers möchte
man möglichst
hohe Wickelgeschwindigkeiten erzielen können, um eine hohe Produktivität zu erzielen.
Dabei möchte
man gleichzeitig eine gute Wickelqualität erreichen und Beschädigungen
der Materialbahn vermeiden.
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Man
hat daher die früher
verwendeten Rollenwicklerwalzen, die als Stahlwalzen ausgebildet waren,
mit einem Funktionsbelag versehen. Der Funktionsbelag ist durch
einen Elastomer gebildet. Der Funktionsbelag ermöglicht nun einen gegenüber einer
Stahlwalze verbreiterten Auflage- oder Kontaktnip zwischen der Rollenwicklerwalze
und der Wickelrolle. Rollenwicklerwalzen mit einem Funktionsbelag bringen
verbesserte Wickelergebnisse und ermöglichen es, Wickelrollen mit
einem größeren Durchmesser
als bei Stahlwalzen zu wickeln.
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Allerdings
gibt es auch bei Rollenwicklerwalzen, die einen Funktionsbelag aufweisen,
nach wie vor Probleme im Betriebsverhalten. Insbesondere neigen
einige Rol lenwickler nach wie vor zu Vibrationen und Schwingungen.
Unter ungünstigen
Umständen
können
diese Schwingungen dazu führen,
daß eine
Wickelrolle aus dem Rollenwickler herausspringt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten eines
Rollenwicklers zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Rollenwicklerwalze der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß ein Dämpfungsmaterial
in den Funktionsbelag eingelagert ist.
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Der
Funktionsbelag behält
nach wie vor seine Trag-, Stütz-,
Belastungs- oder Kontaktfunktion, d.h. mit dem Funktionsbelag erreicht
man das gewünschte
Berührungsverhalten
zwischen der sich bildenden Wickelrolle und der Rollenwicklerwalze.
Insbesondere erreicht man einen gegenüber einer reinen Stahlwalze
vergrößerten Kontaktnip.
Gleichzeitig erreicht man durch die Kombination von Dämpfungsmaterial
und Funktionsbelag aber auch, daß die Schwingungsenergie, die
beim Wickeln entsteht, "verbraucht", also überwiegend
in Wärmeenergie umgewandelt
wird. Das Dämpfungsmaterial
sorgt also dafür,
daß Schwingungen,
die beim Wickeln unvermeidlich sind, bereits bei ihrer Entstehung
gedämpft
werden, so daß das
Risiko eines Aufschwingens geringer bleibt. Da ein Teil der Schwingungen mit
hoher Wahrscheinlichkeit auf den Kontakt zwischen der Wickelrolle
und der Rollenwicklerwalze zurückzuführen ist,
werden die Schwingungen am Ort ihres Entstehens gedämpft. Zusätzliche
externe Dämpfer,
beispielsweise in den Lagern der Rollenwicklerwalze, können daher
schwächer
dimensioniert werden oder sogar ganz entfallen.
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Vorzugsweise
ist der Funktionsbelag inkompressibel und das Dämpfungsmaterial kompressibel. Ein
inkompressibles Material hat eine Volumenkonstanz, d.h. im Bereich
des Kontakts zwischen der Rollenwicklerwalze und der Wickelrolle
findet lediglich eine Verdrängung
von Material von einer Position zu einer anderen Position statt.
Das Dämpfungsmaterial ist
hingegen kompressibel, d.h. es ändert
sein Volumen. Durch die Volumenänderung,
die beim Eintritt des Dämpfungsmaterials
in den Nip zwischen Rollenwicklerwalze und Wickelrolle zu einer
Volumenverminderung und beim Austritt zu einer Volumenvergrößerung führt, wird
eine innere Reibung erzeugt, die entsprechende Wärmebildung zur Folge hat. Diese
Wärmeenergie
führt Schwingungsenergie
ab. Der Begriff "inkompressibel" ist hier nicht absolut
zu verstehen. Gemeint ist, daß der
Funktionsbelag wesentlich weniger kompressibel ist als das Dämpfungsmaterial.
Dadurch, daß der
Funktionsbelag praktisch inkompressibel ist, gewährleistet er die erforderliche Wickelfunktion
und behält
er seine Trag- oder Stützfunktion.
