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Die
Erfindung betrifft eine Rollenwicklerwalze mit einer Umfangsfläche,
die ein elastisches erstes Material und Luftabführöffnungen
aufweist.
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Eine
Rollenwicklerwalze ist Bestandteil einer Vorrichtung, mit der ein
bahnförmiges Material zu einer Wickelrolle aufgewickelt
wird. Die Wickelrolle liegt dabei an der Rollenwicklerwalze an.
Gegebenenfalls umschlingt die aufzuwickelnde Bahn die Rollenwicklerwalze
noch über einen Teil ihres Umfangs, wie es beispielsweise
bei der Tragtrommel eines Pope-Rollers der Fall ist. Eine wesentliche
Aufgabe der Rollenwicklerwalze besteht darin, dafür zu
sorgen, dass zwischen den einzelnen Lagen der Materialbahn nicht
zuviel Luft eingewickelt wird, um Wickelfehler zu vermeiden. Wenn
zuviel Luft in die Wickelrolle eingewickelt wird, kann dies zu Luftrillen
oder Falten in der Materialbahn führen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel
für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist aber auch bei
anderen Materialbahnen in entsprechender Weise anwendbar. Insbesondere
ist die Erfindung geeignet für kritische Papierbahnen,
die beispielsweise eine geringe Porosität oder eine geringe
Dicke aufweisen oder inkompressibel sind.
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Eine
Papierbahn lässt sich praktisch nicht mit einem konstanten
Dickenprofil über ihre Breite herstellen. Kleine Dickenunterschiede
führen dann dazu, dass die Wickelrolle an ihrer Oberfläche
nicht mehr zylinderförmig ist, sondern eine gewisse Kontur aufweist.
Aus diesem Grunde hat man in
DE 87 17 259 U1 vorgeschlagen, die Oberfläche
der Rollenwicklerwalze mit einem gummielastischen Werkstoff an der
Oberfläche zu versehen. Dieser Gummibezug passt sich an
die Wickelkontur an und dichtet den Nip zwischen der Wickelrolle
und der Rollenwicklerwalze bestmöglich ab. In der bekannten
Rollenwicklerwalze sind auch Luftabführöffnungen
vorgesehen, durch die Luft aus Luftgrenzschichten auf der Seite
der Materialbahn abgeführt werden können, die
an der Rollenwicklerwalze anliegt. Allerdings ist bei größeren Dickenprofilschwankungen
der Gummibezug nicht mehr in der Lage, den Nip durchgehend abzudichten. Die
Luft, die auf der "Oberseite", also an der Seite der Materialbahn,
die nicht die Rollenwicklerwalze kontaktiert, anliegt, wird nicht
ausgetragen. Als typisches Zeichen bildet sich eine Luftblase unter
den obersten Lagen der Materialbahn vor dem Nip zwischen der Rollenwicklerwalze
und der Wickelrolle, die in der Folge zu Luftrillen und/oder Falten
führen kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Luft verursachte Probleme
beim Wickeln zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Rollenwicklerwalze der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass an der Oberfläche Bereiche
aus einem kompressiblen, zweiten Material vorgesehen sind.
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Wenn
alle Bereiche zusammenhängen, dann weist die Rollenwicklerwalze
im Grunde nur einen Bereich aus einem kompressiblen, zweiten Material
auf. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird aber auch in
diesem Fall der Begriff "Bereiche" im Plural verwendet.
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Mit
diesem Aufbau der Rollenwicklerwalze gibt es an der Umfangsfläche
nun zwei Materialien, nämlich ein elastisches, erstes Material
und ein kompressibles, zweites Material, dass sich von dem ersten
Material unterscheidet. Die Materialbahn, die über die
Rollenwicklerwalze auf die Wickelrolle zuläuft, wird im
Nip zwischen der Rollenwicklerwalze und der Wickelrolle durchgehend
an die umlaufende Wickelrolle angepresst. Dadurch wird der Nip,
der im Folgenden auch "Wickelspalt" genannt wird, optimal abgedichtet.
