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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 und wobei wenigstens eine der beiden Tragwalzen als eine Antriebswalze
ausgebildet ist, die einen umlaufenden und drehbaren Walzenmantel
und eine den Walzenmantel axial durchsetzende und feststehend ausgebildete
Walzenachse umfasst.
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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 Vibrationen 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
Vibrationsbeanspruchungen 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 Tragwalze unterschiedliche Eigenfrequenz, so dass eine
Summierung der Vibrationen 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 worden, in der beide Tragwalzen auf Federsystemen abgestützt sind.
Durch diese Maßnahme
wird eine Entkopplung und Dämpfung
von Vibrationen 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 die Antriebswalze mindestens einen innenliegenden, zwischen dem
Walzenmantel und der Walzenachse angeordneten, einen Stator und
einen Rotor aufweisenden Antriebsmotor aufweist, dessen Wicklungen
derart asymmetrisch bestrombar sind, dass eine radiale Kraft erzeugt
wird. Die radiale Kraft wirkt dabei bevorzugt diametral zur asymmetrischen
Bestromung und ermöglicht
in effizienter Weise die Vermeidung von Vibrationen. Dabei kann
die radiale Kraft auch etwaigen Vibrationen nachgefahren werden.
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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
sowohl eine passive Lösung
als 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
Vibrationsamplituden 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
bildet die Walzenachse den Stator und der Walzenmantel den Rotor
des Antriebsmotors, da hiermit die praktischen und betrieblichen
Anforderungen an die Doppeltragwalzen-Wickelmaschine bestmöglich erfüllt werden
können.
Zudem ist diese Ausführungsform dahingehend
vorteilhaft, weil damit eine sehr einfache, aber kompakte und wartungsarme
Bauweise des Tragwalzenantriebs geschaffen wird.
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Weiterhin
ist der Antriebsmotor im Gegensatz zu dem heute üblicherweise verwendeten Asynchronmotor
bevorzugt als ein Synchronmotor mit einer hohen Polpaarzahl ausgebildet,
da diese Ausführungsform
ein Höchstmaß an Flexibilität im Hinblick auf
die Unterdrückung
bzw. Vermeidung von Vibrationen bietet. Der Synchronmotor weist
hierbei bevorzugt 4 bis 12, vorzugsweise 4 bis 8 Polpaare auf.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Antriebswalze mehrere Antriebsmotoren, die in einem
gleichmäßigen oder
ungleichmäßigen Abstand
von 1.000 mm bis 2.500 mm, vorzugsweise von 1.250 bis 2.000 mm angeordnet
sind. Die Anzahl der Antriebsmotoren ist hierbei nicht mehr als fünf, vorzugsweise
zwischen eins und drei. Diese genannte Anzahl von Antriebsmotoren
mit entsprechendem Abstand ist im Hinblick auf eine effektive Vermeidung
von Vibrationen bei Berücksichtigung der
Herstellkosten für
eine derartig ausgebildete Antriebswalze vollkommen ausreichend.
Zudem kann beim Einsatz von mehreren Antriebsmotoren über die
Arbeitsbreite der Antriebswalze hinweg gezielt Einfluss auf etwaige
harmonische Schwingungen (Vibrationen) genommen werden.
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Der
Antriebsmotor 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 Antriebsmotoren gleichgerichtet oder
annähernd gleichgerichtet
sein. Ergänzend
oder alternativ können
die Wirkrichtungen mehrerer Antriebsmotoren 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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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht
darin, dass der Walzenmantel zusätzlich über an den
stirnseitigen Enden der Antriebswalze eingebaute Radiallager, insbesondere
Wälzlager, drehbar
gelagert ist. Der erfindungsgemäße Antrieb bzw.
Antriebsmotor benötigt
dadurch kein eigenes Fundament zur Lagerung und braucht auch nicht
aufwändig
ausgerichtet zu werden, was einen weiteren Vorteil der Erfindung
darstellt.
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Nachzutragen
ist, dass Mittel zur laufenden Nachschmierung der Lagerstellen der
Tragwalze in vorteilhafter Weise nicht notwendig sind, aber Mittel zur
zumindest zeitweisen Kühlung
des Antriebsmotors lassen sich beispielsweise sehr einfach in den Walzenzapfen
unterbringen.
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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 eine einstellbare Dämpfungseinrichtung
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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Von
Vorteil ist ferner eine Ausgestaltung, gemäß der die wenigstens eine Dämpfungseinrichtung 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. So können beispielsweise Vibrationen
der Wickelrolle sehr gut unterdrückt
werden, wobei sich zudem mit dieser hochdynamischen Belastungswalze
eine konstante Linienkraft erreichen lässt.
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Zudem
ermöglicht
die bevorzugte Lagerung der Belastungswalze mittels wenigstens einer
Dämpfungseinrichtung
eine hohe Dynamik in der Regelung von Vibrationen oder Unregelmäßigkeiten
der Wickelrolle, weil anders als bei einem hydraulischen Zylinder,
der die Belastungswalzen-Traverse trägt und der daher keine hohe
Dynamik erlaubt, nicht die gesamte Masse der Belastungswalzen-Traverse mitbewegt
werden muss, sondern die Dämpfung
ausschließlich
durch die Einstellung des wenigstens einen Dämpfers erfolgt. Zwar wird in
bekannter Weise die Belastungswalzen-Traverse weiterhin von hydraulischen
Zylindern bewegt; diese Zylinder arbeiten allerdings träge.
