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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und zur axialen
Ausrichtung einer Materialrolle in einem Rollenwechsler gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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In
Rollenwechslern für
Rotationsdruckmaschinen werden Materialrollen mit teilweise über 4 m Breite
verarbeitet. Diese Rollen werden von Tragarmen mit Spannkonen aufgenommen
und müssen
im aufgeachsten Zustand sicher und fest eingespannt sein, um auch
bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten den erforderlichen Gleichlauf
sicherzustellen. Andernfalls besteht die Gefahr von Vibrationen
und Unwuchten, was bis zum Riss der ablaufenden Materialbahn oder
sogar zur Zerstörung
der Vorrichtung führen
kann.
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Rollenwechsler,
wie sie häufig
in der Druckindustrie eingesetzt werden, sind in der Regel mit zwei
oder drei Rollenträgern
ausgerüstet,
die in einem so genannten Rollenstern um eine Schwenkachse drehbar
zusammengefasst sind. Dabei wird ein Rollenträger von zwei Tragarmen gebildet,
an deren freien Enden sich Spannkonen befinden, welche in die Hülsen der
Materialrollen zum Einspannen eingebracht werden. Oft können solche
Spannkonen kraftbetätigt
eine Spannkraft an der Wickelhülse
einleiten bzw. lösen.
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Um
Materialrollen aufzunehmen und leere Hülsen bzw. Restrollen auszuspannen,
ist es nötig, die
Tragarme eines Rollenwechslers in axialer Richtung zu öffnen. Zwar
kann die Freigabe der Hülse auch
durch Verschiebung nur eines Spannkonus erfolgen, häufig werden
die beiden Tragarme mit den Spannkonen aber gleichzeitig entgegengesetzt
zueinander verstellt, um die Materialrolle einzuspannen oder die
geleerte Hülse
freizugeben. Aus dem Stand der Technik ist es dabei bekannt, je
Rollenträger
einen Verstellantrieb zu verwenden.
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An
Rollenwechslern mir großen
Materialbahnbreiten sorgt eine Seitenkantenregelung für die korrekte
Ausrichtung der Materialbahn in Laufrichtung. Dazu muss die bereits
eingespannte Materialrolle in axialer Richtung verschoben werden.
Besonders bei wellenlosen Vorrichtungen kann es hierbei zu Veränderungen
im Abstand der Spannkonen kommen. Dies kann unerwünschte Spannungen
in der Materialrolle oder eine gelockerte Einspannung verursachen,
was dann zu Unwuchten und dadurch gefährlichen Vibrationen oder Bahnrissen
führen
kann.
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Die
DE 600 09 190 T2 beschreibt
einen Rollenwechsler mit verstellbaren Tragarmen. Dabei sind Gewindespindeln
vorgesehen, die mittels Elektromotoren gemeinsam angetrieben sind.
Zwischen Elektromotor und Gewindespindel ist ein Drehmomentbegrenzer
angeordnet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Aufnahme und zur axialen Ausrichtung einer Materialrolle in einem
Rollenwechsler zu schaffen, mit der auch eine axiale Verschiebung
der Rolle erfolgen kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass eine Seitenkantenregelung im Rollenwechsler mit dem ohnehin
vorhandenen Antrieb der Tragarmverstellung durchführbar ist,
und somit keine separate Vorrichtung hierfür notwendig ist. Es wird sichergestellt,
dass bei erforderlicher axialer Verschiebung der Materialrolle der
Abstand der Tragarme zueinander konstant bleibt, und dadurch keine unerwünschten
Spannungen oder Zugkräfte
in der Materialrolle entstehen.
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Eine
axiale Verstellung der Rollentragarme erfolgt in einem Rollenwechsler
zur Aufnahme bzw. Freigabe einer Materialrolle durch einen eigenen
Antrieb je Tragarm. Dabei sind zwei, einen Rollenträger bildende
Tragarme an einem Rollenständer
axial verschiebbar montiert. An jedem der beiden Tragarme ist ein
Spannkonus befestigt, und zwar so, dass die Spannkonen einander
gegenüberliegend
in koaxialer Ausrichtung mit einer Drehachse einer Materialrolle angeordnet
sind. Dabei ist jedem Tragarm ein separater Stellantrieb zugeordnet.
