-
Die
Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung zum Abrollen einer Materialbahn
von einer Materialbahnrolle, wobei die Materialbahnrolle eine Rollenachse
aufweist sowie ein Verfahren zum Abwickeln einer Materialbahn von
einer Materialbahnrolle, bei der die Materialbahn gedreht wird und
Schwingungen erfasst werden.
-
Materialbahnen
müssen, bevor sie versandt werden können, zu Versand-
oder Fertigrollen aufgewickelt werden. Die Versand- oder Fertigrollen
werden dadurch erzeugt, dass sogenannte Mutter- oder Tambourrollen,
die am Ausgang einer Papier- oder Kartonmaschine oder nach der Satinage
der Materialbahn erzeugt werden, abgewickelt, in Längsrichtung
geschnitten und dann jeweils auf Wickelhülsen aufgewickelt
werden.
-
Die
Tambourrollen oder Mutterrollen kommen in der Regel aus einem Kalander.
Kalander sind Walzmaschinen, die eine Verdichtung, eine Ebnung und
Glättung des Papiers bewirken. Die Tambourrollen werden
einer Abrolleinrichtung beispielsweise eines Rollenschneiders zugeführt.
Dies kann beispielsweise über ein Magazin oder mittels
eines Kranes erfolgen. Nachdem die Tambourrolle in die Abrolleinrichtung
eingelegt wurde, wird die Tambourrolle mit der Aufwickelrolle beispielsweise
mit Hilfe einer Splice-Vorrichtung verklebt. Die Aufwickelrollen
ziehen dann das Papier von der Tambourrolle ab. Die Aufwickelrollen
liegen entweder in einem Walzenbett (Tragwalzenwickler) oder werden über
eine Stützwalze angetrieben (Stützwalzenwickler).
Eine Wickelmaschine, die sowohl eine Abrollwickeleinrichtung wie eine
Aufrolleinrichtung zeigt ist in der
DE 44 24 848 A1 offenbart, deren Offenbarungsgehalt
in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.
-
Die
Geschwindigkeit, mit denen eine Materialbahn auf die Rolle aufgewickelt
wird, liegt im Bereich von weit über 2.000 m/min.
-
Obwohl
die Erfindung nachfolgend anhand einer Papierbahn als Beispiel für
eine Materialbahn beschrieben wird, ist die Erfindung auch bei anderen Materialbahnen
anwendbar und nicht auf Papierbahnen als Materialbahnen beschränkt.
-
Wie
allgemein bekannt, können beim Wickeln Schwingungen entstehen.
Diese Schwingungen können unterschiedliche Ursachen haben.
Beispielsweise ist bei einer Aufwickelvorrichtung zumindest ein
Teil der Schwingung durch die zulaufende Materialbahn induziert.
-
Beim
Aufwickeln können Schwankungen in der Dicke der Materialbahn
zu einer unrunden Materialbahnrolle führen und Schwingungen
können sich in einem Resonanzbereich verstärken,
und zwar soweit, dass die Materialbahnrolle aus der Wickelvorrichtung
herausspringt. In der
WO 02/094696 hat man
daher vorgeschlagen, bei Auftreten einer kritischen Schwingung die
Drehzahl der Materialbahn durch Reduzierung der Zulaufgeschwindigkeit
bei der Aufwickelrolle auf ein niedrigeres konstantes Niveau herabzusetzen.
Damit wird das schwingungsfähige System in der Wickelvorrichtung
geändert und die Anregungsfrequenz vermindert. Aus der
DE 10 2005 035 619
A1 ist aber bekannt, dass diese Vorgehensweise den Nachteil
hat, dass sich die Zeit, die zum Aufwickeln einer vorbestimmten
Länge der Materialbahn notwendig ist, verlängert,
da die Zulaufgeschwindigkeit auf ein niedrigeres konstantes Niveau gesetzt
wird. Die
DE 10
2005 035 619 A1 versucht dieses Problem bei Aufwickelvorrichtungen
dadurch zu lösen, dass nach Vermindern der Drehzahl die
Zulaufgeschwindigkeit der Materialbahn erhöht wird.
