DE102008043507A1

DE102008043507A1 - Verfahren zur Wicklung von Materialbahnen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008043507A1
Application number: DE200810043507
Authority: DE
Inventors: Ralf Schellenberg
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-05-12
Also published as: EP2184243A3; EP2184243B1; EP2184243A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wicklung von Materialbahnen, bei dem eine Materialbahn von einer Mutterrolle abgewickelt, in einer Schneidpartie in ihrer Längsrichtung in Teilbahnen geschnitten und in einer Aufrollvorrichtung wieder aufgewickelt wird, wobei zur Aufwicklung der Teilbahnen einzelne Wickelstationen vorgesehen sind. Dazu ist erfindungsgemäß die optionale Leistungskoppelung von Wickelstationen vorgesehen. Auf diese Weise wird die Universalität eines Wickelverfahrens der eingangs genannten Art deutlich erhöht und das Risiko eines Produktionsausfalls deutlich reduziert. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wicklung von Materialbahnen, bei dem eine Materialbahn von einer Mutterrolle abgewickelt, in einer Schneidpartie in ihrer Längsrichtung in Teilbahnen geschnitten und in einer Aufrollvorrichtung wieder aufgewickelt wird, wobei zur Aufwicklung der Teilbahnen einzelne Wickelstationen vorgesehen sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist jedoch auch auf andere Materialbahnen anwendbar, die auf ähnliche Weise gehandhabt werden können. Als Beispiel für eine Wickelvorrichtung dient in der Folge eine Rollenschneidmaschine, insbesondere eine Stützwalzen-Rollenschneidmaschine, auf die die Erfindung mit besonderem Vorteil anwendbar ist.
Um den Herstellungsprozess der Papiererzeugung so effizient wie möglich zu gestalten, ist man bestrebt, möglichst breite Papierbahnen mit möglichst hoher Geschwindigkeit zu fertigen.
Die so entstandenen Papierbahnen werden zur Weiterverarbeitung oder zum Transport auf Leertamboure aufgewickelt und dann häufig Volltamboure oder Mutterrollen genannt, die derzeit üblicherweise Längen von bis zu 10,5 m, Durchmesser von über 4 m und Gewichte von bis zu 170 Tonnen erreichen. Für einige Weiterverarbeitungsprozesse, insbesondere aber für den Transport außer Haus sind solch große und schwere Rollen zu unhandlich und müssen folglich in Längsrichtung der Papierbahn geschnitten und anschließend auf schmalere Rollen, so genannte Teilbahnrollen oder Fertigrollen, wieder aufgewickelt werden.
Diese Aufgabe wird in der Regel von sogenannten Rollenschneidmaschinen bewerkstelligt, die im Wesentlichen aus einer Abrolleinrichtung, einer Schneidpartie und einer Aufrolleinrichtung bestehen, wobei die Schneidpartie eine entsprechend der möglichen Teilungen angepassten Anzahl von scheibenförmig ausgebildeten Schneiden aufweist.
Bei der Stützwalzen-Rollschneidmaschine wird nach Stand der Technik in der Aufrolleinrichtung jede einzelne zu wickelnde Rolle in einer eigenen Wickelstation um eine Wickelhülse gewickelt. Die Teilbahn- bzw. Fertigrollen stützen sich während des Wickelvorgangs auf einer Stützwalze ab oder liegen an dieser an. Je nach Bauart können aber auch mehr, insbesondere zwei, Stützwalzen zum Einsatz kommen, die in verschiedenen Fällen auch durch Stützrollen bzw. Andruckrollen ergänzt werden können.
Als Wickelstationen sind diejenigen Orte definiert, an denen eine Wicklung stattfindet. Nach bisherigem Stand der Technik bestehen Wickelstationen aus jeweils zwei Wickelböcken. Basis eines Wickelbocks bildet ein Untergestell, das auf einem Schienen- oder Schlittensystem quer zur Papierbahn verfahrbar ist und an dessen oberen Ende eine Führungsbahn ausgebildet ist, an der sich in Laufrichtung der Papierbahn ein Führungsschlitten bewegen kann. Der Führungsschlitten nimmt einen drehbar gelagerten Wickelkopf auf, der zur Wicklung in die Hülse eingreift und mittels eines Getriebes über einen Motor angetrieben wird. Da dieser Motor die Wicklung der Teilbahnrolle von ihrem Zentrum her antreibt, wird er üblicherweise als Zentrumsantrieb bezeichnet, kann aber auch allgemein Antrieb oder Wickelmotor genannt sein.
