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Die
Erfindung betrifft eine Doppeltragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln
einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf
mindestens eine Wickelhülse
zu mindestens einer Wickelrolle, wobei die mindestens eine Wickelrolle
zumindest während
des Aufwickelvorgangs in einem von zwei Tragwalzen gebildeten Wickelbett liegt.
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Materialbahnen
müssen,
bevor sie versandt werden können,
auf Versand- oder Fertigrollen aufgewickelt werden. Als Rollenkerne
werden hierfür üblicherweise
Wickelhülsen
verwendet, die vorzugsweise aus Pappe bestehen. Die Fertigrollen
werden dadurch erzeugt, dass so genannte Mutter- oder Tambourrollen,
die am Ausgang einer Papiermaschine oder nach der Satinage erzeugt
werden, abgewickelt, in Längsrichtung
geschnitten und dann jeweils auf Wickelhülsen aufgewickelt werden. Diese
Wickelhülsen
liegen entweder auf einer Stützwalze
einer Stützwalzen-Wickelmaschine
auf oder seitlich an dieser an oder die Wickelhülsen liegen in einem von zwei Tragrollen
einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine gebildeten
Wickelbett.
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Im
Fall einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, wie sie beispielsweise
aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 200 13 319 U1 oder der
europäischen
Patentschrift
EP 0
792 245 B1 bekannt ist, ist mindestens eine der beiden
Tragwalzen angetrieben. Auf diese Weise liegen entsprechend der
Anzahl der aus der ursprünglichen
Materialbahn durch Längsschnitte
erzeugten einzelnen Materialbahnen mehrere Wickelhülsen nebeneinander
in dem Wickelbett, auch wenn nachfolgend aus Gründen der einfachen Darstellung
stets nur eine einzige Wickelhülse
in Verbindung mit einem auf ihr aufgewickelten Materialbahnwickel angesprochen
wird. Es ist jedoch auch möglich,
lediglich eine einzige Wickelrolle in einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine
zu wickeln.
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Beim
Wickeln der Materialbahn werden durch Schwingungen der Wickelrolle
und der beiden Tragwalzen Eindrückungen
in der Wickelrolle verursacht, die durch Resonanzen immer an derselben Umfangsstelle
auftreten und dadurch immer stärker werden.
Dadurch wird einerseits die gesamte Doppeltragwalzen-Wickelmaschine schädlichen
Schwingungsbeanspruchungen unterworfen, und andererseits wird die
einzelne Wickelrolle mit Wickelfehlern gewickelt.
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Aus
der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 71 21 923 U1 ist eine Trageinrichtung
für aus
Materialteilbahnen aufgewickelte Wickelrollen bekannt, in der wenigstens
eine der beiden Tragwalzen elastisch gelagert ist. Durch die elastische
Lagerung erhält
die eine Tragwalze bei gleicher Ausbildung beider Tragwalzen eine
zur anderen unterschiedliche Eigenfrequenz, so dass eine Summierung
der Schwingungen der beiden Tragwalzen und damit eine Rollenbeschädigung weitestgehend
ausgeschlossen werden.
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Durch
die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 73 05 837 U1 ist eine Trageinrichtung
offenbart geworden, in der beide Tragwalzen auf Federsystemen abgestützt sind.
Durch diese Maßnahme
wird eine Entkopplung und Dämpfung
von Schwingungen erreicht. Es lässt
sich auch der Einsatz von Dämpfungselementen
vorsehen, deren Dämpfungswirkung in
Abhängigkeit
von der Lagerbelastung einstellbar ist.
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Den
bekannten „passiven" Systemen haftet allesamt
der Nachteil an, dass bereits Vibrationen mit nennenswerten Amplituden
auftreten müssen,
bevor diese systembedingt erkannt und gedämpft werden können. Bis
zu deren Erkennung sind dann bereits zum Teil erhebliche Wickelfehler
in der Wickelrolle aufgetreten.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich ihrer
Vibrationen verbesserte Doppeltragwalzen-Wickelmaschine zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass wenigstens eine der beiden Tragwalzen als eine Biegeeinstellwalze
mit einem umlaufenden Walzenmantel, einem den Walzenmantel axial
durchsetzenden drehfesten Joch und wenigstens einer zwischen dem
Joch und dem Walzenmantel angeordneten Stützquelle ausgebildet ist.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine
effektive Vermeidung von Vibrationen in einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine.
