DE102006043629A1

DE102006043629A1 - Wickelmaschine mit Linearmotoren

Info

Publication number: DE102006043629A1
Application number: DE200610043629
Authority: DE
Inventors: Rolf Van Dr. Haag; Alexander Klupp; Manfred Dr. Mager; Josef Nelles; Christian Pringal; Jürgen Wolf
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Eine Tragwalzen-Wickelmaschine dient zum Aufwickeln einer durch Längsschnitte unterteilten Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, die zwei Tragwalzen (1, 2) aufweist, zwischen denen ein Walzenbett ausgebildet ist, auf dem die Wickelrollen (3) beim Aufwickeln mit fluchtenden Achsen aufliegen. Die Tragwalzen-Wickelmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tragwalzen (1, 2) elektromagnetisch unter Erzeugung eines Luftspaltes (11, 12) anhebbar und in der angehobenen Position nachgiebig entsprechend der Stärke des elektromagnetischen Feldes und den Dimensionen des Elektromagneten gelagert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln einer durch Längsschnitte unterteilten Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, die zwei Tragwalzen aufweist, zwischen denen ein Walzenbett ausgebildet ist, auf dem die Wickelrollen beim Aufwickeln mit fluchtenden Achsen aufliegen.
Materialbahnen müssen, bevor sie versandt werden können, auf Versand- oder Fertigrollen aufgewickelt werden. Als Rollenkerne werden hierfür üblicherweise Wickelkerne verwendet, die vorzugsweise aus Pappe bestehen. Die Fertigrollen werden dadurch erzeugt, dass sogenannte 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 in einem von zwei Tragrollen einer Tragwalzen-Wickelmaschine gebildeten Wickelbett. Mindestens eine der beiden Tragrollen ist angetrieben.
Oberhalb des von den Tragwalzen gebildeten Walzenbetts ist ein Druckwalzensystem angeordnet, das aus einer durchgehenden Druckwalze oder aus einzelnen Druckwalzensegmenten besteht und an einer horizontalen, vertikal bewegbaren Traverse befestigt ist. Das Druckwalzensystem dient dazu, zu Beginn der Aufwicklung von oben auf die Wickelrollen zu drücken, um so die Linienlast an den Kontaktlinien zwischen den Wickelrollen und den Tragwalzen zu erhöhen. Von der Linienlast wird die Wickelhärte der Wickelrollen entscheidend beeinflusst. Zu Beginn der Aufwicklung reicht die Linienlast aus dem Auflagegewicht der Wickelrollen noch nicht aus. Daher wird mittels des Druckwalzensystems eine zusätzliche Anpresskraft aufgebracht, die bei steigendem Wickelrollengewicht während des Aufwickelns entsprechend gemindert wird. Eine Wickelmaschine mit einem derartigen Druckwalzensystem ist beispielsweise aus der DE 102 51 592 A1 bekannt.
Beim Wickelvorgang wirkt zwischen den Wickelrollen und den Tragwalzen die Nipkraft. Am Anfang drückt die Druckwalze die noch kleinen Rollen in das Tragwalzenbett. Mit steigendem Durchmesser wird der zum Wickeln erforderliche Nipdruck durch die Gewichtskraft der Rollen selber aufgebracht. Die Kraft, welche die Druckwalze auf die Rollen ausübt, wird mit wachsendem Rollendurchmesser deshalb allmählich reduziert. Gegen Ende des Wickelvorgangs liegt die Druckwalze daher nur noch mit einer Restlinienlast auf. Damit die dann verhältnismäßig geringe Kraft noch innerhalb der erlaubten Toleranz geregelt werden kann, können moderne Maschinen mit Kraftsensoren und einer schnellen elektronischen Regelung ausgerüstet oder nachgerüstet werden. Sie verfügen somit über eine kraftgeregelte Druckwalze, welche besonders bei vibrationsempfindlichen Papiersorten einen ruhigeren Lauf gewährleistet.
