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Die
Erfindung betrifft eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn,
insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse zu einer
Wickelrolle, an der beim Wickeln eine in einem Walzenlager gelagerte
Walze anliegt.
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Eine
Materialbahn, beispielsweise in Form einer Papierbahn, wird in relativ
großer
Breite von derzeit bis zu 12 m und quasi endlos hergestellt. Um für einen
späteren
Verbraucher verwendbar zu sein, muss die Materialbahn in schmalere
Bahnen unterteilt werden. Diese schmaleren Materialbahnen müssen dann
zu Wickelrollen aufgewickelt werden. Hierzu wird eine Wickelmaschine
verwendet.
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Bei
einigen Wickelmaschinen, die auch als „Rollenwickeleinrichtungen" oder „Rollenschneider" bezeichnet werden,
treten im Betrieb Probleme aufgrund starker Vibrationen auf, deren
Folge schlechte Aufwicklungen, starke Beanspruchung der Maschine und
der Fundamente, Verminderung der Produktionsgeschwindigkeit oder
Rollenschaukeln bis hin zum Rollenauswurf sind.
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Auftretende
Vibrationen mit einhergehender Unrundheitsbildung der Wickelrolle
können
mit der Verarbeitung bestimmter Materialbahnsorten verbunden sein.
Beispielsweise stellen das Reibverhalten oder die Materialbahndicke
relevante Größen dar.
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Man
nimmt an, dass für
die Unrundheitsbildung der Wickelrolle eine Kontaktschwingung zwischen
Wickelrolle und Walze oder Walzen ursächlich ist, wobei die Walze
oder Walzen und die Wickelrolle oder Teile davon, zum Beispiel der äußere Mantel
einer begrenzten Anzahl von Materialbahnlagen, gegeneinander schwingen.
Hierdurch kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau der Wickelrolle
(Dichte-, Steifigkeits-, Dickenvariation, Lufteinschlüsse, sich verschiebende
Materialbahnlagen) kommen, welcher wiederum die Kontaktschwingungen
verstärken kann.
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Am
Ende des Wickelprozesses werden die Wickelrollen bis zum Stillstand
abgebremst. Durchläuft
die Drehfrequenz der Wickelrolle die Eigenfrequenz der Schwingung
des gesamten Systems, so kann ein Rollenschaukeln auftreten. Die
Wickelrolle schwingt, was bis zu einem Rollenauswurf führen kann.
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Beim
Wickelprozess auftretende Schwingungen werden in zwei Problembereiche
klassifiziert, nämlich
das Rollenbrummen und das Rollenschaukeln.
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Das
Rollenbrummen ist eine Kontaktschwingung zwischen der Wickelrolle
und der Walze oder den Walzen, wobei bei Verwendung von mehreren Walzen,
an denen die Wickelrolle anliegt, die Walzen gegeneinander schwingen
können.
Das Rollenbrummen kann auftreten, wenn sich eine Harmonische der Drehfrequenz
der Wickelrolle oder der Wickelrollen (wenn mehrere Wickelrollen
gleichzeitig gewickelt werden) im Bereich der Eigenfrequenz der
Kontaktschwingung befindet.
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Durch
das Rollenbrummen kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau der Materialbahn
in der Wickelrolle kommen, was wiederum die Kontaktschwingungen
verstärken
kann.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine hinsichtlich ihrer Dämpfung verbesserte
Wickelmaschine zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Rollenwickelvorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Walzenlager über ein
Dämpfungsmittel
mit einer Abstützung
verbunden ist, das einen Zylinder und einen darin angeordneten Kolben
aufweist, der den Zylinder in zwei mit einem ERF-Fluid gefüllte Druckräume unterteilt,
wobei der Kolben mit den Walzenlagern und der Zylinder mit der Abstützung in
Verbindung steht und wobei die beiden Druckräume über eine Verbindungsstrecke, die
mindestens eine ERF-Einheit enthält,
verbunden sind.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Mit
einem derartigen Dämpfungsmittel
ist es möglich,
bei einer nennenswerten Lagerbewegung, wie sie bei einem Schwingungszustand
der Walze auftritt, geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskräfte an die
Walze einzuleiten. Die Dämpfung
ist umso größer, je
stärker
die Schwingung ist, also ein Effekt, der gewünscht ist. Natürlich lässt sich
eine derartige Ausbildung auch dann realisieren, wenn bei dem Dämpfungsmittel
der Zylinder mit dem Walzenlager und der Kolben mit der Abstützung verbunden ist.