Da die Vibrationseigenschaften sehr schnell geändert werden können, ist
auch eine aktive Lösung,
das heißt
eine Lösung
unter Berücksichtigung
aktueller Vibrationen der Wickelrolle, beispielsweise mittels einer
von einem Regelkreis beaufschlagten Regeleinrichtung, denkbar.
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Weiterhin
bietet sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung insbesondere bei großen Arbeitsbreiten,
vorzugsweise ab einer Walzenbreite größer 7 bis 8 m, und relativ
schlanken Tragwalzen an, da die hier normalerweise auftretenden
störenden
Schwingungsamplituden sich auf diese Weise reduzieren lassen, was
wiederum zwecks Erreichung akzeptabler Wickelqualitäten in der
Wickelrolle von Wichtigkeit ist.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Biegeeinstellwalze nicht mehr als fünf, vorzugsweise zwischen einer
und drei Stützquellen.
Dabei können
die Stützquellen
in einem Abstand von 1.250 mm bis 3.000 mm, vorzugsweise von 1.500
bis 2.500 mm angeordnet sein. Die genannte Anzahl von Stützquellen
mit entsprechendem Abstand ist im Hinblick auf eine effektive Vermeidung von
Vibrationen bei Berücksichtigung
der Herstellkosten für
eine derartig ausgebildete Biegeeinstellwalze vollkommen ausreichend.
Zudem kann beim Einsatz von mehreren Stützquellen über die Arbeitsbreite der Biegeeinstellwalze
hin gezielt Einfluss auf etwaige harmonische Schwingungen genommen werden.
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Die
Stützquelle
weist bevorzugt eine Wirkrichtung auf, die zu der mindestens einen
in dem Wickelbett liegenden Wickelrolle hin gerichtet ist und die in
einem Winkelbereich von 10 bis 60°,
vorzugsweise von 20 bis 40° zur
Vertikalen ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung ist insbesondere
im Hinblick auf die Dämpfung
von horizontalen und vertikalen Bewegungen der Wickelrolle mit damit
einhergehenden Vibrationen sinnvoll.
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Dabei
können
die Wirkrichtungen mehrerer Stützquellen
gleichgerichtet oder annähernd
gleichgerichtet sein. Ergänzend
oder alternativ können
die Wirkrichtungen mehrerer Stützquellen
auch in einem Winkelbereich von 5 bis 20° ausgerichtet sein. Damit ergibt
sich der Vorzug einer größtmöglichen
Anpassung an jeweilige, gegebenenfalls unterschiedliche Betriebszustände.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Stützquelle
zumindest teilweise mit einem durch wenigstens ein hydraulisches
Ventil geleitetes Hydraulikfluid oder zumindest teilweise mit einem
elektrorheologischen Fluid (ERF) und/oder Ferrofluid, dessen Viskosität über ein
elektrisches bzw. magnetisches Feld variierbar ist, betrieben ist.
Bei der zweiten möglichen
Ausführungsform
wird also der Umstand ausgenutzt, dass sich die Fließeigenschaft
bzw. Viskosität
eines elektrorheologischen Fluids oder Ferrofluids unter dem Einfluss
eines elektrischen bzw. magnetischen Feldes ändert, das heißt zum Beispiel
ein hydraulischer Druck bzw. ein Volumenstrom durch Veränderung
des betreffenden Feldes variiert werden kann. Unter dem Einfluss
des betreffenden Feldes können
die Fließeigenschaften
des elektrorheologischen Fluids bzw. Ferrofluids stufenlos und reversibel
verändert
werden. Bei den heute verfügbaren
elektrorheologischen Flüssigkeiten
handelt es sich insbesondere um Silikonöl, in dem Polyurethanpartikel
dispergiert sind. Mit zunehmender elektrischer Spannung bzw. Feldstärke nimmt
die scheinbare Viskosität
des elektrorheologischen Fluids im Feld zu und der Volumenstrom
ab. Die Eigenschaften eines elektrorheologischen Fluids bzw. Ferrofluids
erlauben also beispielsweise eine relativ einfache, schnelle und
sehr ausfallsichere Stützquellen-Druckregelung.