Es sind auch Umfangsantriebe, insbesondere Reibrad- oder Reibrollenantriebe, bekannt, die ein in einem Gestell gelagertes Rad/Rolle antreiben, das auf dem Umfang der Wicklung aufliegt und die Teilbahn an ihrer Umfangsfläche über Reibung aufwickelt. Da hier jedoch das Reibrad bzw. die Reibrolle in ähnlicher Weise von dafür vorgesehenen Wickelmotoren angetrieben wird, gelten die im Zusammenhang mit den Zentrumsantrieben gemachten Aussagen im Folgenden sinngemäß auch für dieses Wickelprinzip. Ebenso gelten die weiter oben gemachten Aussagen sinngemäß, wenn die Wickelböcke nicht auf einem Untergestell basieren, sondern an einer, über der Stützwalze angeordneten, Traverse gelagert sind.
Werden die geschnittenen Rollen, quer zur Papierbahn gesehen, nach zwei Seiten der Stützwalze ausgegeben, sind die gewünschten Formate auf der einen Seite frei wählbar, auf der anderen Seite abhängig.
Auf diese Weise ist es dem Betreiber einer Stützwalzen-Rollenschneidmaschine möglich, während eines einzigen Prozesses Rollen unterschiedlichen Formats und unterschiedlicher Wickelhärte in hoher Qualität zu produzieren.
Wenn der Betreiber große Formate, das heißt breite Teilbahnrollen, schneiden möchte, werden die nicht benötigten Wickelstationen nach Stand der Technik in einen so genannten Wickel-Bahnhof seitlich aus der Maschine ausgefahren oder verbleiben unbenutzt in einer Zwischenposition innerhalb des Produktionsraumes. Nach Stand der Technik sind also immer nur so viele Wickelstationen im Einsatz, wie es die gewünschte Anzahl der Teilbahnrollen verlangt. Die Wickelstation muss folglich in der Lage sein, das gewünschte Teilbahnrollenformat, insbesondere die Rollenbreite und das Rollengewicht eigenständig zu wickeln.
Wurden noch bis vor wenigen Jahren, beispielsweise im Rotationstiefdruck, Fertigrollen mit Standartbreiten von etwa 2,2 m in großen Stückzahlen verlangt, werden diese heute, auf Grund leistungsfähigerer Druckmaschinen, mehr und mehr von so genannten Jumbo-Fertigrollen, das heißt Teilbahnrollen mit einer Breite von etwa 4,3 m verdrängt.
Bereits im Einsatz befindliche Wickelmaschinen sind aber größtenteils der gestiegenen Nachfrage an breiteren Teilbahnrollen nicht gewachsen. Dabei ist der hauptsächlich begrenzende Faktor das an den Wickelstationen durch die Wickelmotoren in die Hülsen einbringbare Drehmoment. Dahingegen wären die auf Dauerlast ausgelegten Wickelstationen üblicherweise auch den dann erhöhten mechanischen Ansprüchen gewachsen oder könnten diesen mit geringem Aufwand angepasst werden.
Auch bei Neukonstruktionen erfolgt die Dimensionierung der einzelnen Wickelböcke paarweise als Kompromiss zwischen Baugröße und Leistungsfähigkeit, da der vom Wickelbock eingenommene Bauraum, wie oben bereits beschrieben, die minimale Schnittbreite an der gegenüberliegenden Ausgabeseite bestimmt und der vom Antrieb benötigte Bauraum die Baugröße des Wickelbocks maßgeblich bestimmt. Aus diesem Grund werden in der Praxis häufig die Maschinen so konfiguriert, dass es pro Ausgabeseite nur eine Wickelstation gibt, die geeignet ist, relativ breite Teilbahnrollen zu produzieren. Diese Wickelstation ist besonders teuer und wird aus den genannten Gründen häufig an ihrer Lastgrenze gefahren. Daraus folgend treten hier erhöhter Verschleiß und damit erhöhte Instandhaltungskosten auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Universalität eines Wickelverfahrens, insbesondere eines Schneid-Wickelverfahrens, durch effizientere Ausnutzung vorhandener Potentiale zu erhöhen und dabei gleichzeitig die Kosten und Standzeiten der eingesetzten Aggregate zu optimieren und die Gefahr von teuren Produktionsausfällen zu verringern.
Diese Aufgaben werden nach erfindungsgemäßem Verfahren dadurch gelöst, dass mindestens ein Antrieb (21) einer ersten Wickelstation (14.1) mindestens eine zweite Wickelstation (14.2) antreibt, mitantreibt oder hilfsweise antreibt.
Dabei wird unter „antreiben” der Fall verstanden, dass eine Wickelstation eine benachbarte Station antreibt, während der eigene Antrieb der Station ausgeschaltet ist, oder an der Station kein Antrieb vorgesehen ist. Unter dem Fall „mitantreiben” ist das hauptsächliche Zielgebiet der vorliegenden Erfindung zusammengefasst. Mitantreiben bedeutet, dass mehr als zwei Wickelböcke, insbesondere mindestens zwei Wickelstationen, gemeinsam die Wicklung eines, insbesondere breiten, Teilbahnrollenformats bewerkstelligen.