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Die
Verwendung mindestens einer ERF-Einheit mit einem speziellen ERF-Fluid
bei Nutzung des so genannten ERF-Effekts zeichnet sich überdies durch
höchste
Dynamik und verschleißfreie
Bauteile aus. Der ERF-Effekt führt
zu einer Änderung
der Viskosität
des ERF-Fluids. Die Viskositätsänderung
erfolgt stetig, ist reversibel und sehr schnell. Bei einer geeigneten
Gestaltung der ERF-Einheit kann mit diesem Effekt ein hydraulischer
Volumenstrom geregelt werden.
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Bei
den heute verfügbaren
ERF-Fluiden handelt es sich um Silikonöl, in dem Polyurethanpartikel dispergiert
sind. Die Fließeigenschaften
von ERF-Fluiden können
unter dem Einfluss eines elektrischen Felds stufenlos und reversibel
verändert werden.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass mehrere, vorzugsweise vier ERF-Einheiten in
der Verbindungsstrecke vorgesehen sind, die in einer Vollbrückenschaltung
geschaltet sind. So kann ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder
im Sinne eines 4/3-Wegeventils beispielsweise in Kraft-, Weg- oder Dehnungsregelung
betrieben werden, was in Sachen der vorliegenden Verwendung in einer
Wickelmaschine sehr vorteilhaft ist. Auf Grund der Anordnung und
Funktion der ERF-Einheiten ergeben sich einige zusätzliche
Möglichkeiten bei
der Ansteuerung der Ventilbrücke:
- • Der
Sollwert kann ausgehend von den voll gesperrten Ventilen ausgeprägt werden
oder aber ausgehend vom maximalen Durchfluss. Damit wird ein Druckstoß, der bei
servohydraulischen Systemen auftreten kann, vermieden.
- • Die
Ventilüberschreitung
kann im Betrieb beliebig eingestellt werden. Ventilüberschneidung
bedeutet, dass zum Beispiel im gewünschten Umkehrpunkt in zwei
Zylinderkammern ERF-Fluid gefördert
wird. Damit kann die Kompressibilität des ERF-Fluids und deren
Massenträgheit „kompensiert" werden. Ziel ist,
dadurch die erreichbaren Bewegungsfrequenzen zu erhöhen.
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Die
ERF-Einheit weist bevorzugt eine Betriebsspannung im Bereich von
1 bis 10 kV, vorzugsweise von 2 bis 6 kV und eine sehr niedrige
Betriebsleistung auf. Dadurch halten sich auch die Betriebskosten
einer ERF-Einheit bei ordnungsgemäßem Gebrauch in vertretbaren
Grenzen. Mit zunehmender Betriebsspannung bzw. Feldstärke an der
ERF-Einheit nimmt die scheinbare Viskosität des ERF-Fluids im elektrischen
Feld zu und der Volumenstrom ab. Bei einer ausreichend hohen Betriebsspannung
stehen die Druckkräfte
am Spalteingang den Schubkräften
des ERF-Effekts zwischen Aktorwandung und ERF-Fluid im Gleichgewicht.
Der Volumenstrom beträgt
dann 0, der ERF-Aktor ist gesperrt.
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Weiterhin
kann die ERF-Einheit bevorzugt in einer Flachspalt- oder Ringspaltausführung mit
einer jeweiligen Spaltweite im Bereich von 0,3 bis 3,0 mm, vorzugsweise
von 0,5 bis 2,0 mm realisiert sein. Neben dieser Spaltweite ist
auch die Spaltlänge
ein wesentliches Merkmal für
die bereits genannten Eigenschaften einer ERF-Einheit.
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Die
ERF-Einheit kann überdies
in einer Integral- oder Differenzialbauweise ausgeführt sein.
Bei der Integralbauweise werden die ERF-Ventile in das Gehäuse des
ERF-Aktors eingebaut. Hierbei kann es erforderlich werden, jeweils
ein ERF-Ventil in
mehrere parallele Ringspalte aufzuteilen, um den Anforderungen an
die Bauform sowie den notwendigen Volumenströmen gerecht zu werden. Die
Differenzialbauweise hingegen teilt das ERF-Ventil und den ERF-Aktor
in einzelne Bauteile. Die ERF-Ventile können direkt am Zylinder montiert
werden oder separiert werden und zum Beispiel über Röhre hydraulisch verbunden werden.