Zudem können
gezielt bestimmte Dämpfungseigenschaften
an der Stützquelle
realisiert oder auch das Schwingungsverhalten des Walzenmantels
gezielt beeinflusst werden.
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Über das
die Viskosität
des elektrorheologischen Fluids bzw. Ferrofluids beeinflussende
Feld kann also beispielsweise der hydraulische Druck entsprechend
variiert werden. Es ist also insbesondere der Druck in der Druckkammer
einer jeweiligen Stützquelle
entsprechend variierbar. Dabei kann insbesondere eine Druckregelung
oder eine Volumenstromregelung zur Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften
an der Stützquelle
vorgesehen sein. Zudem kann etwaig anfallendes Lecköl in der
Stützquelle
als Schmiermedium für
das System verwendet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass zusätzlich
mindestens eine Belastungswalze an der mindestens einen Wickelrolle
anliegt, die über
wenigstens einen einstellbaren Dämpfer
gelagert ist. Eine derartige Belastungswalze ist beispielsweise
an dem Gestell, insbesondere an der Schwinge, derart angebracht,
dass sie senkrecht oder bevorzugt seitlich gegen die Wickelrolle
drückt,
um das Schaukeln oder Vibrieren der Wickelrolle einzudämmen. Die
Belastungswalze lässt
sich entweder auf einer um eine Drehachse schwenkbaren Schwinge
oder auf einer Linearführung
befestigen; die Funktion der Belastungswalze ist unabhängig davon,
ob sie auf einer Geraden oder einer Kreisbahn geführt wird.
Damit ist die Belastungswalze geneigt gegenüber einer durch den Mittelpunkt
der Wickelrolle hindurchgehenden, die Verbindungslinie zwischen
den beiden Tragwalzen unter einem rechten Winkel schneidenden Mittelsenkrechten
angeordnet, wenigstens während
der meisten Zeit des Wickelvorgangs, das heißt wenigstens ab dem Erreichen
eines vorherbestimmten Wickeldurchmessers.
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Die
bevorzugte Lagerung der Belastungswalze mittels wenigstens eines
Dämpfers
ermöglicht eine
hohe Dynamik in der Regelung von Vibrationen oder Unregelmäßigkeiten
der Wickelrolle, weil anders als bei einem hydraulischen Zylinder,
der die Druckwalzentraverse trägt
und der daher keine hohe Dynamik erlaubt, nicht die gesamte Masse
der Traverse mitbewegt werden muss, sondern die Dämpfung ausschließlich durch
die Einstellung des wenigstens einen Dämpfers erfolgt. Zwar wird in
bekannter Weise die Traverse der Druckwalze weiterhin von hydraulischen
Zylindern bewegt; diese Zylinder arbeiten allerdings träge.
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Von
Vorteil ist ferner eine Ausgestaltung, gemäß der der wenigstens eine Dämpfer zumindest
teilweise mit einem durch wenigstens ein hydraulisches Ventil geleitetes
Hydraulikfluid oder zumindest teilweise mit einem elektrorheologischen
Fluid (ERF) und/oder Ferrofluid, dessen Viskosität über ein elektrisches bzw. magnetisches
Feld variierbar ist, betrieben ist. Hierbei ergeben sich wiederum
die vorstehend genannten Vorteile. So können beispielsweise Schwingungen
und Vibrationen der Wickelrolle sehr gut unterdrückt werden, wobei sich zudem
mit dieser hochdynamischen Druckwalze eine konstante Linienkraft
erreichen lässt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppeltragwalzen-Wickelmaschine;
und
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2 einen
schematischen Längsschnitt durch
die in der 1 schematisch dargestellte Tragwalze
entlang der Schnittlinie A-A.
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Die 1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine 1.