Am bisherigen Trag- oder Kontaktverhalten der Rollenwicklerwalze
mit der Wickelrolle ändert sich
praktisch nichts. Die Dämpfung
wird jedoch stark verbessert.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß das
Dämpfungsmaterial
aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Polyurethan (PUR),
Isopren-Isobutylen-Copolymer (IIR) und Fluorcarbon-Elastomer (FCM)
enthält.
Jedes dieser Materialien ist dazu geeignet, als Dämpfungsmaterial
zu dienen. Natürlich ist
auch eine Kombination dieser Materialien untereinander denkbar.
Als Funktionsbelag läßt sich
hingegen ein Multidrive-Belag verwenden, wie er von der Voith Jagenberg
GmbH, Krefeld, Deutschland, angeboten wird.
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Auch
ist von Vorteil, wenn sich das Dämpfungsmaterial
bis zur Walzenoberfläche
erstreckt. Zum einen erleichtert dies die Fertigung. Zum anderen
wird das Dämpfungsmaterial
von der Wickelrolle direkt komprimiert. Schließlich ergibt sich eine ungestörte Wärmeabfuhr
nach außen.
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Vorzugsweise
weisen der Funktionsbelag und das Dämpfungsmaterial die gleiche
Härte auf. Die
Härte muß dabei
nicht exakt gleich sein. Gewisse Abweichungen sind durchaus zulässig. Bei
einer gleichen Wickelhärte
hat die Rollenwicklerwalze praktisch über ihre gesamte Oberfläche gleiche
Eigenschaften.
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Vorzugsweise
weist der Funktionsbelag eine Härte
von 30 bis 100 P&J
und das Dämpfungsmaterial
eine Härte
von 25 bis 110 P&J
auf. Diese Härte entspricht
einem Bereich von 50 bis 90 Shore A. Derartige Härten haben sich bewährt.
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Vorzugsweise
weist das Dämpfungsmaterial eine
in Radialrichtung gemittelte Breite auf, die dem 0,2- bis 1,5-fachen
der in Radialrichtung gemittelten Breite des Funktionsbelags zwischen
dem Dämpfungsmaterial
entspricht. Die Breite entspricht dabei der Erstreckung in Axialrichtung
der Rollenwicklerwalze. Man ordnet also abwechselnd Dämpfungsmaterial
und Funktionsbelag an, wobei das Verhältnis der entsprechenden Erstreckungen
in Axialrichtung das obengenannte 0,2- bis 1,5-fache beträgt. Die
gemittelte Breite ist dabei der Mittelwert der Breite über die
Radialrichtung. Wenn das Dämpfungsmaterial
einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dann entspricht die gemittelte
Breite der Breite des Rechtecks.
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Vorzugsweise
weist der Funktionsbelag eine radiale Dicke im Bereich von 5 bis
20 mm auf. Eine derartige Dicke reicht aus, um die Wickel- und Stützfunktion
einerseits und die Dämpfungsfunktion
andererseits zu gewährleisten.
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Vorzugsweise
weist das Dämpfungsmaterial eine
radiale Erstreckung auf, die dem 0,1- bis 0,8-fachen der radialen
Dicke des Funktionsbelags entspricht. Das Dämpfungsmaterial muß also nicht
notwendigerweise die gleiche radiale Dicke wie der Funktionsbelag
haben. Dies hat den Vorteil, daß der Funktionsbelag
die notwendige mechanische Stabilität zur Verfügung stellt, während das
Dämpfungsmaterial
für die
Dämpfung
sorgt.
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Bevorzugterweise
ist das Dämpfungsmaterial
in mindestens eine Nut eingelagert, die im Funktionsbelag ausgebildet
ist. Eine derartige Nut läßt sich beispielsweise
bei der Herstellung des Funktionsbelags mit herstellen. Die Nut
läßt sich
aber auch nachträglich
herstellen, beispielsweise durch Ausfräsen oder Ausdrehen. Man kann
auch mehrere Nuten nebeneinander vorsehen.
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Vorzugsweise
weist die Nut im Bereich ihrer Öffnung
eine gegenüber
einem radial weiter innen gelegenen Bereich verminderte Breite in
Axialrichtung auf. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil,
daß das
Dämp fungsmaterial
im Funktionsbelag festgehalten wird, ohne daß zusätzliche Befestigungsschritte
erforderlich sind.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Nut im Querschnitt eine Polygonform oder eine Ellipsenform aufweist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Polygonform ist beispielsweise
eine Trapezform. Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Ellipsenform
ist beispielsweise eine Kreisform. In allen Fällen wird gewährleistet,
daß das
Dämpfungsmaterial
im Funktionsbelag festgehalten wird, gleichzeitig aber eine gute
Dämpfungseigenschaft
der Rollenwicklerwalze sichergestellt wird.