Insoweit ist die Rollenwicklerwalze vergleichbar mit der eingangs
beschriebenen und aus
DE
87 17 259 U1 bekannten Walze. Wenn bei größeren
Dickenprofilschwankungen trotzdem Luft zwischen die einzelnen Materialbahnlagen
gelangt, dann kann diese Luft, die die Außenkontur der
Wickelrolle verändert, in den Bereichen des zweiten Materials
die Umfangsfläche stärker komprimieren. Die Bereiche
mit dem kompressiblen, zweiten Material werden dementsprechend auch
als „Druckentlastungszone" bezeichnet. Man kann dadurch
die zwischen den einzelnen Materialbahnlagen eingewickelte Luft
konzentrieren und bei einer entsprechenden Anordnung der Druckentlastungszonen
nach und nach aus der Wickelrolle herausfordern. Das erste Material
kann eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 20 mm und eine Härte
im Bereich von 40 bis 90 P&J,
vorzugsweise von 70 bis 90 P&J,
aufweisen. Hingegen kann das zweite Material eine Härte
im Bereich von 70 bis 250 P&J
und eine Querkontraktionszahl im Bereich von 0 bis 0,5, vorzugsweise
von 0,2 bis 0,5, insbesondere von 0,3 bis 0,5, aufweisen.
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Dies
gelingt in einer besonders einfach ausgestalteten Ausführungsform
dadurch, dass die Bereiche schraubenlinienförmig angeordnet
sind. Die zwischen den Materialbahnlagen eingewickelte Luft wird
dann nach Art einer Förderschnecke axial nach außen
transportiert und letztendlich über die Stirnseiten der
Wickelrolle ausgetragen. Man kann dabei vorzugsweise zwei schraubenlinienförmige
Bereiche vorsehen, die sich von der axialen Mitte der Rollenwicklerwalze
mit entgegen gesetzten Steigungen nach außen bewegen. Die
zwischen den obersten Lagen der Wickelrolle befindliche Luft drückt
im Wickelspalt die darüber liegenden Lagen zusammen mit
der zulaufenden Materialbahnlage in die kompressiblen Zonen der
Umfangsfläche ein, also in die Druckentlastungszonen. Die
Luft wird bei jedem Nipdurchlauf durch den schraubenlinienförmigen
Verlauf der Druckentlastungszonen nach außen gefördert. Die
Dichtfunktion der zulaufenden Materialbahnlage im Wickelspalt bleibt
jedoch erhalten.
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Vorzugsweise
ist das erste Material als Schicht auf einem Walzenkörper
ausgebildet und das zweite Material ist in die Schicht eingebettet.
Man kann das erste Material dann, wie bekannt, auf dem Walzenkörper
befestigen. Das zweite Mate rial wird durch das erste Material gehalten.
Dies ist vielfach einfacher, als das zweite Material ebenfalls auf
dem Walzenkörper befestigen zu müssen.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass das zweite Material eine Dicke aufweist, die
mindestens so groß ist wie die Hälfte der Dicke
der Schicht. Die Fähigkeit des zweiten Materials, komprimiert
zu werden, richtet sich unter anderem nach der Dicke des zweiten
Materials in radialer Richtung, bezogen auf die Rollenwicklerwalze.
Je dicker das zweite Material in diese Richtung ist, desto stärker
kann es im Grunde komprimiert werden. Dadurch wird eine hervorragende Abdichtung
der Materialbahn im Wickelspalt erreicht.
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Vorzugsweise
ist das erste Material inkompressibel. Ein inkompressibles Material
weist eine Querkontraktionszahl μ = 0,45 bis 0,5 auf. Bei
einer Kraftbeaufschlagung wird das erste Material also so verformt,
dass sein Volumen konstant bleibt. Das zweite Material ist hingegen
kompressibel, das heißt es weist eine Querkontraktionszahl μ im
Bereich von 0 bis 0,5, vorzugsweise von 0,2 bis 0,5, insbesondere von
0,3 bis 0,5, auf. Die Kombination aus Querkontraktionszahl und Härte
bestimmen die Abdicht- und die Luftaustragsfunktion. Während
das erste Material beispielsweise durch einen Gummi oder ein gummiähnliches
Material gebildet sein kann, wird das zweite Material vorzugsweise
nicht durch einen Gummi gebildet, sondern beispielsweise durch einen Schaumstoff
oder dergleichen.