Gleichwohl entstehen beim Wickeln Schwingungen, die für eine Vielzahl von Störungen verantwortlich sind. Die durch die Schwingungen verursachte Bewegung der Wickelrollen im Wickelbett kann durchaus ein Vielfaches der theoretischen Nipkraft verursachen und ist daher nicht zu vernachlässigen. Die Schwingungen beeinflussen unmittelbar die Qualität der Wickelrollen und limitieren die Geschwindigkeit, mit der diese gewickelt werden können, und somit die Produktivität. Besonders bei der Verarbeitung von Papieren mit hohen Reibkoeffizienten treten zunehmend starke Vibrationen auf. Allgemein spricht man bei diesen Sorten von vibrationskritischen Papieren. Die Vibrationen treten immer mit der Frequenz einer Vielfachen der Wickeldrehzahl auf. Bei genauer Analyse ist festzustellen, dass die Wickel unrund werden und somit zu einer Anregung des Systems führen.
Zur Beseitigung oder zur Reduzierung dieser Schwingungsprobleme sind in der Vergangenheit bereits verschiedene Lösungswege vorgeschlagen worden. Aus der EP 1 260 470 A2 ist die aktive Schwingungsdämpfung einer Tragwalze durch einen Hydraulikzylinder bekannt. In der DE 10 2004 062 890 A1 wird eine Rollenwickeleinrichtung beschrieben, in der eine Änderung der Systemeigenfrequenz einer Tragwalze durch eine umschaltbare Steifigkeit der Tragwalzenlagerung erreicht wird. Eine Wickelmaschine mit einer positionsgeregelten Tragwalze ist in der DE 10 2005 000 052 A1 beschrieben. Die Achse der Tragwalze wird während des Aufwickelns durch ein Positioniermittel konstant gehalten, das das Einfedern der Walze infolge der sich während des Aufwickelns ändernden Masse der Wickelrolle kompensiert. Hierbei umfasst das Positioniermittel wenigstens einen Dämpfer, dessen Dämpfungswirkung variabel einstellbar ist. Die DE 10 2005 024 266 A1 beschreibt eine federnde Tragwalzenlagerung, in der die Walzenlagerungen über Dämpfungsglieder mit ihrer Abstützung verbunden sind. Die Dämpfungsglieder weisen mit zwei Druckräumen ausgestattete Zylinder auf. Die bekannten Lösungen zielen somit darauf ab, die Schwingungen der Tragwalze durch aktive oder passive Dämpfungssysteme zu reduzieren. Ferner ist es bekannt, Tragwalzen horizontal zu verschieben, um die Eigenfrequenz des Gesamtschwingsystems zu verändern. In diesem Fall soll also eine geometrische Beeinflussung die Eigenfrequenz des aus dem Wickel und den Tragwalzen bestehenden Schwingsystems ändern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wickelmaschine zu schaffen, in der Schwingungen erheblich reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Wickelmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Tragwalzen elektromagnetisch unter Erzeugung eines Luftspaltes anhebbar und in der angehobenen Position nachgiebig entsprechend der Stärke des elektromagnetischen Feldes und den Dimensionen des Elektromagneten gelagert sind.
Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass sich Elektromagnete je nach Richtung der angelegten Spannungen anziehen oder abstoßen. Zwischen einem ersten ortsfest gelagerten Elektromagneten und einem zweiten beweglich in der Nähe des ersten Magneten gelagerten Magneten lässt sich somit der Abstand und die Stärke der Abstoßung durch die Stärke der elektrischen Spannungen, die an ihnen anliegen, einstellen. Der zwischen den beiden Magneten bestehende Luftspalt dient dann zur Dämpfung von Schwingungen. Die Größe des Luftspalts lässt sich über die Stärke der Spannungen steuern.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Von Vorteil ist eine Konstruktion, bei der wenigstens eine der Tragwalzen auf einer Schiene gelagert ist, auf der sie entsprechend dem erreichten Wickelumfang der Wickelrolle ebenfalls elektromagnetisch verschiebbar ist.