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Vorzugsweise
ist die Nut als Schraubennut ausgebildet. Die Nut kann schraubenlinienförmig geführt sein,
so daß sie
sich im wesentlichen über
die gesamte axiale Länge
der Rollenwicklerwalze erstreckt. Man kann auch mehrere Nuten sozusagen als
mehrgängiges
Schraubengewinde an der Oberfläche
der Walze unterbringen. Die Schraubennut hat den Vorteil, daß bei einer
Umdrehung der Rollenwicklerwalze die Öffnung der Nut in Axialrichtung über die Oberfläche der
Wickelrolle wandert. Ein Einprägen der
Nut in die Oberfläche
der Wickelrolle wird daher vermieden.
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Bevorzugterweise
sind der Funktionsbelag und das Dämpfungsmaterial gemeinsam auf
den Rollenkern aufvulkanisiert. Dies läßt sich beispielsweise dadurch
realisieren, daß man
den Funktionsbelag in Form von Bändern
und das Dämpfungsmaterial
ebenfalls in Form von Bändern
auf den Umfang des Rollenkerns aufwickelt und dann gemeinsam durch
eine thermische Behandlung fertigstellt. Dadurch ergibt sich eine
innige Verbindung nicht nur zwi schen dem Rollenkern und dem Funktionsbelag, die
gegebenenfalls auch noch durch eine Haftvermittler-Schicht verbessert
werden kann, sondern auch eine ebenso gute Verbindung zwischen dem Dämpfungsmaterial
und dem Rollenkern und zwischen dem Dämpfungsmaterial und dem Funktionsbelag.
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Vorzugsweise
ist mindestens eine Luftabführnut
im Funktionsbelag vorgesehen. Beim Aufwickeln der Materialbahn wird
an der Materialbahn anhaftende Luft in den Nip zwischen der Wickelrolle
und der Rollenwicklerwalze eingezogen. Zur Abfuhr dieser Luft ist
die Verwendung einer Luftabführnut
bekannt. Wenn man nun dafür
sorgt, daß die
Luftabführnut
nur oder jedenfalls überwiegend
im Funktionsbereich angeordnet ist, dann wird durch diese Luftabführnut das
Dämpfungsverhalten
der Walze nicht beeinträchtigt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Tragwalzen-Wickelvorrichtung,
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2 eine
schematische Darstellung einer Stützwalzen-Wickelvorrichtung,
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3 einen
Ausschnitt aus einer Rollenwicklerwalze im Längsschnitt,
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4 eine
abgewandelte Ausführungsform gegenüber 3,
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5 eine
weiter abgewandelte Form der Rollenwicklerwalze,
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6 eine
vierte Ausgestaltung einer Rollenwicklerwalze in schematischer Darstellung
und
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7 eine
fünfte
Ausgestaltung der Rollenwicklerwalze.
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1 zeigt
eine Tragwalzen-Wickelvorrichtung 1 mit zwei Tragwalzen 2, 3,
die zusammen ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine Wickelrolle 5 liegt. Natürlich können in
dem Wickelbett 4 auch mehrere Wickelrollen 5 in
Axialrichtung nebeneinander liegen. Mindestens eine der Tragwalzen 2, 3 ist
angetrieben. Wenn sich diese Tragwalze 2, 3 dreht,
dann wird die Wickelrolle 5 durch Reibung mitgedreht und
zieht dadurch eine nicht näher
dargestellte Materialbahn, beispielsweise eine Papierbahn auf sich.
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Um
das Herausspringen der Wickelrolle 5 aus dem Wickelbett 4 zu
verhindern und um eine bestimmte Wickelhärte zu Beginn des Wickelns
zu erzeugen, ist eine Belastungswalze 6 oberhalb des Wickelbetts 4 vorgesehen.
Die Belastungswalze 6 wandert mit zunehmendem Durchmesser
der Wickelrolle 5 nach oben.
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Jede
der Walzen, also die beiden Tragwalzen 2, 3 und
die Belastungswalze 6, können an ihrem Umfang einen
Funktionsbelag aufweisen, der im Zusammenhang mit den 3 bis 7 näher diskutiert
wird.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform
einer Wickelvorrichtung 7, die als sogenannter Stützwalzenwickler
ausgebildet ist. Die Wickelvorrichtung 7 weist eine Zentralwalze 8 auf,
die auch als Stütz- oder
Kontaktwalze bezeichnet werden kann. An der Zentralwalze 8 liegen
Wickelrollen 9, 10 an und zwar in Axialrichtung
zueinander versetzt auf Lücke.