-
Schwingungen
treten aber nicht nur wie in der
WO 02/094696 A1 und der
DE 10 2005 035 619 A1 beschrieben
beim Aufwickeln auf, sondern auch bei der Abrollung beziehungsweise
beim Abwickeln. Insbesondere kann es beim Abwickeln aufgrund einer
inhomogenen Massenverteilung der abzuwickelnden Rolle zu Unwuchtkräften
kommen, die besonders bei hohen Bahngeschwindigkeiten zu unzulässig
hohen Schwingungsgeschwindigkeiten und Schwingungsamplituden, insbesondere
an den sogenannten Stuhlungsteilen, die die Lagerung der abzuwickelnden
Bahn aufnehmen, führen. Auch sind derartige Schwingungen
beim Abwickeln aufgrund der Masse der abzuwickelnden Tambourrolle,
die gemäß der Veröffentlichung
„Voith
Rollenschneider: Der Schnelle Schnitt", drive&control 1 (2004) S. 13–15, deren
Offenbarungsgehalt in vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird,
beispielsweise bis 135 Tonnen betragen kann, wesentlich stärker
ausgeprägt als beim Aufwickeln. Bislang wurden die durch
diese Schwingungen erzeugten Unwuchtkräfte über
die Stuhlung in das Fundament des Gebäudes geleitet und
damit von dem Gebäude aufgenommen. Wenn aber die Stuhlungsteile
beziehungsweise die Stuhlung mit dem Gebäude verbunden
ist, so können die an den Stuhlungsteilen auftretende Unwuchtkräfte auch
zu hohen Schwingungsgeschwindigkeiten und Schwingungsamplituden
im Gebäude führen.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abwickelvorrichtung
derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden
werden. Insbesondere sollen unzulässig hohe Unwuchtkräfte
an der Abwicklung vermieden werden.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
der Ansprüche 1 und 12 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Erfindungsgemäß wird
dies dadurch erreicht, dass bei einer Wickelvorrichtung zum Abrollen
einer Materialbahn eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist zum Erfassen
von Schwingungen. Die Materialbahnrolle bzw. die Tambourrolle weist eine
Rollenachse auf. Die Sensoreinrichtung gemäß der
Erfindung ist nunmehr so angeordnet, dass sie Schwingungen in einer
Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Rollenachse ist, detektiert
beziehungsweise sensiert.
-
Die
senkrecht zur Rollenachse auftretenden Schwingungen aufgrund von
Unwuchtkräften sind diejenigen Schwingungen, die in die
Stuhlung bzw. Stuhlungsteile eingeleitet werden und damit auch in das
Gebäude. Durch eine derartige Anordnung von Sensoren ist
es somit möglich, Schwingungen an Abrollungen zu detektieren
und gegebenenfalls mit Hilfe einer Regelung aufgrund des aufgenommenen
Signales zu vermeiden
-
Dies
hat zum Vorteil, dass die Gebäude, in denen diese Abrollungen
oder Abwickeleinrichtungen eingesetzt werden, mit einem wesentlich
leichteren Fundament, in das die Stuhlung die Kräfte einleitet,
ausgeführt werden können. Dies führt
zu einer vereinfachten Herstellung und auch niedrigeren Gebäudekosten.
-
Daneben
ist es auch möglich, dass durch eine derartige Anordnung
Stuhlungsteile vor einer Überlastung geschützt
werden.
-
Da
in einer Ausführungsform der Erfindung die Tambourrolle
beziehungsweise die abzuwickelnde Rolle in einem Tambourlager mit
Hilfe einer Klemmeinrichtung festgeklemmt beziehungsweise gehalten
wird, kann durch entsprechende Anordnung der Sensoreinrichtungen
auch diese so genannte Tambourklemmeinrichtung vor Überlast
geschützt werden.
-
Der
Schutz vor Überlast beispielsweise aufgrund des sensierten
Schwingungssignales hat den weiteren großen Vorteil, dass
die Maschine nicht ständig bei Betrieb von einem Bediener
beobachtet werden muss.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Sensoreinrichtung Mittel zur Aufnahme der Schwingungsgeschwindigkeit umfasst.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, nicht die Schwinggeschwindigkeit
in einer auf die Tambourachse radialen Richtung aufzunehmen, sondern
die Beschleunigung. Diese Arten der Sensierung werden auch als direkte
Sensierung bezeichnet.
-
Um
die Stuhlungsteile vor einer Überlast zu schützen,
ist vorgesehen, die Sensoreinrichtung an den Stuhlungsteilen selbst
anzuordnen, und zwar sowohl auf der Seite der Stuhlung, auf der
ein Antrieb (triebseitig) angeordnet ist, wie auch auf der Seite
der Stuhlung, an der lediglich die Achse gelagert (führerseitig)
wird.