Besonders geeignet ist hierbei der Einsatz eines Linearmotors, wie er beispielsweise auf dem Gebiet der Transportsysteme (Magnetschwebebahn) zum Einsatz kommt. Die Tragwalzen werden jeweils durch einen Linearmotor angehoben und lassen sich im angehobenen Zustand einfach auf Schienen verschieben. Ein Kraftfeld, das durch die elektromagnetischen Kräfte aufgebaut wird, wirkt sowohl in translatorischer Richtung sowie in der Richtung vertikal zur Hubbewegung. Hierdurch wird erreicht, dass zwischen der Schiene und einem die Tragwalze tragenden Schlitten ein Luftspalt entsteht, so dass eine berührungslose Führung gebildet wird. Die Masse auf dem Schlitten kann somit fast reibungsfrei bewegt werden, wodurch hohe Beschleunigungen erzielt werden können.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Linearmotoren mit einer Steuer- oder einer Regelschaltung ausgestattet sind, aufgrund deren die Kraft zum Verschieben der Tragwalzen auf den Schienen und die Kraft zum Anheben der Tragwalzen unabhängig voneinander steuerbar sind. Durch eine geeignete Anordnung und Ansteuerung der Elektromagnete ist es möglich, die Kraft in Bewegungsrichtung unabhängig von der hierzu vertikalen Kraft zur Erzeugung des Luftspaltes zu beeinflussen. Ebenso ist es technisch möglich, mit dem System direkt die Höhe des Luftspaltes zu bestimmen, so dass sich ein geschlossener Regelkreis aufbauen lässt, der die Höhe des Luftspaltes kontrolliert. Der Linearmotor kann somit direkt als Aktuator für ein adaptives System zur Schwingungsreduzierung verwendet werden.
In vorteilhafter Weise wird somit die Höhe des Luftspaltes entsprechend der erforderlichen Dämpfung der Tragwalzen eingestellt. Dabei ist die Regelschaltung Teil eines adaptiven oder selbstlernenden Systems zur Einstellung oder Regelung der Dämpfung der Tragwalzen.
Von Vorteil ist es außerdem, wenn die Schienen zur Verstellung der Tragwalzen auf der Stuhlung der Tragwalzen-Wickelmaschine montiert sind. Hierbei kann in vorteilhafter Weise auch vorgesehen werden, dass die Schienen horizontal oder geneigt verlaufen.
Gemäß der Erfindung wird die translatorische Bewegung des Linearmotors verwendet, um die Position einer oder beider Tragwalzen zu verändern. Die Schiene des Linearmotors wird auf der Stuhlung montiert, und auf dem Schlitten sitzen die Tragwalzenlager. Die Bewegungsrichtung kann sowohl horizontal wie geneigt sein. Durch Veränderung des Luftspaltes wird eine Bewegung ungefähr in Richtung der Niplast erzeugt, wodurch ein aktives Dämpfungssystem für die beiden Tragwalzen geschaffen wird. Wenn die translatorischen Bewegungen beider Tragwalzen synchron ausgeführt werden, wird das Zentrum der Wickel nicht in horizontaler Richtung verschoben. Durch diese beiden Maßnahmen lassen sich sowohl die durch Wickelunrundheiten verursachten Vibrationen als auch das Rollenschaukeln reduzieren.
Durch die Erfindung wird ein kompaktes System geschaffen, das zwei Maßnahmen zur Reduzierung von Schwingungserscheinungen in einem Aktuator verbindet. Bei Verwendung von Linearmotoren für beide Tragwalzen wird das Zentrum der Wickel nicht horizontal verschoben, was für die Gesamtkonstruktion von erheblichem Vorteil ist.