Dies ist allerdings bei hochdynamischen ERF-Einheiten nicht empfehlenswert,
da durch die zusätzlichen
Flüssigkeitsvolumina
und die hydraulischen Kapazitäten
ein Teil der optimalen Leistungsfähigkeit verloren geht.
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Um
den betrieblichen Systemanforderungen vollauf gerecht zu werden,
weist das ERF-Fluid vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von 110 bis 106 mPas bei 20 °C auf.
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In
weiterer Ausführung
sind die beiden Druckräume
des Zylinders zusätzlich
durch eine Druckausgleichsdrossel miteinander verbunden. Eine derartige
Druckausgleichsdrossel vermeidet einen Ruck der Walze und erlaubt
einen statischen Druckausgleich, der beispielsweise aufgrund des wachsenden
Eigengewichts der Wickelrolle notwendig werden kann.
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Im
Allgemeinen ist die Druckausgleichsdrossel vorzugsweise im Kolben
des Zylinders angeordnet. Die Druckausgleichsdrossel kann sehr klein
gehalten werden, so dass außerhalb
des Dämpfungsmittels
kein zusätzlicher
Platz erforderlich ist. Undichtigkeiten, die beim Anschließen der
Druckausgleichsdrossel entstehen können, können zuverlässig vermieden werden.
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Vorteilhafterweise
ist in der Verbindungsstrecke ein Schaltventil angeordnet, mit dem
die Verbindungsstrecke unterbrechbar ist. Das Schaltventil kann,
wenn es betätigt
wird, den Durchfluss von ERF-Fluid von einem Druckraum zum anderen
durch die Verbindungsstrecke blockieren. Damit wird der Kolben zwischen
den beiden Druckräumen
eingespannt, so dass sich eine "harte" Lagerung der Walze ergibt.
Sollte es also beim gedämpften
Betrieb, bei dem der Kolben ERF-Fluid zwischen den beiden Druckräumen hin
und her fördern
kann, also des Basisbetriebsmodus, der Rollenwickeleinrichtung zu selbst
erregten Schwingungen kommen, dann kann die Lagersteifigkeit der
Walze durch eine Unterbrechung der Verbindungsstrecke zwischen den
beiden Zylinderräumen
sehr schnell verändert
werden. Durch das Absperren der Verbindungsstrecke wird die dämpfende
Wirkung des Dämpfungsmittels
abgeschaltet und das in den Druckräumen eingespannte ERF-Fluid
wirkt wie eine steife Tragwalzenlagerung. Dadurch verändern sich
die Eigenfrequenz des Systems aus Walze und Wickelrolle und damit
auch der Rückkopplungsmechanismus
von welligen Wickelrollen an der Walze.
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Ferner
weist der Kolben in beiden Druckräumen bevorzugt gleich große Druckangriffsflächen auf.
Damit wird bei einer Hin- und Herbewegung immer das gleiche Volumen
an ERF-Fluid in beiden Bewegungsrichtungen gefördert. Man verändert das
zur Aufnahme des ERF-Fluid notwendige Volumen nicht. Ein externer
Speicher ist also unnötig.
Die gleich großen
Druckangriffsflächen
kann man beispielsweise dadurch erzeugen, dass man den Kolben nicht
nur auf einer Seite, sondern auf beiden Seiten mit einer Kolbenstange
versieht und die nicht mit der Walzenlagerung verbundene Kolbenstange
ungenutzt lässt, beispielsweise
in eine Blindbohrung im Zylinder führt, die abgedichtet ist.
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Die
beiden Druckräume
sind weiterhin in bevorzugter Ausführungsform mit einer Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung
verbunden. Mit Hilfe der Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung
lässt sich
ein permanenter Strom von ERF-Fluid durch die beiden Druckräume erzeugen,
jedenfalls dann, wenn die Verbindungsstrecke noch durchlässig ist
oder wenn jeder Druckraum getrennt mit der Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung
verbunden ist. Damit lassen sich über die Zeit konstante Dämpfungseigenschaften
erzielen.
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Hierbei
ist es von Vorteil, wenn die Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung
eine Temperiereinrichtung aufweist. Der Strömungswiderstand, dem sich das
ERF- Fluid ausgesetzt
sieht, ist unter anderem von der Viskosität und damit von der Temperatur des
ERF-Fluids abhängig.