-
Im
Allgemeinen haben Stuhlungsteile unterschiedliche Steifigkeiten
in radialer Richtung zur Tambourachse. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn
die Sensoreinrichtung am Stuhlungsteil derart angeordnet ist, dass
sie in Richtung der geringsten Steifigkeit die Schwinggeschwindigkeit
oder Beschleunigung aufnimmt, da in dieser Richtung die größten
Schwingungsamplituden zu erwarten sind.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Sensoreinrichtung die Schwinggeschwindigkeit
oder Beschleunigung in horizontaler Richtung senkrecht zur Tambourachse
aufnimmt. Überschreiten die Messwerte einen vorbestimmten
Grenzwert für die Vibrationen, wird die Bahngeschwindigkeit
der Materialbahn automatisch reduziert, bis der vorgegebene Grenzwert
wieder erreicht oder unterschritten ist.
-
Bevorzugt
umfasst die Wickelvorrichtung einen Antrieb für die Tambourrolle
und eine Steuereinrichtung, die mit der Sensoreinrichtung verbunden ist.
Die Sensoreinrichtung sendet ein Signal an die Steuereinrichtung,
wenn ein bestimmter Grenzwert der Schwingung überschritten
wird. Der Rollenantrieb wird dann derart geregelt, dass die Bahngeschwindigkeit
reduziert wird, und zwar auf einen solchen Wert, dass die Schwingung,
beispielsweise die Schwingungsamplitude, unterhalb des vorgegebenen
Grenzwertes liegt. Als charakteristische Größe für
die Schwingung kann die Schwinggeschwindigkeit oder die Schwingbeschleunigung
angesehen werden, die als Grenzwerte für die Schwingung
in die Steuereinrichtung eingegeben werden.
-
Die
Sensoreinrichtung kann entweder als Wegaufnehmer, d. h. als direkter
Schwingungsaufnehmer oder als indirekter Schwingungsaufnehmer, beispielsweise
als Kraftaufnehmer, als Drucksensor, als Schallmesseinrichtung,
als optische Messeinrichtung oder als Einrichtung zur Messung von
Rundheitsabweichungen aufgebaut sein.
-
Neben
der Wickelvorrichtung stellt die Erfindung auch ein Verfahren zum
Abwickeln einer Materialbahn von einer Materialbahnrolle zur Verfügung, bei
der die Materialbahnrolle gedreht wird und Schwingungen erfasst
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet
sich dadurch aus, dass, wenn eine Schwingung einen vorbestimmten
Grenzwert überschreitet, die Bahngeschwindigkeit der Materialbahn
vermindert wird, bis ein Grenzwert erreicht oder unterschritten
wird.
-
Die
Reduzierung der Bahngeschwindigkeit kann dadurch erfolgen, dass
die Drehzahl des Antriebs mittels der Steuereinrichtung, insbesondere der
Maschinensteuerung, vermindert wird. Alternativ hierzu kann der
Tambour abgebremst werden.
-
Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen und einem Ausführungsbeispiel
detaillierter beschrieben werden.
-
Es
zeigen
-
1 ein
Beispiel einer Aufwickelvorrichtung mit unterschiedlichen Kraftaufnehmern.
-
2 Flussdiagramm
einer Regelung der Schwingungen
-
In
1 ist
eine Abwickelrolle, die gemäß Papier-Lexikon von
Prof. Göttsching nachfolgend stets als Volltambour
10 bezeichnet
wird, gezeigt, von der eine Papierbahn
11 abgewickelt wird,
um zu einer Aufwickelrolle (nicht gezeigt) geführt zu werden.
Eine Wickeleinrichtung, die sowohl eine Abrolleinrichtung, wie eine
Aufwickeleinrichtung zeigt, ist in der
DE 4424848 A1 gezeigt, deren
Offenbarungsgehalt vollumfängliche in vorliegende Anmeldung
mitaufgenommen wird. Insbesondere ist in der
DE 4424848 A1 gezeigt, wie
die Bahn von der Abrollung zu einer Aufwickelrolle geführt
werden kann.
-
Die
in 1 dargestellte Vorrichtung zeigt die Stuhlung 12,
in die der Volltambour 10 eingelegt ist. In der Stuhlung 12 ist
lediglich ein Stuhlungsteil 14 dargestellt.
-
Bei
der Ansicht gemäß 1 handelt
es sich um die sogenannte führerseitige Ansicht der Abrollstuhlung,
das heißt, der Antrieb ist vorliegend nicht dargestellt,
da er sich auf der gegenüberliegenden Seite befindet. Der
Antrieb treibt die Rollenachse bzw. die Tambourachse 20 an
und wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung gesteuert.