Der Stellantrieb ist jeweils über
einer Verstellachse mit dem Tragarm und dem daran befestigten Spannkonus
verbunden. Durch Betätigen
des Stellantriebs wird der Spannkonus axial entlang der Drehachse
verschoben.
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Die
Verstellachse ist parallel zur Drehachse der Materialrolle angeordnet
und als Gewindespindel ausgebildet, die raumfest im Rollenständer angebracht
ist und durch den Antrieb in zwei Drehrichtungen angetrieben werden
kann. Obwohl in der weiteren Beschreibung nur auf die Lösung mit
der Gewindespindel eingegangen wird, wird darauf hingewiesen, dass
es für
die Realisierung solcher Verstellachsen viele Lösungsmöglichkeiten gibt, die dem Fachmann
aber geläufig
sind und daher nicht detaillierter beschrieben werden. Beispielsweise
wäre auch
eine parallele Anordnung einer zusätzlichen Führung möglich, wenn Antrieb und präzise Führung nicht
in einem einzigen Funktionselement realisiert werden sollen. Ebenso
ist es möglich,
die Verstellung der Tragarme in Richtung der Drehachse der Materialrolle
mithilfe einer Zylinder-Kolben-Anordnung
vorzunehmen.
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Zur
Bereitstellung der Antriebskräfte
wird in einer Ausführungsform
ein Schneckengetriebemotor eingesetzt. Ebenso könnte die Verstellachse direkt mit
einer Abtriebswelle eines Schritt- oder Drehmomentmotors verbunden
sein. Der Fachmann wird hier weitere gleichwirkende Lösungen erkennen.
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Auf
der Gewindespindel ist axial verschiebbar, aber drehfest ein Verbindungselement
angebracht, welches andererseits verschiebefest am Tragarm montiert
ist. Das kann vorzugsweise eine Kugelumlaufmutter sein. Diese ist
fest am Tragarm montiert, welcher wiederum axial beweglich in einer Führung im
Rollenständer
angeordnet ist. Somit wird bei einer Drehung der Gewindespindel
das Verbindungselement in axialer Richtung samt dem Tragarm bewegt.
Bei abgewandelten Ausführungsformen kann
die Gewindespindel oder die sonstige Verstellachse auch die Führung des
Tragarms übernehmen, so
dass keine separate Führung
erforderlich ist. Dem Fachmann sind weitere Möglichkeiten bekannt, eine axiale
Verstellung des Tragarms zu erreichen.
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Die
Materialrolle wird zunächst
mit geeigneten Mitteln, wie z. B. einem Lastkran in den Bereich der
Drehachse eingebracht und zwischen den Spannkonen koaxial positioniert.
Dann werden die Tragarme, und somit die Spannkonen aufeinander zu bewegt,
um in Eingriff mit der Wickelhülse
zu gelangen.
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Es
können
Spannkonen verwendet werden, die eine aktive Spreizeinrichtung aufweisen.
Das heißt,
dass die Spannkonen radial verstellbaren Elemente besitzen, welche
kraftbetätigt
den Radius des Spannkonus vergrößern, und
somit eine kraftschlüssige
Verbindung mit der sie umgebenden Wickelhülse der Materialrolle herstellen.