Unter der dritten Formulierung „hilfsweise antreiben” ist zu verstehen, dass eine Wickelstation eine benachbarte Wickelstation antreibt, deren Antrieb defekt oder außer Betrieb ist.
Erfindungsgemäß wird also mindestens eine Wickelstation zusätzlich oder ausschließlich durch mindestens einen Antrieb mindestens einer zweiten Wickelstation angetrieben.
Ein auf diese Weise verbessertes Verfahren erlaubt eine bisher nicht gekannte Gestaltungsfreiheit bei der Aufteilung einer Mutterrolle in Teilbahnrollen, da das bisher festgeschriebene Verhältnis zwischen Anzahl der zu wickelnden Fertigrollen und Anzahl der im Einsatz befindlichen Wickelböcke von w = 2 × n (mit w = Wickelböcke und n = Fertigrollen) aufgelöst wird. Auf diese Weise bleibt zum Beispiel trotz gegebener Möglichkeit, auch sehr breite Teilbahnrollen zu produzieren, die minimal mögliche Teilbahnrollenbreite sehr klein. Darüber hinaus kann auf die extra starke Auslegung einzelner Wickelstationen verzichtet werden. Vielmehr können bei gleicher Auslegung der einzelnen Wickelstationen durch die erfindungsgemäßen Merkmale Teilbahnrollen produziert werden, die die Leistungskapazität einer einzelnen gleich dimensionierten Wickelstation überschreiten würden.
Auf diese Weise ergibt sich bei der Herstellung der Maschine ein nicht unerheblicher Kostenvorteil, da auf teure Sonderanfertigungen extra stark dimensionierter Wickelstationen verzichtet werden kann. Auch vereinfacht sich wegen gleicher Ausführung der zu bevorratenden Ersatzteile die Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Senkung der Lagerkosten.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren bietet darüber hinaus zwei wesentliche Ansätze zur Verringerung teuren Produktionsausfalls. Zum einen werden durch die Vermeidung von Lastspitzen an einzelnen Stationen deren Standzeiten deutlich erhöht, zum anderen ist für den Störungsfall einzelner Wickelstationen der hilfsweise Antrieb durch benachbarte Stationen vorgesehen.
Die Erhöhung der Standzeiten der einzelnen Wickelstationen wirkt sich zusätzlich durch Reduzierung der Instandhaltungskosten aus.
Dabei kann ein erfindungsgemäßes Verfahren vorteilhaft vorsehen, dass von mindestens einem der zur Bildung einer Wickelstation benötigten Wickelböcke die Antriebsleistung in Querrichtung der Materialbahn beidseitig abgerufen werden kann. Das bedeutet, dass die Leistung sowohl entweder an der einen oder der anderen Seite abgegeben werden kann, es aber auch möglich ist, auf beiden Seiten gleichzeitig einen, insbesondere der jeweils erforderlichen Wickellast angepassten, Leistungsanteil abzurufen. Auf diese Weise wird die Universalität des erfinderischen Konzepts nochmals erhöht, da man sich so zum einen besonders gut von der paarweisen Bindung der Wickelböcke lösen und damit die Mindestbreite der auf der gegenüberliegenden Seite entstehenden Teilbahnrolle besonders einfach, d. h. ohne aufwendige Rangier- oder Überbrückungsmaßnahmen, sehr klein halten kann. Zum anderen besteht die Möglichkeit, Wickelstationen ohne eigenen Antrieb, die somit besonders schmal und kostengünstig sein können, zwischenzuschalten. Letzteres kann dann von besonders großem Vorteil sein, wenn mit dem Verfahren eine besonders hohe Anzahl schmaler Teilbahnrollen gewickelt werden soll. Darüber hinaus wird auch eine, einer ausgefallenen Kombination gewünschter Teilbahnbreiten gerecht werdende, Positionierung der Wickelstationen bzw. der einzelnen Wickelböcke unkompliziert und schnell ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann die zur Aufwicklung der Teilbahnen benötigten Antriebsmomente der Wickelmotoren insbesondere über gekoppelte Getriebe- oder Wellenkupplungen erzeugen oder erhöhen.
Somit wird auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise der Einsatz auch an sich antriebsloser Wickelstationen ermöglicht oder eine optionale Unterstützung an sich autarken Wickelstation bereitgestellt.