Wenn man die Temperatur des ERF-Fluids immer auf einem weitgehend
konstanten Wert lässt,
dann hat man im Betrieb immer konstante oder gleichartige Dämpfungseigenschaften,
unabhängig
davon, ob die Rollenwickeleinrichtung erst kurz läuft oder
schon länger
in Betrieb ist.
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Ferner
kann das Walzenlager über
eine Feder mit der Abstützung
verbunden sein. Eine derartige Feder erscheint zunächst widersinnig,
weil sie die Schwingungsneigung der Walze fördert. Da aber das Dämpfungsmittel
vorhanden ist, kann man durch eine Kombination aus Dämpfungsmittel
und Feder das Aufschwingen der Walze in bestimmten Frequenzbereichen
zuverlässig
verhindern. Die Feder ist überdies
vorzugsweise parallel zum Dämpfungsmittel
angeordnet, da hierdurch ein ideales Wirken etwaiger Kräfte gegeben
ist.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Feder durch eine Federschwinge gebildet
ist. Eine derartige Feder ist relativ steif. Sie ist praktisch einstückig mit
einem Maschinengestell verbunden, so dass hier im Grunde keine weiteren
Wartungsarbeiten notwendig sind.
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Alternativ
dazu kann das Walzenlager auch an einem Gelenkarm gelagert sein,
der durch ein Federelement an der Abstützung abgestützt ist.
In diesem Fall ergibt sich die gleiche Wirkung.
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Auch
ist von Vorteil, wenn zwei Walzen mit Walzenlagern vorgesehen sind,
die jeweils über
ein Dämpfungsmittel
mit der Abstützung
verbunden sind, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die schwingungsabhängig die
Durchlässigkeit
der Verbindungsstrecke der einen ERF-Einheit oder der anderen ERF-Einheit
oder beider ERF-Einheiten verändert.
Mit anderen Worten kann man die Lagersteifigkeit einer Walze oder
beider Walzen verändern,
wenn dies zum Bekämpfen
von Eigenschwingungen erforderlich sein sollte.
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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 Darstellung einer Wickelmaschine;
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2 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Dämpfungsmittels; und
-
3 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Dämpfungsmittels.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine 1, die
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Tragwalzen-Wickelmaschine ausgeführt ist. Die Wickelmaschine 1 weist
dementsprechend zwei Tragwalzen 2, 3 auf, die
zwischen sich ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine Wickelrolle 5 angeordnet
ist. Die Wickelrolle 5 ist hier mit unterschiedlich großen Durchmessern
dargestellt, um den Fortschritt, also die Durchmesserzunahme, beim
Wickeln sichtbar zu machen.
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Nicht
dargestellt ist eine Materialbahn, die auf die Wickelrolle 5 aufgewickelt
wird, oder eine Vorratsstation, von der die Materialbahn abgezogen wird.
Diese Elemente sind bei einer Wickelmaschine an sich bekannt.
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Abweichend
von der Ausgestaltung der 1 kann die
nachfolgend erläuterte
Idee auch bei einer so genannten Stütz- oder Kontaktwalzen-Wickelmaschine
verwendet werden, bei der die Wickelrolle 5 jeweils nur
an einer Walze anliegt, im übrigen aber
zentrisch gehalten wird.
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Bei
der in der 1 dargestellten Wickelmaschine
können
in Axialrichtung der beiden Tragwalzen 2, 3 gesehen
mehrere Wickelrollen 5 axial hintereinander im Wickelbett 4 angeordnet
sein. Bei einem Stütz-
oder Kontaktwalzenwickler werden zweckmäßigerweise die einzelnen Wickelrollen 5 dann
auf beiden Seiten der entsprechenden Walze verteilt.
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Üblicherweise
ist eine derartige Wickelmaschine 1 auch noch mit einer
Längsschneideinrichtung
versehen, die die zulaufende Materialbahn in mehrere parallel zueinander
laufende Teilbahnen unterteilt. Die Teilbahnen können eine Breite im Bereich von
etwa 0,3 bis 4,8 m aufweisen.
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Nähere Einzelheiten
einer Wickelmaschine, wie beispielsweise eine Stützwalze, die auch als Reiter-
oder Belastungswalze bezeichnet wird, oder Antriebsmotoren für die Tragwalzen 2, 3 sind
hier nicht dargestellt.