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Zum
Zwecke der Zuführung
der von der Materialrolle ablaufenden Materialbahn zu einer Rotationsdruckmaschine
muss die Materialrolle noch hinsichtlich ihrer Kantenausrichtung
justiert werden. Dazu wird mit einer schaltbaren Kupplung eine mechanische
Verbindung zwischen den Verstellachsen hergestellt. Wird nun eine
Verstellachse in einer Richtung angetrieben, folgt die andere aufgrund
der mechanischen Kopplung. Dabei muss sichergestellt sein, dass
entweder einer der beiden Verstellantriebe abgekoppelt wird, oder
dass der für
eine axiale Verstellung der Materialrolle wirkende Antrieb den jeweils
anderen „überlagert". Das erforderliche
Moment wird in diesem Fall von nur einem Antrieb eingeprägt. Es ist
aber auch möglich,
die Steuerung der beiden Antriebe zu synchronisieren, so dass ein
hoher Gleichlauf der Antriebe erreicht werden kann. Vorteilhafter
ist eine Abschaltung eines Antriebes, da für eine axiale Verschiebung
der Materialrolle nicht so hohe Kräfte aufzubringen sind.
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Diese
gekoppelten Verstellachsen mit ihrem Antrieb können auch bei laufendem Betrieb
des Rollenwechslers für
eine Seitenkantenregelung eingesetzt werden, indem eine Messvorrichtung
die Position der Rollenkante erfasst, ein Regelungsmechanismus,
dies mit einem Sollwert vergleicht und bei Abweichungen ein Verstellsignal
absendet, bis eine Positionsübereinstimmung
erreicht ist. Für
den fliegenden Rollenwechsel müssen
für eine
erfolgreiche Weiterverarbeitung einer Materialbahn die Seitenkanten exakt
aufeinander ausgerichtet sein, dafür ist eine solche Regelung
ebenfalls einsetzbar.
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Soll
nun nach dem Rollenwechsel eine leere Hülse oder eine Restrolle aus
dem Rollenständer entfernt
werden, muss die Kopplung der beiden Verstellachsen gelöst werden,
um eine entgegengerichtete Bewegung der Spannkonen mit Hilfe der
einzelnen Antriebe erzeugen zu können.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Vorderansicht einer Rollenlagerung in einem Rollenwechsler;
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2 eine
schematische Seitenansicht einer Rollenlagerung gemäß 1;
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3 eine
schematische Draufsicht einer Rollenlagerung gemäß 1;
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4 einen
Kupplungsmechanismus für Verstellachsen
eines Rollenträgers;
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5 einen
Quer- und Längsschnitt
eines Spannkonus.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Rollenständers mit einer Vorrichtung
zur Verstellung der Spannkonen. Dargestellt ist ein dem Fachmann in
seinem Grundaufbau an sich bekannter Rollenständer. An einer drehbar gelagerten
Schwenkachse 01 sind zwei Rollenträger 02 angeordnet,
welche jeweils einen ersten Tragarm 03 und eine zweiten Tragarm 04 besitzen.
An den Tragarmen 03; 04 sind Spannkonen 05 befestigt, wobei
die jeweils zu einem Rollenträger 02 gehörenden Spannkonen 05 einander
gegenüberliegend
so angeordnet, dass ihre Drehachsen 06 in koaxialer Ausrichtung
mit einer Drehachse 07 einer nicht dargestellten eingespannten
Materialrolle liegen. Je Rollenträger 02 sind im Rollenständer eine
Verstellachse 08, z. B. eine erste Gewindespindel 08 und
eine Verstellachse 09, z. B. zweite Gewindespindel 09 (in
der Bildebene am oberen Rollenträger 02 hinter
der ersten Gewindespindel 08 liegend, am unteren Rollenträger 02 ist
die zweite Gewindespindel 09 sichtbar, wohingegen die erste Gewindespindel 08 in
der Bildebene dahinter liegt) in Lagern 10 drehbar gelagert.
An dem ersten Tragarm 03 ist eine Kugelumlaufmutter 11 befestigt,
durch welche die erste Gewindespindel 08 hindurchgeführt ist.