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Vorzugsweise
ist das erste Material härter als das zweite Material.
Das erste Material bildet damit Stützbereiche, die den
größten Teil der zwischen der rolle und der Rollenwicklerwalze
herrschenden Kräfte aufnehmen.
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Vorzugsweise
weisen die Bereiche eine einstellbare Hart auf. Die Härte
kann beispielsweise durch Beeinflussung einer Temperatur oder eines Drucks
verändert werden. Damit lässt sich Einfluss nehmen
auf die Fähigkeit der Rollenwicklerwalze, die eingewickelte
Luft aus der Wickelrolle heraus zu fördern.
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Vorzugsweise
sind die Luftabführöffnungen durch die Bereiche
geführt. Auch in den Druckentlastungszonen wird damit Luft
aus der Luftgrenzschicht abgefördert, die an der Seite
der Materialbahn anliegt, die die Rollenwicklerwalze kontaktiert.
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Vorzugsweise
ist in Axialrichtung der Walze mindestens eine vorzugsweise spiralförmig
angeordnete Luftabführöffnung durch jeden Bereich
geführt. Die Bereiche oder Druckentlastungszonen haben also
zum Einen eine gewisse Breite in Axialrichtung Zum Anderen ist durch
diese Ausbildung sichergestellt, dass auch in den Druckentlastungszonen
genügend Luft abgefördert werden kann. Das Lochmuster
kann ebenfalls vorzugsweise versetzt gebohrt werden, so dass mindestens
eine Bohrung in die kompressible Zone fallen kann.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
Wickeleinrichtung mit einer Tragtrommel;
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2 einen
Schnitt II-II nach 1;
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3 die
Abbildung nach 2 mit einem Lufteinschluss zwischen
Materialbahnlagen;
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4 eine
Draufsicht auf eine Rollenwicklerwalze;
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5 eine
Rollenwickeleinrichtung, die als Stützwalzenwickler ausgebildet
ist; und
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6 eine
Rollenwickeleinrichtung, die als Doppeltragwalzenwickler ausgebildet
ist.
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1 zeigt
eine Rollenwickeleinrichtung 1, in der eine Papierbahn 2 (oder
eine andere Materialbahn) auf eine Wickelrolle 3 aufgewickelt
wird. Die Wickelrolle 3 weist hierbei einen als Tambour 4 ausgebildeten
Kern auf. Der Tambour 4 liegt auf einer Schiene 5 auf
und wird durch einen gabelartigen Haltearm 6 gehalten.
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Die
Wickelrolle 3 liegt an einer Rollenwicklerwalze 7 an,
wobei der Arm 6 (es sind an beiden axialen Enden des Tambours 4 entsprechende
Arme 6 vorgesehen) durch einen Antrieb 8 mit der
notwendigen Druckkraft gegen die Rollenwicklerwalze 7 gehalten
ist.
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Die
Rollenwicklerwalze 7 weist einen Kern 9 auf, beispielsweise
ein Stahlrohr mit Stirnwänden. An ihrem Umfang ist die
Rollenwicklerwalze mit einem Bezug 10 versehen, der anhand
der 2 und 3 näher erläutert
werden soll. Die Rollenwicklerwalze 7 weist ferner einen
Antrieb 11 auf, der die Drehzahl der Rollenwicklerwalze 7 so
einstellt, dass ihre Umfangsgeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit
der zulaufenden Papierbahn 2 über einstimmt.
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Ein
Ständer 12, der auf einem Hallenboden 13 aufsteht,
trägt sowohl die Rollenwicklerwalze 7 als auch
die Schienen 5, die Arme 6 und die Antriebe 8.
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An
der Papierbahn 2, die beispielsweise aus einer Papiermaschine,
einer Streichmaschine oder einem Kalander zugeführt wird,
haftet auf beiden Seiten eine Luftgrenzschicht an. Man möchte
nun verhindern, dass beim Aufwickeln der Papierbahn 2 zu der
Materialbahnrolle 3 zuviel Luft mit eingewickelt wird.