Erfindungsgemäß ist nunmehr eine Sensoreinrichtung vorgesehen,
die eine Schwingung die senkrecht zu der aus der Papierebene heraus
verlaufenden Achse aufnimmt. Bevorzugte Orte, an denen die Sensoreinrichtungen
angeordnet sind, werden in der nachfolgenden Beschreibung detailliert
angegeben. Des Weiteren in 1 dargestellt
ist die Klemmeinrichtung 28, zur Klemmung, das heißt
zur Fixierung der Tambourrolle. Die Klemmeinrichtung 28 umfasst Klemmhebel 30,
die mit Hilfe eines Klemmzylinders 32 an die Volltambour 10 klemmen
und damit fixieren. Die Klemmanordnung 28 ist, wie dargestellt,
sowohl führer- wie auch triebseitig angeordnet.
-
Die
Stuhlung beziehungsweise das Stuhlungsteil ist mit dem Fundament 50 des
Gebäudes verbunden.
-
Die
Sensoreinrichtungen können sowohl für direkte
Sensierung der Schwingungen ausgelegt sein oder für eine
indirekte Sensierung und an unterschiedlichen Orten angeordnet sein.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Sensoreinrichtung
am Stuhlungsteil angeordnet. Bei der Sensoreinrichtung handelt um
eine direkte Sensoreinrichtung, beispielsweise sich um einen Schwingungssensor 100,
der die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit der Schwingung
direkt aufnehmen kann. Die bevorzugte Messrichtung 102 des
Schwingungsaufnehmers 100 ist die Richtung radial zur Tambourachse 20 und
parallel zur Führungsschiene 220. Auf die Führungsschiene
wird nach Abwicklung der kompletten Volltambour 10 der
Rollenkern bzw. die Leertambouren 22.1 des Volltambours 10 ausgestoßen
und rollt bis zum Anschlag 202. In vorliegender Darstellung
ist einen ausgestoßenen Leertambour 22.2 eines
bereits abgewickelten Volltambours 10 gezeigt, die am Anschlag 202 anliegt.
-
Bevorzugt
wird sowohl auf der führer- als auch triebseitigen Stuhlung
ein Sensor, beispielsweise ein Schwingungssensor in Form eines Beschleunigungssensors
angeordnet. Dieser Beschleunigungssensor erlaubt die Überwachung
der Abrollung und hat den Vorteil, dass sowohl die sichere Klemmung
des Volltambours 10 als auch die Gebäudebelastung
in einer derartigen Ausgestaltung detektiert werden kann.
-
Alternativ
zu einer direkten Aufnahme der Schwingungen mit Hilfe eines Sensors
zur Aufnahme der Schwinggeschwindigkeit und/oder der Schwingbeschleunigung
können Sensoren zur indirekten Aufnahme von Schwingungen
beziehungsweise Belastungen durch Schwingungen eingesetzt werden.
-
Ein
Beispiel hierfür ist ein Kraftaufnehmer 150, der
anstelle des Schwingungssensors oder zusammen mit dem Schwingungssensor 100 in
die Stuhlung eingebaut werden kann. Durch den Kraftsensor 150 können
Unwuchtkräfte des Tambours 10 aufgenommen werden
und zur Überwachung zulässiger Schwingungen herangezogen
werden. Die Kraftrichtung, die vorliegend aufgenommen wird ist mit 152 bezeichnet.
Die Kraftrichtung ist wiederum senkrecht in radialer Richtung zur
Tambourachse 20.
-
In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich
oder alternativ zu dem vorgenannten Sensor auch der Druck in den
Klemmzylindern 32 der Tambourklemmung zur Ermittlung von Unwuchtkräften,
die wiederum zu Schwingungen führen, herangezogen werden.
Ein Sensor, der eine derartige Aufnahme von Unwuchtkräften
ermöglicht, wäre ein Sensor, der den Druck in
den Klemmzylindern der Tambourklemmung aufnimmt. Ein derartiger Sensor
ist mit der Bezugsziffer 170 bezeichnet.
-
Alternativ
oder zusätzlich hierzu kann als weiteres indirektes Messverfahren,
beispielsweise ein optisches Messverfahren mit einem optischen Sensor 200,
der Rundungsabweichungen des Volltambours 10 detektiert
und aus diesen Rundungsabweichungen Rückschlüsse
auf die Unwuchtkräfte und damit die Höhe der Belastungen
der Stuhlung beziehungsweise anderer Bauteile ermöglicht,
eingesetzt werden. Neben dem optischen Sensor können auch
Sensoren basierend auf Ultraschallmessungen und Laser-Abstandsmessungen
verwandt werden. Der Detektor, der das Messsignal aufnimmt ist über Leitung 250 mit
der Maschinensteuerung verbunden. Über Leitung 250 wird
das vom Detektor 200 aufgenommene Messsignal an eine Auswerteeinheit
beziehungsweise die Maschinensteuerung 270 übermittelt.