Diese Wickelrollen 9, 10 werden zentrisch gehalten.
Sie können
auch einen Zentrumsantrieb 11, 12 aufweisen. Beim
Wickeln werden die Lagerungen entlang von Führungsbahnen 13, 14 schräg nach oben
verfahren. Die Wickelrollen 9, 10 liegen in den
beiden oberen Quadranten an der Zentralwalze 8 an.
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Bei
einer derartigen Wickelvorrichtung 7 ist die Zentralwalze 8 mit
einem Funktionsbelag versehen, der im Zusammenhang mit den 3 bis 7 näher beschrieben
wird.
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3 zeigt
nun im Längsschnitt
einen Ausschnitt aus einer Walze W. Diese Walze kann, wie oben erwähnt, eine
der beiden Tragwalzen 2, 3, die Belastungswalze 6 oder
die Zentralwalze 8 sein.
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Die
Walze W weist einen Rollenkern 15 auf, der auch als Tragmantel
bezeichnet werden kann. Der Rollenkern 15 ist beispielsweise
aus Stahl oder einem anderen festen Material gebildet. Der Rollenkern 15 soll
ausreichend stabil ausgestaltet sein, um durch die anliegenden Wickelrollen 5 bzw. 9, 10 nicht verformt
zu werden.
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Auf
dem Umfang des Rollenkerns
15 befindet sich zunächst eine
Haftvermittler-Schicht
16. Auf der Haftvermittler-Schicht
16 ist
ein Funktionsbelag
17 aufge bracht. Bis dahin stimmt der
Aufbau der Walze W mit einem Rufbau überein, wie er beispielsweise
in
EP 0 679 595 B1 dargestellt
ist.
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Der
Funktionsbelag ist durch ein Elastomermaterial gebildet, das praktisch
inkompressibel ist, d.h. eine Volumenkonstanz aufweist. Ein derartiger Belag
wird beispielsweise von der Firma Voith Paper GmbH, Krefeld, Deutschland,
unter der Bezeichnung "ElaCare", "ElaGrip" oder "MultiDrive" angeboten.
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In
den Funktionsbelag 17 ist nun ein Dämpfungsmaterial 18 eingelagert.
Das Dämpfungsmaterial 18 ist
kompressibel. Es kann beispielsweise aus Polyurethan (PUR), Isopren-Isobutylen-Copolymer (IIR),
Fluorcarbon-Elastomer (FCM) oder einer Kombination dieser Materialien
gebildet sein.
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Beim
Wickeln dreht sich die Wickelrolle 5 bzw, die Wickelrollen 9, 10.
Dabei werden die Tragwalzen 2, 3, die Belastungswalze 6 bzw.
die Zentralwalze 8 im Bereich des Kontaktes mit den jeweiligen Wickelrollen
eingedrückt.
Bei dem nicht kompressiblen Funktionsbelag 17 führt dies
zu einer Materialverlagerung. Bei dem Dämpfungsmaterial 18 führt dies hingegen
zu einer Kompression und einer nachfolgenden Dekompression. Diese
Volumenänderung
ist um so stärker,
je stärker
die Wickelrolle beim Wickeln schwingt. Die Volumenänderung
ist mit einer Wärmeentwicklung
verbunden. Die Wärme
wird dem Schwingungsvorgang entzogen. Das Dämpfungsmaterial 18 führt also
zu einer wirksamen Dämpfung
der beim Wickeln auftretenden Schwingungen und zwar unmittelbar
am Entstehungsort.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausgestaltung ist das Dämpfungsmaterial 18 in
einer schraubenförmig
umlaufenden Nut 19 angeordnet. Natürlich können auch mehrere schraubenförmig umlaufende
Nuten 19 vorgesehen sein, so daß man praktisch eine mehrgängige Schraubennut
erhält.
Der Funktionsbelag 17 weist eine radiale Dicke 5 im
Bereich von 5 bis 20 mm auf. Die Nut 19 und damit das Dämpfungsmaterial 18 weist
eine radiale Erstreckung T auf, die dem 0,1- bis 0,8-fachen der
Dicke S des Funktionsbelags 17 entspricht. Das Dämpfungsmaterial 18 reicht
hierbei bis zur Oberfläche 20 der
Walze W, d.h. der Funktionsbelag 17 und das Dämpfungsmaterial 18 bilden eine
glatte Umfangsfläche.