Diese Luft könnte zu Problemen führen. Beispielsweise
setzt zuviel Luft die Reibung zwischen benachbarten Papierbahnlagen
herab, so dass es zu einem Teleskopieren der Wickelrolle 3 kommen könnte.
Wenn sich Luft an einigen Stellen zu Blasen ansammelt, kann dies
in der Folge zu Luftrillen und/oder Falten führen.
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Um
die Luft zu entfernen, die an der Unterseite der Papierbahn anliegt,
also an der Seite, die die Rollenwicklerwalze 7 kontaktiert,
weist die Rollenwicklerwalze 7 eine Vielzahl von Luftabführöffnungen 14 auf,
die sowohl den Bezug 10 als auch den Rollenkern 9 durchsetzen.
Die Luft, die an der Unterseite der Papierbahn anliegt, kann in
diese Luftabführöffnungen verdrängt werden
und wird gegebenenfalls von dort abgeführt.
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Die
Luft, die an der Oberseite der Papierbahn 2 anhaftet, soll
durch einen Nip oder Wickelspalt 15 abgequetscht werden,
der zwischen der Wickelrolle 3 und der Rollenwicklerwalze 7 ausgebildet ist.
Wenn die Wickelrolle 3 mit einer ausreichen den Kraft gegen
die Rollenwicklerwalze 7 gepresst wird, ist dies theoretisch
auch erreichbar. Allerdings ergeben sich in der Praxis Probleme,
weil die Papierbahn 2 in Querrichtung, also quer zu ihrer
durch einen Pfeil 16 angedeuteten Laufrichtung, Dickenprofilschwankungen
unterworfen ist. Die Wickelrolle 3 bildet sich dann nicht
als idealer Zylinder aus, sondern die Oberfläche der Wickelrolle 3 ist
konturiert.
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Um
dennoch im Wickelspalt 15 ausreichend Luft entfernen zu
können, ist der Bezug 10 der Rollenwicklerwalze 7 durch
ein erstes Material 17 gebildet, das elastisch ist und
sich damit an die Kontur der Wickelrolle 3 anpassen kann.
Als Material 17 kann man beispielsweise Gummi oder ein
gummiähnliches Material verwenden. Dieses Material 17 ist
im Wesentlichen inkompressibel, das heißt es weist eine Querkontraktionszahl μ =
0,45 bis 0,5 auf. Wenn das Material 17 verformt wird, bleibt
sein Volumen konstant. Mit dieser Ausgestaltung, die an sich bekannt ist,
wird die über die Rollenwicklerwalze 7 zulaufende Papierbahn 2 im
Wickelspalt 15 durchgehend an die umlaufende Wickelrolle 3 angepresst
und damit der Wickelspalt 15 abgedichtet. In das Material 17 eingebettet
ist ein zweites Material 18, das kompressibel ist. Das
zweite Material 18 bildet Bereiche 19, die an der
Rollenwicklerwalze 7 schraubenlinienförmig geführt
sind, wie dies aus 4 zu erkennen ist. Die Bereiche 19 bilden
dabei im einfachsten Fall zwei Schraubenlinien, die mit entgegen
gesetzten Steigungen von der axialen Mitte der Rollenwicklerwalze 7 ausgehen.
Natürlich können in jeder axialen Hälfte der
Rollenwicklerwalze 7 auch mehrere Bereiche 19 vorgesehen
sein, also eine mehrgängige Schraube.
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Wenn
bei größeren Dickenprofilschwankungen der Papierbahn 2 trotzdem
Luft 20 zwischen Lagen 21 der Papierbahn 2 gelangt,
dann kann diese Luft das zweite Material 18 in den Bereichen 19 zunächst
komprimieren. Dadurch ergibt sich eine Art Sammelfunktion, das heißt
die Luft 20, die zwischen den Lagen 21 gefangen
ist, wird dorthin verdrängt, wo die Rollenwicklerwalze 7 die
Bereiche 19 mit dem zweiten, kompressiblen Material 18 aufweist.