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Diese
Doppeltragwalzen-Wickelmaschine 1 dient zum Aufwickeln
mehrerer nebeneinander laufender Materialteilbahnen 2.1,
insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, auf mehrere in einem von
zwei parallel zueinander angeordnete Tragwalzen 3, 4 gebildeten
Wickelbett 5 Stoß an
Stoß nebeneinander liegende
Wickelhülsen 6 zu
Wickelrollen 7. Die Wickelrollen 7 liegen während des
Aufwickelns der Materialteilbahnen 2.1 bei Ausbildung zweier
jeweiliger Nips N3, N4 auf den Tragwalzen 3, 4 auf.
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Von
einer nicht dargestellten, dem Fachmann jedoch bekannten Längsschneideinrichtung wird
die Materialbahn 2 vor dem Aufwickeln in mehrere Materialteilbahnen 2.1 geschnitten,
die anschließend
seitlich um den Mantel einer der beiden Tragwalzen 3, 4 herum
oder durch den zwischen den beiden Tragwalzen 3, 4 gebildeten
Spalt in das Wickelbett 5 geführt werden, wo sie auf die
fluchtend aufgereihten Wickelhülsen 6 zu
Wickelrollen 7 aufgewickelt werden.
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In
der Darstellung werden die Einzelbahnen um den außen liegenden
Mantel der nicht angetriebenen Tragwalze 3 herumgeführt und
anschließend auf
die Wickelhülsen 6 zu
Wickelrollen 7 aufgewickelt.
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Dabei
ist die nicht angetriebene Tragwalze 3 als eine Biegeeinstellwalze 8 mit
einem umlaufenden Walzenmantel 9, einem den Walzenmantel 9 axial durchsetzenden
drehfesten Joch 10 und wenigstens einer zwischen dem Joch 10 und
dem Walzenmantel 9 angeordneten Stützquelle 11 ausgebildet.
Für den Fachmann
ist es hierbei selbstverständlich,
dass auch die andere Tragwalze 4 als eine Biegeeinstellwalze
mit beschriebenen Eigenschaften ausgeführt sein kann.
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Die
als Biegeeinstellwalze 8 ausgebildete Tragwalze 3 weist,
wie in der 2 erkennbar ist, mehrere Stützquellen 11,
vorzugsweise gleicher Bauart und gleicher Funktionsweise, auf.
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Die
jeweilige die Stützquelle 11 weist
eine Wirkrichtung W (Pfeil) auf, die zu den in dem Wickelbett 5 liegenden
Wickelrollen 7 hin gerichtet ist und die in einem Winkelbereich α von 10 bis
60°, vorzugsweise
von 20 bis 40° zur
Vertikalen V (Doppelpfeil) ausgerichtet ist. Dabei können die
Wirkrichtungen W (Pfeil) der mehreren Stützquellen 11 in dargestellter Weise
gleichgerichtet oder annähernd
gleichgerichtet sein oder sie können
alternativ in einem Winkelbereich β von 5 bis 20° zur mittleren
Wirkrichtung W (Pfeil) ausgerichtet sein.
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Für den Betrieb
sind verschiedene Möglichkeiten
vorgesehen: so kann die Stützquelle 11 beispielsweise
zumindest teilweise mit einem durch wenigstens ein hydraulisches
Ventil 12 geleitetes Hydraulikfluid 13 betrieben
sein. Die Druckversorgung für
sämtliche
Stützquellen 11 erfolgt
zum Beispiel über
eine gemeinsame Versorgungseinrichtung, die zumindest eine Versorgungsleitung
und eine vorzugsweise steuer-/regelbare Versorgungspumpe aufweist.
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Weiterhin
kann die Stützquelle
11 aber
auch zumindest teilweise mit einem elektrorheologischen Fluid und/oder
Ferrofluid betrieben sein, dessen Viskosität über ein elektrisches bzw. magnetisches
Feld variierbar ist. Über
das die Viskosität
des elektrorheologischen Fluids bzw. Ferrofluids beeinflussende Feld
können
der hydraulische Druck und/oder der Volumenstrom variierbar sein.