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Die
beiden Tragwalzen 2, 3 sind in Walzenlagern 6, 7 drehbar
gelagert. Natürlich
ist an dem anderen axialen Ende der beiden Tragwalzen 2, 3 eine entsprechende
Anordnung mit Walzenlagern vorgesehen.
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Das
Walzenlager 6 ist auf einer Federschwinge 8 und
das Walzenlager 7 ist auf einer Federschwinge 9 gelagert.
Die beiden Federschwingen 8, 9 sind mit einem
Maschinengestell (Abstützung) 10 verbunden.
Sie bilden relativ steife Federn, auf denen die Walzenlager 6, 7 abgestützt sind.
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Anstelle
der in der 1 dargestellten Federschwinge,
die auch als "Biegeschwinge" bezeichnet werden
kann und die in die Stuhlung oder das Maschinengestell 10 integriert
ist, kann man auch in einer abweichenden Ausgestaltung einen Gelenkarm verwenden,
der gelenkig am Maschinengestell 10 befestigt ist, wobei
der Gelenkarm dann über
eine Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder, am Maschinengestell 10 abgestützt ist.
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Zwischen
der Federschwinge 8, 9 und dem Maschinengestell 10 ist
jeweils ein Dämpfungsmittel 11, 12 angeordnet.
Beide Dämpfungsmittel 11, 12 sind
mit einer Steuereinrichtung 13 verbunden. Die Steuereinrichtung 13 wiederum
ist mit Schwingungssensoren 14, 15 verbunden,
die jeweils eine Schwingung des Walzenlagers 6 beziehungsweise 7 erfassen.
Dadurch wird die Möglichkeit
geschaffen, auch aktiv im System auftretende Schwingungen zu dämpfen, das
heißt
man gibt Druckimpulse auf die Dämpfungsmittel 11, 12 entgegengesetzt
den Schwingungen des Systems.
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Die
Funktionsweise der Steuereinrichtung 13 wird nach der Erläuterung
eines einzelnen Dämpfungsmittels 11 anhand
von den 2 und 3 näher erläutert. Das
andere Dämpfungsmittel 12 ist
entsprechend aufgebaut.
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Das
Walzenlager 6 ist über
das Dämpfungsmittel 11 mit
einer Abstützung 10 verbunden,
das je einen Zylinder 16 und einen darin angeordneten Kolben 17 aufweist,
der den entsprechenden Zylinder 16 in zwei mit einem ERF-Fluid
F gefüllte
Druckräume, in
einen ersten Druckraum 18 und in einen zweiten Druckraum 19 unterteilt.
Der Kolben 17 ist über
eine Kolbenstange 20 mit der Federschwinge 8,
also dem Walzenlager 6 verbunden. Auf der der Kolbenstange 20 gegenüber liegenden
Seite ist eine zweite Kolbenstange 21 angeordnet, die den
gleichen Durchmesser wie die entsprechende erste Kolbenstange 20 hat.
Die zweite Kolbenstange 21 ist in einer Blindbohrung 22 in
einer Stirnseite 23 des Zylinders 16 geführt, die
dem Maschinengestell 10 zugewandt ist. Damit sind die beiden
Druckangriffsflächen
am Kolben 17 gleich groß. Bei einer Bewegung des Kolbens 17 wird
aus einem Druckraum 18, 19 immer genau so viel
Hydraulikflüssigkeit
verdrängt,
wie vom anderen Druckraum 19, 18 aufgenommen werden
kann. Das für
die Hydraulikflüssigkeit
zur Verfügung
stehende Volumen bleibt konstant, so dass man keinen externen Speicher
benötigt.
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Natürlich kann
man das Dämpfungsmittel auch
dann verwenden, wenn der Kolben 17 mit dem Maschinengestell 10 und
der Zylinder 16 mit der Federschwinge 8 verbunden
ist.
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Lediglich
schematisch sind Dichtungen 24, 25, 26 dargestellt,
die die beiden Druckräume 18, 19 zueinander
beziehungsweise nach außen
abdichten.
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Die
beiden Druckräume 18, 19 sind über eine Verbindungsstrecke 27,
die mindestens eine ERF-Einheit 28; 28.1 bis 28.4 enthält, verbunden. Darüber hinaus
ist in der Verbindungsstrecke 27 ein Schaltventil 29 (2 und 3)
angeordnet, das über
einen Eingang 30 von der oben erwähnten Steuereinrichtung 13 betätigt werden
kann.