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Seitenansicht einer Wickelvorrichtung mit einer auf zwei Tragwalzen gelagerten Wickelrolle in einem ersten Wickelstadium und
2 eine Seitenansicht derselben Wickelvorrichtung mit der Wickelrolle in einem zweiten, späteren Wickelstadium.
Eine – hier stark vereinfacht und unter Weglassung des Maschinensockels sowie der Druckwalzen dargestellte – von einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine gebildete Wickelvorrichtung weist zwei Tragwalzen 1, 2 (1) auf, von denen mindestens eine angetrieben ist. Die Tragwalzen 1, 2 bilden ein Walzenbett, in dem mehrere nebeneinanderliegende Wickelrollen 3 während des Aufwickelns auf den Tragwalzen 1, 2 aufliegen. Von einer Längsschneideinrichtung wird eine Materialbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, vor dem Aufwickeln in mehrere Einzelbahnen geschnitten, die anschließend durch den Spalt zwischen den Tragwalzen 1, 2 oder seitlich um den Mantel einer der beiden Tragwalzen 1, 2 herum in das Walzenbett geführt werden, wo sie auf fluchtend aufgereihte Wickelhülsen 4 aufgewickelt werden.
Die Tragwalzen 1, 2 weisen Lager 5, 6 auf, die jeweils über Schlitten 7, 8 auf Schienen 9, 10 gelagert sind. Mittels nicht dargestellter Linearmotoren werden die Tragwalzen 1, 2 von den Schienen 9, 10 abgehoben, so dass jeweils ein Luftspalt 11, 12 zwischen den Lagern 5, 6 und den Schienen 9, 10 besteht, der zur Dämpfung von Vibrationen dient.
Entsprechend dem Fortschritt des Wickelvorgangs lassen sich die Tragwalzen 1, 2 auf den Schienen 9, 10 weiter nach außen verlagern, so dass die Wickelrolle während des gesamten Wickelvorgangs eine stabile und gleichzeitig gegen Vibrationen gedämpfte Position einnimmt.

1: Tragwalze
2: Tragwalze
3: Wickelrolle
4: Wickelhülse
5: Lager
6: Lager
7: Schlitten
8: Schlitten
9: Schiene
10: Schiene
11: Luftspalt
12: Luftspalt

Claims

Tragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln einer durch Längsschnitte unterteilten Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, die zwei Tragwalzen (1, 2) aufweist, zwischen denen ein Walzenbett ausgebildet ist, auf dem die Wickelrollen (3) beim Aufwickeln mit fluchtenden Achsen aufliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragwalzen (1, 2) elektromagnetisch unter Erzeugung eines Luftspaltes (11, 12) anhebbar und in der angehobenen Position nachgiebig entsprechend der Stärke des elektromagnetischen Feldes und den Dimensionen des Elektromagneten gelagert sind.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Tragwalzen (1, 2) auf einer Schiene (9, 10) gelagert ist, auf der sie entsprechend dem erreichten Wickelumfang der Wickelrolle (1, 2) ebenfalls elektromagnetisch verschiebbar ist.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragwalzen (1, 2) jeweils durch einen Linearmotor anhebbar und auf den Schienen (9, 10) verschiebbar sind.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearmotoren mit einer Steuer- oder einer Regelschaltung ausgestattet sind, aufgrund deren die Kraft zum Verschieben der Tragwalzen (1, 2) auf den Schienen (9, 10) und die Kraft zum Anheben der Tragwalzen (1, 2) unabhängig voneinander steuerbar sind.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Luftspaltes (11, 12) entsprechend der erforderlichen Dämpfung der Tragwalzen (1, 2) einstellbar ist.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung Teil eines adaptiven oder selbstlernenden Systems zur Einstellung oder Regelung der Dämpfung der Tragwalzen (1, 2) ist.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen zur Verstellung der Tragwalzen auf der Stuhlung der Tragwalzen-Wickelmaschine montiert sind.
Tragwalzen-Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen (9, 10) horizontal oder geneigt verlaufen.