Ein derartiges System für eine
Biegeausgleichswalze ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 204 022 377 A1 bekannt,
deren diesbezüglicher
Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht
wird.
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Bei
beiden Betriebsmöglichkeiten
ist zumindest eine Druckregelung oder eine Volumenstromregelung
zur Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften
an der jeweiligen Stützquelle 11 vorgesehen.
Derartige Regelungsprinzipien sind dem Fachmann derart geläufig, dass
sie an dieser Stelle nicht näher
erläutert
werden müssen.
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Weiterhin
ist zusätzlich
eine maschinenbreite Belastungswalze 14 vorgesehen, die
oberseitig an den Wickelrollen 7 anliegt und die über wenigstens einen
einstellbaren Dämpfer 15 an
einer Traverse 16 gelagert ist. Dabei drückt sie
die Wickelrollen 7 in das Wickelbett 5.
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Die
Belastungswalze 14 ist entweder nur zu Beginn des Wickelvorgangs
senkrecht oder im wesentlichen senkrecht oberhalb den Wickelrollen 7 angeordnet
und erreicht nach vollständiger
Bewicklung der Wickelrollen 7 eine geneigte Stellung oder
sie ist, wie dargestellt, weiterhin senkrecht oder im wesentlichen
senkrecht oberhalb den Wickelrollen 7 angeordnet.
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Der
Dämpfer 15 ist
wiederum zumindest teilweise mit einem durch wenigstens ein hydraulisches Ventil
geleitetes Hydraulikfluid oder zumindest teilweise mit einem elektrorheologischen
Fluid und/oder Ferrofluid, dessen Viskosität über ein elektrisches bzw. magnetisches
Feld variierbar ist, betreibbar.
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Die 2 zeigt
einen schematischen Längsschnitt
durch die in der 1 schematisch dargestellte Tragwalze 3 entlang
der Schnittlinie A-A.
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Die
als nicht angetriebene Tragwalze 3 fungierende eine Biegeeinstellwalze 8 weist
einen umlaufenden Walzenmantel 9 und ein den Walzenmantel 9 axial
durchsetzendes drehfestes Joch 10 auf. Zwischen dem Joch 10 und
dem Walzenmantel 9 sind insgesamt fünf Stützquellen 11 ausgebildet,
die in einem gegenseitigen Abstand A von 1.250 mm bis 3.000 mm,
vorzugsweise von 1.500 bis 2.500 mm angeordnet sind. Die gegenseitigen
Abstände
sind im dargestellten Beispiel gleich groß, sie können jedoch auch unterschiedlich
in den vorgegebenen Bereichen sein, insbesondere auch spiegelbildlich.
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Die
beiden randseitigen Bereiche des Jochs 10 bilden übliche Lagerzapfen 17 zur
entsprechenden Lagerung der Biegeeinstellwalze 8. Weiterhin verfügt die Biegeinstellwalze 8 über dem
Fachmann bekannte Walzendeckel 18, die anfangs- und einseitig zwischen
dem Walzenmantel 9 und dem Joch 10 drehgelagert
angeordnet sind.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die Erfindung eine Doppeltragwalzen-Wickelmaschine
mit verbesserten Vibrationseigenschaften geschaffen wird.
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- 1
- Doppeltragwalzen-Wickelmaschine
- 2
- Materialbahn
- 2.1
- Materialteilbahn
- 3
- Tragwalze
- 4
- Tragwalze
- 5
- Wickelbett
- 6
- Wickelhülse
- 7
- Wickelrolle
- 8
- Biegeeinstellwalze
- 9
- Walzenmantel
- 10
- Joch
- 11
- Stützquelle
- 12
- Ventil
- 13
- Hydraulikfluid
- 14
- Belastungswalze
- 15
- Dämpfer
- 16
- Traverse
- 17
- Lagerzapfen
- 18
- Walzendeckel
- A
- Abstand
- A-A
- Schnittlinie
- N3
- Nip
- N4
- Nip
- V
- Vertikale
(Doppelpfeil)
- W
- Wirkrichtung
(Pfeil)
- α
- Winkelbereich
- β
- Winkelbereich