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Im
Kolben 17 ist eine Druckausgleichsdrossel 31 angeordnet,
deren Strömungswiderstand
wesentlich größer ist
als der Strömungswiderstand
der mindestens einen ERF-Einheit 28; 28.1 bis 28.4.
Er sollte so groß sein,
dass bei höheren
Frequenzen in der Größenordnung
ab 30 Hz das Volumen des ERF-Fluids
F in den beiden Druckräumen 18, 19 sozusagen
eingespannt ist, wenn das Schaltventil 29 geschlossen ist.
Im Übrigen
sollte die Druckausgleichsdrossel 31 nur einen vergleichsweise
geringen Anteil des ERF-Fluids F durchlassen, der von einem Druckraum 18 zum
anderen Druckraum 19 verdrängt wird oder umgekehrt. Die
Druckausgleichsdrossel 31 dient dazu, bei geschlossenem
Schaltventil 29 einen Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 18, 19 zu
ermöglichen,
wenn das Eigengewicht der Wickelrolle 5 zunimmt.
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Die
beiden Druckräume 18, 19 sind
mit einer Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung 32 verbunden.
Die Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung 32 weist
eine Pumpe 33 auf, die das ERF-Fluid F aus einem Tank 34 entnimmt
und durch die beiden Druckräume 18, 19 zurück in den
Tank 34 pumpt. Zwischen dem Tank 34 und der Pumpe 33 kann
noch eine Temperiereinrichtung 35 vorgesehen sein, die
das ERF-Fluid F auf einer möglichst
konstanten Temperatur hält.
Dies ist von Vorteil, um die Dämpfungseigenschaften
des Dämpfungsmittels 11 über einen längeren Zeitraum
konstant zu halten. Die Dämpfung hängt unter
anderem von dem Widerstand ab, den sich das ERF-Fluid F in der ERF-Einheit 28; 28.1 bis 28.4 ausgesetzt
sieht. Dieser Strömungswiderstand wiederum
ist abhängig
von der Viskosität η des ERF-Fluids
F und damit von der Temperatur des ERF-Fluids F. Das ERF-Fluid F
weist im Regelfall eine Viskosität η im Bereich
von 110 bis 106 mPas bei 20 °C auf.
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Abweichend
von den in den 2 und 3 dargestellten
Ausführungsformen
ist es natürlich auch
möglich,
jeden Druckraum 18, 19 mit einem eigenen Anschluss
sowohl für
den Zufluss als auch für den
Abfluss von Hydraulikflüssigkeit
zu versehen, so dass eine Strömung
auch dann sichergestellt werden kann, wenn das Schaltventil 29 geschlossen
ist.
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Das
Dämpfungsmittel 11 arbeitet
in einer ersten, in der 2 dargestellten Ausführungsform
nun wie folgt:
Zur Dämpfung
werden die beiden Druckräume 18, 19 über das
geöffnete
Schaltventil 29 und die ERF-Einheit 28 miteinander
verbunden. Bei einer schwingenden Lagerbewegung wird das ERF-Fluid
F mit einer Viskosität η über die
ERF-Einheit 28 von einem Druckraum 18, 19 zum
anderen Druckraum 19, 18 hin- und hergepumpt.
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Die
von der Steuereinrichtung 13 (1) betätigte ERF-Einheit 28 weist
Betriebspannung V im Bereich von 1 bis 10 kV, vorzugsweise von 2
bis 6 kV und eine sehr niedrige Betriebsleistung P auf. Zudem ist
die ERF-Einheit 28 in einer Flachspalt- oder Ringspaltausführung realisiert,
wobei die Spaltweite einen Wert im Bereich von 0,3 bis 3,0 mm, vorzugsweise
von 0,5 bis 2,0 mm annimmt. Überdies
ist die ERF-Einheit 28 allgemein in einer Integral- oder
Differenzialbauweise, die beide dem Fachmann bekannt sind, ausgeführt.
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Sollte
es bei diesem Basisbetriebsmodus, also beim gedämpften Betrieb, der Rollenwickeleinrichtung
trotzdem zu einer selbsterregten Schwingung kommen, dann kann die
Lagersteifigkeit der Tragwalzen 2, 3 (1)
durch Schließen
des Schaltventils 29 sehr schnell verändert werden. Mit dem Schaltventil 29 wird
die Verbindungsstrecke 27 zwischen den beiden Druckräumen 18, 19 unterbrochen.