Die Maschinensteuerung steuert aufgrund des Messsignals von dem
Sensor 200 dann beispielsweise über Leitung 280 den
nicht dargestellten Antrieb des Volltambours 10 oder eine
Bremseinrichtung zur Abbremsung der Volltambours 10 an,
so dass die Umlaufgeschwindigkeit des Volltambours 10 und
damit die Bahngeschwindigkeit der abgewickelten Bahn 11 vermindert
wird, so dass die Schwingungen abnehmen, beziehungsweise die Unwuchtkräfte kleiner
werden.
-
Natürlich
können auch die von den Sensoren 100, 150, 170 aufgenommene
Messsignale der Maschinensteuerung 270 zur Verfügung
gestellt werden. Wie oben ausgeführt wertet die Maschinensteuerung
alle von den Sensoren 100, 150, 170, 200 aufgenommenen
Ist-Signale, die von den Sensoren laufend an die Steuereinrichtung übermittelt
werden, aus, und vergleicht sie mit Soll-Signalen, die Grenzwerten
von Schwingungen zugeordnet sind. Wird festgestellt, dass ein Ist-Wert
den zulässigen Grenzwert in der Maschinensteuerung übersteigt,
so wird, um eine Überlastung der Bauteile zu vermeiden,
mit Hilfe einer Regelung die Abwickelgeschwindigkeit und damit die
Bahngeschwindigkeit der abgewickelten Bahn vermindert und zwar so
lange, bis die detektierten Unwuchtkräfte geringer oder
gleich dem Grenzwert sind.
-
Die
Verminderung der Abwickelgeschwindigkeit kann entweder dadurch erfolgen,
dass der Antrieb geregelt wird, oder aber durch ein Abbremsen des
Tambourzylinders oder durch beides zusammen.
-
In 2 ist
ein Flussdiagramm einer solchen Regelung dargestellt. Im Schritt 1000 wird
das Ist-Signal von einem oder mehreren der Sensoren 100, 150, 170, 200 aufgenommen.
Im Schritt 1100 wird das Ist-Signal mit einem in der Steuerung
abgelegten Grenzwert G verglichen. Überschreitet der Ist-Wert den
Grenzwert G, so wird die Umlaufgeschwindigkeit des Volltambours 10 in
Schritt 1200 herabgesetzt, dann wird wieder ein Ist-Wert
in Schritt 1000 aufgenommen. Wird bei der Aufnahme des
zweiten Ist-Wertes wieder der Grenzwert überschritten,
so wird wieder die Bahngeschwindigkeit herabgesetzt, andernfalls
bleibt der Wert der Bahngeschwindigkeit.
-
Mit
der Erfindung wird erstmals eine Wickelvorrichtung zum Abwickeln
einer Materialbahnrolle, insbesondere einer Papierrolle, angegeben,
bei der zuverlässig Schwingungen beziehungsweise Unwuchtkräfte
detektiert werden können. Die detektierten Signale können
einer Maschinensteuerung zugeführt werden, die die Bahngeschwindigkeit
beim Abrollen entsprechend regelt, so dass zuverlässige Schwingungen
beim Abrollen, die zu einer Schädigung entweder der Stuhlungsteile
oder aber der Fundamentierung führen können, zuverlässig
vermieden werden können.
-
- 10
- Volltambour
bzw. Tambourrolle
- 11
- Papierbahn
- 12
- Stuhlung
- 14
- Stuhlungsteil
- 20
- Rollenachse
bzw. Tambourachse
- 22.1,
22.2
- Leertambour
bzw. Tambourhülse
- 28
- Klemmeinrichtung
- 30
- Klemmhebel
- 32
- Klemmzylinder
- 50
- Fundament
- 100
- Schwingungsaufnehmer
- 150
- Kraftaufnehmer
- 170
- Drucksensor
im Klemmzylinder
- 200
- Optischer
Sensor
- 202
- Anschlag
- 220
- Führungsschiene
- 250
- Leitung
vom Sensor zur Maschinensteuerung
- 270
- Maschinensteuerung
- 280
- Leitung
zum Antrieb bzw. zur Bremse
- 1000
- Aufnahme
des Ist-Signals
- 1100
- Vergleich
Ist-Signal/Grenzwert
- 1200
- Verminderung
der Abwickelgeschwindigkeit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4424848
A1 [0003, 0029, 0029]
- - WO 02/094696 [0007]
- - DE 102005035619 A1 [0007, 0007, 0008]
- - WO 02/094696 A1 [0008]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Voith
Rollenschneider: Der Schnelle Schnitt", drive&control 1 (2004) S. 13–15 [0008]