Die zwischen den obersten Lagen der Wickelrolle 3 befindliche
Luft 20 drückt im Wickelspalt 15 die
darüber liegen den Lagen zusammen mit der zulaufenden Papierbahn 2 in
die kompressiblen Zonen 19 der Rollenwicklerwalze 7 ein.
Da diese Bereiche 19 schraubenlinienförmig geführt
sind, wird die Luft 20 so bei jedem Durchlauf durch den
Wickelspalt 15 nach außen transportiert und damit
abgefordert. Die Rollenwicklerwalze 7 arbeitet nach dem
Prinzip einer Förderschnecke. Die Dichtfunktion zur zulaufenden
Papierbahn 2 im Wickelspalt 15 bleibt jedoch erhalten.
Da die beiden Materialien 17, 18 unterschiedliche
Härten haben, lässt sich über eine Einstellung
der Härteunterschiede eine Anpassung an bestimmte Papiersorten
der Papierbahn 2 erreichen.
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In
einer vorteilhaften, nicht im Einzelnen dargestellten Ausgestaltung
kann man vorsehen, dass die Härte des zweiten Materials 18 einstellbar
ist, beispielsweise durch Veränderung der Temperatur dieses
Materials 18. Wenn das Material 18 als Schaumstoff
mit einer geschlossenen Hülle ausgebildet ist, dann kann
man durch eine Druckbeaufschlagung des zweiten Materials 18 von
innen unterschiedliche Drücke einstellen. In jedem Fall
hat das zweite Material 18 eine Querkontraktionszahl μ < 0,45 bis 0,5, also
eine geringere Querkontraktionszahl als das umgebende erste Material.
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Die
Luftabführöffnungen 14 sind auch dort angeordnet,
wo sich das zweite Material 18 befindet. Auch dort wird
also die an der Unterseite der Papierbahn 2 anhaftende
Luftschicht abgefordert.
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Wie
insbesondere aus den 2 und 3 zu erkennen
ist, weist das zweite Material 18 in Radialrichtung gesehen
eine Dicke auf, die größer ist als die Hälfte
der radialen Dicke des Bezugs 10. Dadurch wird gewährleistet,
dass die Bereiche 19, die auch als "Druckentlastungszonen"
bezeichnet werden können, in ausreichendem Maße
zusammengedrückt werden können. Man muss nicht
mehr darauf achten, dass das zweite Material 18 am Kern 9 befestigt
werden kann. Es reicht aus, wenn das zweite Material 18 eine
ausreichend stabile Verbindung mit dem ersten Material 17 eingeht.
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5 zeigt
eine andere Ausgestaltung einer Rollenwickeleinrichtung 22,
die als Stützwalzenwickler ausgebildet ist. Auch hier lässt
sich die Rollenwicklerwalze 7 verwenden mit dem Kern 9 und
dem Bezug 10. An der Rollenwicklerwalze 7 liegen
zwei Wickelrollen 3a, 3b an, die durch nicht näher
dargestellte, aber an sich bekannte Mittel, gehalten werden. Die
Wickeleinrichtung 22 kann beispielsweise verwendet werden,
um verkaufsfähige Wickelrollen 3a, 3b zu
erzeugen.
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6 zeigt
eine weitere Ausgestaltung einer Rollenwickeleinrichtung 23,
die als Doppeltragwalzenwickler ausgebildet ist. Die Wickelrolle 3 liegt
in einem Wickelbett 24, das durch zwei Tragwalzen gebildet
ist. Die einlaufseitige Tragwalze ist als Rollenwicklerwalze 7 ausgebildet
mit dem Kern 9 und dem Bezug 10, wie sie in den 2 und 3 dargestellt sind.
Die andere Tragwalze 25 kann genauso ausgebildet sein.
Dies ist aber nicht zwingend. Sie kann aber auch einfacher ausgebildet
sein. Die Wickelrolle 3 wird durch eine Reiterwalze 26 in
das Wickelbett 24 gedrückt, so dass sie mit einem
vorbestimmten Druck an den beiden Tragwalzen 7, 25 anliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8717259
U1 [0004, 0008]