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Natürlich kann
auch hier eine Luftabführnut 21 vorgesehen
sein, die aber hauptsächlich
in dem Funktionsbelag 17 angeordnet sein wird.
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In
der in 3 dargestellten, im Querschnitt rechteckigen Ausbildung
des Dämpfungsmaterials 18 wechseln
sich in Axialrichtung der Walze W gesehen das Dämpfungsmaterial 18 und
der Funktionsbelag 17 an der Oberfläche ab. Das Dämpfungsmaterial 18 hat
dabei eine Breite A (d.h. eine Erstreckung in Axialrichtung), die
dem 0,2- bis 1,5-fachen der Breite B des Funktionsbelags 17,
genauer gesagt der Breite der Abschnitte des Funktionsbelags 17 zwischen
den aus Dämpfungsmaterial 18 gebildeten
Bereichen, entspricht. Dabei ist vorgesehen, daß die Härte von Funktionsbelag 17 und
Dämpfungsmaterial 18 ungefähr gleich
sind, so daß die
Wickelrolle 5 bzw. 9, 10 über die
gesamte axiale Länge
der Walze W im wesentlichen gleichförmig abgestützt wird. Beispielsweise kann
der Funktionsbelag 17 eine Härte von 30 bis 100 P&J und das Dämpfungsmaterial
eine Härte im
Bereich von 25 bis 110 P&J
aufweisen.
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Das
Dämpfungsmaterial 18 kann
in die Nut 19 eingegossen oder dort festgeklebt werden.
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Das
Dämpfungsmaterial 18 muß nicht
unbedingt einen im Schnitt rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Wie in 4 dargestellt ist, kann das Dämpfungsmaterial 18 auch
einen trapezförmigen Querschnitt
aufweisen. Dabei ist die Nut 19 so ausgebildet, daß sie sich
zur radialen Mitte der Walze W hin verbreitert. Das Dämpfungsmaterial 18 ist
also in Form einer Schwalbenschwanzverbindung im Funktionsbelag 17 gehalten.
In diesem Fall verwendet man für
das Verhältnis
der Breiten eine gemittelte Breite, also die Querschnittsfläche des
Dämpfungsmaterials 18 dividiert
durch die radiale Dicke T.
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Anstelle
eines Trapezes, wie in 4 dargestellt, kann natürlich auch
jedes andere Polygon verwendet werden, bei dem die entsprechende
Haltefunktion des Funktionsbelages realisiert werden kann.
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5 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der das Dämpfungsmaterial 18 im
wesentlichen eine Kreisform aufweist. Auch hier erscheint das Dämpfungsmaterial 18 neben
dem Funktionsbelag 17 an der Oberfläche der Walze W. Die gemittelte Breite
ist auch hier die Querschnittsfläche
dividiert durch die radiale Dicke T des Dämpfungsmaterials 18.
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In 6 ist
eine abgewandelte Ausführungsform
dargestellt, bei der gleiche Elemente mit den gleichen Be zugszeichen
versehen sind. Hier erstreckt sich das Dämpfungsmaterial 18 neben
dem Funktionsbelag 17 bis zur Haftvermittler-Schicht 16. Dies
läßt sich
beispielsweise dadurch realisieren, daß man sowohl den Funktionsbelag 17 als
auch das Dämpfungsmaterial 18 gemeinsam
oder nacheinander auf den Rollenkern 15 aufwickelt und
danach durch Anwendung von höherer
Temperatur gemeinsam aufvulkanisiert oder entsprechend verfestigt. Dabei
können
die einzelnen den Funktionsbelag 17 und das Dämpfungsmaterial 18 bildenden
Wickel in Radialrichtung ausgerichtet sein, wie dies in 6, linke
Hälfte,
dargestellt ist. Sie können
aber auch konisch gewickelt werden, so daß sich "schräge" Schichten ergeben,
wie dies in 6, rechts, dargestellt ist.
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7 zeigt
eine Ausgestaltung einer Walze W, bei der das Dämpfungsmaterial 18 radial
innerhalb des Funktionsbelags 17 angeordnet ist. Die dämpfende
Schicht ist also unter dem Funktionsbelag 17 angeordnet.