Am zweiten Tragarm 04 wird die erste Gewindespindel 08 durch
eine Spindelführung 12 hindurchgeführt. Analog
wird die zweite Gewindespindel 09 (für den oberen Tragarm 03 in
der Bildebene hinter der ersten Gewindespindel 08 gelegen)
mittels Spindelführung 12 durch
den ersten Tragarm 03 und mittels Kugelumlaufmutter 11 durch
den zweiten Tragarm 04 hindurchgeführt. Diese Anordnung ist in
der unteren Bildhälfte
für den
unteren Rollenträger 02 zu
erkennen. Die Gewindespindeln 08; 09 werden jeweils durch
einen Antrieb 13, z. B. einen Motor 13 über ein Riemengetriebe 14 und
ein nicht dargestelltes Schneckengetriebe 15 angetrieben.
Dabei befindet sich wiederum der Motor 13 der zweiten Gewindespindel 09 des
oberen Rollenträgers 02 in
der Bildebene hinter dem Motor 13 der ersten Gewindespindel 08.
Umgekehrt verhält
es sich mit dem unteren Rollenträger 02.
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Aus 2 ist
in der Seitenansicht der Antriebs- und der Kupplungsmechanismus
der Gewindespindeln 08; 09 zu erkennen. In der
oberen Bildhälfte
sind die Teile der oberen Rollenträgers 02 dargestellt,
in der unteren Bildhälfte
analog die Teile des unteren Rollenträgers 02. Da die Rollenträger 02 identisch
aufgebaut sind, wird in den folgenden Ausführungen nur noch vom oberen
Rollenträger 02 ausgegangen.
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Die
Drehbewegung des Motors 13 wird in der bevorzugten Ausführungsform über das
Riemengetriebe 14 und das Schneckengetriebe 15 auf
die jeweils zugehörige Gewindespindel 08; 09 übertragen. Hier
sind auch andere Antriebs- und Getriebelösungen einsetzbar sind.
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Zur
einzelnen axialen Verstellung der Spannkonen 05 wird nun
jede Gewindespindel 08; 09 separat angetrieben.
Die Drehrichtung des Motors 13 bestimmt die Drehrichtung
der jeweiligen Gewindespindel 08 bzw. 09 und damit
die Bewegungsrichtung des jeweiligen Tragarms 03 bzw. 04.
Dadurch kann ein sicheres Einspannen bzw. Freigeben der Materialrolle gewährleistet
werden. Beim Eispannen bzw. Freigeben einer Materialrolle drehen
sich die jeweils zugehörigen
Gewindespindeln 08; 09 gegensinnig, um den Abstand
der an den Tragarmen 03; 04 befestigten Spannkonen 05 zueinander
zu verändern.
Natürlich
könnten
alternativ auch Gewindespindeln mit gegensinniger Gewinderichtung
verwendet werden.
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Ist
die Materialrolle eingespannt, werden die Spindelantriebe abgeschaltet.
Nun kann die Materialrolle zur korrekten axialen Ausrichtung verschoben werden,
indem eine schaltbare mechanische Kupplung 16 die Wellen 17 der
Schneckengetriebe 15 verbindet. Dabei muss sichergestellt
sein, dass die Antriebe 13 der einzelnen Gewindespindeln 08; 09 abgeschaltet
sind. Nach der erfolgten Kopplung der Gewindespindeln 08; 09,
können
nun beide Schneckengetriebe 15 gemeinsam von einem der
beiden Motoren 13 angetrieben werden. Jedoch muss dafür gesorgt
werden, dass der jeweils andere Motor 13 von der Welle 17 des
Schneckengetriebes 15 getrennt wird. Bei abgewandelten
Ausführungsformen
sind aber auch Kopplungen möglich,
die weiterhin eine Krafteinleitung über beide Antriebe 13 gestatten. Durch
den nun gleichsinnigen Antrieb 13 wird sichergestellt,
dass die Spannkonen 05 in die gleiche Richtung verstellt
werden und sich der relative Abstand zwischen ihnen nicht mehr ändert.
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Zum
Ausspannen der Materialrolle muss die durch die Kupplung 16 hergestellte
Verbindung der Wellen 17 der Schneckengetriebe 15 wieder
getrennt werden.