Durch dieses Absperren wird die dämpfende Wirkung des Zylinders 16 mit
dem Kolben 17 abgeschaltet und das in den Druckräumen 18, 19 eingespannte
ERF-Fluid F wirkt
wie eine steife Tragwalzenlagerung.
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Durch
die plötzlich
versteifte Lagerung einer oder sogar beider Tragwalzen 2, 3 (1)
verändert sich
die Eigenfrequenz des aus den beiden Tragwalzen 2, 3 (1)
und der Wickelrolle 5 (1) gebildeten
Systems und damit auch der Rückkopplungsmechanismus
von welligen Wickelrollen im Wickelbett 4.
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Um
einen Ruck der Tragwalzen 2, 3 bedingt durch einen
Druckunterschied in den beiden Druckräumen 18, 19 bei
einem eventuellen Zurückschalten auf
den gedämpften
Betriebsmodus, also beim Öffnen
der Verbindungsstrecke 27 zu vermeiden, dient die Druckausgleichsdrossel 31.
Durch die Druckausgleichsdrossel findet im Langzeitbereich ein statischer
Druckausgleich aufgrund des wachsenden Eigengewichts der Wickelrolle 5 (1)
statt. Die Druckausgleichsdrossel 31 muss jedoch so eng
bemessen sein, dass das kurzzeitig bewegte Volumen des ERF-Fluids
F im Frequenzbereich von 30 bis 40 Hz in den Druckräumen 18, 19 bei
einer dynamischen Betrachtungsweise wie fest eingespannt wirkt. Dies
ist in der Regel dann der Fall, wenn die Beschleunigungskräfte, die
zum Fördern
des ERF-Fluids F durch die Verbindungsstrecke 27 notwendig sind,
wesentlich größer als
die Reibungskräfte
sind, die zum Durchströmen
der Druckausgleichsdrossel 31 notwendig sind.
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In
Erweiterung der in der 2 dargestellten ersten Ausführungsform
des Dämpfungsmittels 11 sind
in der Ausführungsform
der 3 insgesamt vier ERF-Einheiten 28.1 bis 28.4 für das EFR-Fluid
F mit einer Viskosität η in der
Verbindungsstrecke 27 vorgesehen. Somit lässt sich
eine so genannte Vollbrückenschaltung
ausbilden, die der Funktion eines in der Schwingungsprüfung üblichen
4/3-Wegeventils entspricht. In der Ausführung der 3 kann
von der Realisierung des Schaltventils 29 und des dazugehörigen Eingangs 30 aber
auch abgesehen werden.
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Ein
derartiges Dämpfungsmittel 11, 12 (1)
hat im Grunde alle notwendigen Elemente integriert, das heißt man benötigt keine
aufwändige
externe Beschattung mit einem Druckregelkreis oder einem Druckspeicher.
Darüber
hinaus ist eine derartige Wickelmaschine 1 (1)
relativ wartungsarm und erlaubt einen sicheren Betrieb.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die Erfindung eine hinsichtlich ihrer
Dämpfung verbesserte
Wickelmaschine der eingangs genannten Art geschaffen wird.
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- 1
- Wickelmaschine
- 2
- Tragwalze
- 3
- Tragwalze
- 4
- Wickelbett
- 5
- Wickelrolle
- 6
- Walzenlager
- 7
- Walzenlager
- 8
- Federschwinge
- 9
- Federschwinge
- 10
- Maschinengestell
(Abstützung)
- 11
- Dämpfungsmittel
- 12
- Dämpfungsmittel
- 13
- Steuereinrichtung
- 14
- Schwingungssensor
- 15
- Schwingungssensor
- 16
- Zylinder
- 17
- Kolben
- 18
- Erster
Druckraum
- 19
- Zweiter
Druckraum
- 20
- Erste
Kolbenstange
- 21
- Zweite
Kolbenstange
- 22
- Blindbohrung
- 23
- Stirnseite
- 24
- Dichtung
- 25
- Dichtung
- 26
- Dichtung
- 27
- Verbindungsstrecke
- 28,
28.1 bis 28.4
- ERF-Einheit
- 29
- Schaltventil
- 30
- Eingang
- 31
- Druckausgleichsdrossel
- 32
- Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung
- 33
- Pumpe
- 34
- Tank
- 35
- Temperiereinrichtung
- F
- ERF-Fluid
- P
- Betriebsleistung
- V
- Betriebsspannung
- η
- Viskosität