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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 Belastungswalzen-Druckregelung. Zudem können gezielt
bestimmte Dämpfungseigenschaften
an der Belastungswalze realisiert werden.
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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 Antriebswalze
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 Materialteilbahnen 2.1 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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Die
als Antriebswalze 4 ausgebildete Tragwalze umfasst einen
umlaufenden und drehbaren Walzenmantel 8 und eine den Walzenmantel 8 axial durchsetzende
und feststehend ausgebildete Walzenachse 9. Zudem weist
sie einen innenliegenden, zwischen dem Walzenmantel 8 und
der Walzenachse 9 angeordneten, einen Stator 11 und
einen Rotor 12 aufweisenden Antriebsmotor 10 auf,
dessen Wicklungen 13.1, 13.2 derart asymmetrisch
bestrombar sind, dass eine radiale Kraft F (Pfeil) erzeugt wird. Für den Fachmann
ist es hierbei selbstverständlich, dass
auch die andere Tragwalze 3 entsprechend ausgeführt sein
kann.
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In
der dargestellten Ausführung
bildet die Walzenachse 9 den Stator 11 und der
Walzenmantel 8 den Rotor 12 des Antriebsmotors 10.
Der Antriebsmotor 10 selbst ist als ein Synchronmotor mit
einer hohen Polpaarzahl ausgebildet, die einen Wert im Bereich von
4 bis 12, vorzugsweise 4 bis 8 annimmt.
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Der
jeweilige Antriebsmotor 10 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) mehrerer Antriebsmotore 10 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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Weiterhin
ist zusätzlich
eine maschinenbreite Belastungswalze 14 vorgesehen, die
oberseitig an den Wickelrollen 7 anliegt und die über wenigstens eine
einstellbare Dämpfungseinrichtung 15 an
einer Belastungswalzen-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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Die
Dämpfungseinrichtung
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. 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 2004 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 Belastungswalze 14 vorgesehen. Derartige Regelungsprinzipien
sind dem Fachmann derart geläufig,
dass sie an dieser Stelle nicht näher erläutert werden müssen.
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Die 2 zeigt
einen schematischen Längsschnitt
durch die in der 1 schematisch dargestellte Antriebswalze 4 entlang
der Schnittlinie A-A.
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Die
Antriebswalze 4 umfasst, wie bereits erwähnt, einen
umlaufenden und drehbaren Walzenmantel 8 und eine den Walzenmantel 8 axial
durchsetzende und feststehend ausgebildete Walzenachse 9.
Zwischen dem Walzenmantel 8 und der Walzenachse 9 sind
insgesamt fünf,
jeweils einen Stator 11 und einen Rotor 12 aufweisende
Antriebsmotoren 10 in einem Abstand A von 1.000 mm bis
2.500 mm, vorzugsweise von 1.250 bis 2.000 mm angeordnet. Die gegenseitigen
Abstände
A sind im dargestellten Beispiel gleich groß, sie können jedoch auch unterschiedlich
in den vorgegebenen Bereichen sein, insbesondere auch spiegelbildlich.
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Die
nicht explizit dargestellten Wicklungen 13.1, 13.2 jedes
Antriebsmotors 10 sind derart asymmetrisch bestrombar,
dass eine radiale Kraft F (Pfeil) erzeugt wird (vgl. 1).
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Der
Walzenmantel 8 der Antriebswalze 4 weist zusätzlich an
seinen stirnseitigen Enden angeordnete und dem Fachmann bekannte
Walzendeckel 17 aus. Der Walzenmantel 8 ist über in die
beiden Walzendeckel 17 eingebaute Radiallager 18,
insbesondere Wälzlager,
drehbar gelagert.
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Zusätzlich können in
nicht dargestellter Weise dem Fachmann bekannte Mittel zur zumindest zeitweisen
Kühlung
des Antriebsmotors vorgesehen sein.
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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
- Antriebswalze
(Tragwalze)
- 5
- Wickelbett
- 6
- Wickelhülse
- 7
- Wickelrolle
- 8
- Walzenmantel
- 9
- Walzenachse
- 10
- Antriebsmotor
- 11
- Stator
- 12
- Rotor
- 13.1
- Wicklung
- 13.2
- Wicklung
- 14
- Belastungswalze
- 15
- Dämpfungseinrichtung
- 16
- Belastungswalzen-Traverse
- 17
- Walzendeckel
- 18
- Radiallager
- A
- Abstand
- A-A
- Schnittlinie
- F
- Kraft
(Pfeil)
- N3
- Nip
- N4
- Nip
- V
- Vertikale
(Doppelpfeil)
- W
- Wirkrichtung
(Pfeil)
- α
- Winkelbereich
- β
- Winkelbereich