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3 zeigt
den oberen Rollenträger 02 aus 1 in
einer schematischen Ansicht von oben. Der untere Rollenträger 02 liegt
in der Bildebene hinter dem oberen Rollenträger 02. Der erste
Tragarm 03 ist über
die Kugelumlaufmutter 11 an die erste Gewindespindel 08 formschlüssig gekoppelt.
Der zweite Tragarm 04 ist über die Kugelumlaufmutter 11 an
die zweite Gewindespindel 09 formschlüssig gekoppelt. Die vorher
beschriebenen Spindelführungen 12 sind in
dieser 3 nicht dargestellt. Die Motoren 13 mit den
nicht dargestellten Riemen- bzw. Schneckengetrieben 14; 15 treiben
die Gewindespindeln 08; 09 getrennt an, und können bei
Bedarf über
die Kupplung 16 miteinander gekoppelt werden, deren Funktion bereits
in 2 beschrieben wurde.
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In 4 ist
beispielhaft die Gestaltung der Schneckengetriebe 15 und
der Kupplung 16 zu erkennen.
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5 zeigt
einen Spannkonus 05, wie er bevorzugt in einer solchen
Vorrichtung eingesetzt wird. Der Spannkonus 05 umfasst
einen axial angeordneten und in axialer Richtung beweglich angeordneten Kern 18,
an dem in Längs-
und in Umlaufrichtung Spannelemente 19 angebracht sind.
Weiterhin umfasst der Spannkonus 05 einen Körper 20 und Spannbacken 21.
Die Spannelemente 19 sind mit einem Ende in einer senkrecht
zur Drehachse 06 stehenden Befestigungsachse 22 drehbar
gelagert und mit dem anderen Ende an der Spannbacke 21 in
einer parallelen Achse drehbar gelagert befestigt. Die Spannbacken 21 sind
wiederum am Körper 20 axial fest
aber radial verschiebbar gelagert. Eine Feder 23, z. B.
Druckfeder 23 hält
die Spannbacken 21 in einer radial inneren Position. In
dieser Position spannen die Befestigungsachsen 22 eines
Spannelementes 19 eine Ebene auf, die schräg zur Drehachse 06 des Spannkonus 05 verläuft. Durch
eine axiale Verschiebung des Kerns 18 verschieben die im
Kern 18 und in der Spannbacke 21 drehbar gelagerten
Spannelemente 19 die Spannbacke 21 in radialer
Richtung nach außen.
Dadurch wird die den Spannkonus 05 umgebende Wickelhülse kraftschlüssig gespannt.
Im gespannten Zustand spannen die Befestigungsachsen 22 eines
Spannelementes 19 eine Ebene auf, die senkrecht zur Drehachse 06 des Spannkonus 05 verläuft. Dieser
gespannte Zustand kann durch eine Festlegung des Kerns 18 im
Körper 20 fixiert
werden. Die radial äußere Position
der Spannbacken 21 und die zugehörige Stellung der Spannelemente 19 sind in
der 5 gestrichelt dargestellt.
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Es
ist daran zu erinnern, dass auch andere Bauformen von Spannkonen 05 eingesetzt
werden können.
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- 01
- Schwenkachse
- 02
- Rollenträger
- 03
- Tragarm,
erster
- 04
- Tragarm,
zweiter
- 05
- Spannkonus
- 06
- Drehachse
(06)
- 07
- Drehachse
- 08
- Verstellachse,
Gewindespindel, erste
- 09
- Verstellachse,
Gewindespindel, zweite
- 10
- Lager
- 11
- Kugelumlaufmutter
- 12
- Spindelführung
- 13
- Antrieb,
Motor
- 14
- Riemengetriebe
- 15
- Schneckengetriebe
- 16
- Kupplung
- 17
- Welle
(15)
- 18
- Kern
- 19
- Spannelement
- 20
- Körper
- 21
- Spannbacke
- 22
- Befestigungsachse
- 23
- Feder,
Druckfeder