Besonders vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Entlastungs- und Zentriereinrichtungen, insbesondere Zentrierbolzen, Anwendung finden, die zum einen eine exakte Positionierung der genannten Funktionselemente gewährleisten und zum anderen zur Aufnahme auftretender Querkräfte, insbesondere durch das Eigengewicht der Antriebe, geeignet sind. Durch eine eigenständige Zentrierung ist eine Grundvoraussetzung zur Automatisierung des Kupplungsvorgangs geschaffen, die im Übrigen auch einen möglichen manuellen Ablauf wesentlich vereinfacht. Durch die damit verbundene Entlastung der Wellen hinsichtlich gefährlicher Querkräfte werden die Laufruhe des Wickelvorgangs im gekoppelten Zustand, sowie die Standzeit der Lager und Getriebeteile erheblich erhöht.
Dabei ist es denkbar, dass die Wickelböcke der benachbarten Wickelstationen aneinander gefahren werden, sodass die vorgesehenen Funktionselemente zur Kupplung der Getriebe oder der Wellen direkt miteinander in Funktion treten können. Eine solche Variante wird vor allem dem Wunsch nach einer möglichst geringen Mindestschnittbreite der gegenüberliegenden Teilbahn gerecht und ist im vorliegenden Verfahren besonders bevorzugt.
Sollen die Wickelstationen zur Antriebsübertragung aneinander gefahren werden, sind form- oder reibschlüssige Kupplungen möglich. Bei der automatischen Positionierung der Wickelstationen bzw. der einzelnen Wickelböcke wird ein Kupplungsteil durch den auf ihrem Wickelbock befindlichen Antrieb langsam in Rotation versetzt, während sich die beiden Kupplungsteile nähern. Eine reibschlüssige Kupplung wird dann bei Erreichen einer genügenden Haftreibung selbständig die andere Seite mitdrehen. Je nach Wunsch kann dann auch der zweite Antrieb zugeschaltet werden.
Findet eine formschlüssige Kupplung, etwa eine Klauenkupplung, Verwendung, können die Funktionsflächen nach langsamer Drehung in entsprechender Position ineinander greifen und damit die Antriebsübertragung herstellen.
Demgegenüber kann ein Verfahren aber auch vorteilhaft ausgestaltet sein, wenn es wahlweise auch Übertragungselemente zur mittelbaren Antriebsübertragung vorsieht. Dabei können die Übertragungsglieder starr ausgebildet sein oder Gelenke aufweisen, um, wie im vorgenannten Fall, die Übertragung von Querbelastungen zu vermeiden. Eine solche Variante kann beispielsweise dann bevorzugt sein, wenn ein vorhandenes Wickelverfahren nach erfinderischen Merkmalen umgestaltet werden soll und die Wickelstationen der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens baulich ungeeignet sind, direkt miteinander in Kontakt treten, oder eine Um- oder Nachrüstung mit möglichst geringem Aufwand gefordert ist. Werden Übertragungselemente eingesetzt, kann der Vorgang, bis auf das Zwischenschalten der Übertragungselemente, prinzipiell dem oben beschriebenen Ablauf gleichen.
In beiden Fällen ist das Verfahren dann besonders vorteilhaft, wenn der Kupplungsvorgang an der Getriebe- oder Wellenkupplung teil- oder vollautomatisch geregelt werden kann.
Dazu sind über Sensoren informierte Regeleinrichtungen vorteilhaft zur Regelung des Kupplungsablaufs vorgesehen.
Auf diese Weise kann es zu erheblichen Kosten- und Zeitersparnissen kommen. Darüber hinaus werden risikoreiche Personalarbeiten und Fehlerquellen weitgehend vermieden.
In einer weiteren Verfahrensvariante sind an mindestens einer Wickelstation die Wickelköpfe zur Aufnahme unterschiedlicher Hülsendurchmesser angepasst und können dazu insbesondere gewechselt, ausgetauscht, verschoben, gedreht, gewendet oder in ihrem Durchmesser verändert werden. Auf diese Weise können der Rollenbreite und dem -gewicht angepasste Hülsendurchmesser Verwendung finden.
Vorrichtungsgemäß werden die Aufgaben der Erfindung dadurch gelöst, dass mindestens eine zweite Wickelstation durch mindestens einen Antrieb einer ersten Wickelstation antreibbar, mitantreibar oder hilfsweise antreibar ist.
Eine mit erfinderischen Merkmalen ausgestattete Vorrichtung ist also durch die koppelbare Leistung mindestens zweier Wickelstationen gekennzeichnet.
Eine derart gestaltete Vorrichtung zur Wicklung von Materialbahnen ist in ungekanntem Maß universell einsetzbar, bietet Angleichungspotential für zukünftige Marktentwicklungen und lange Standzeiten, da ihre Antriebe häufiger im Teillastbereich betrieben werden können. Darüber hinaus reduziert sich das Risiko eines kompletten Stillstandes der Vorrichtung erheblich, da die Vorrichtung bei Ausfall einzelner Wickelstationen weiter nutzbar ist. Bei Verwendung, insbesondere hinsichtlich ihrer Leistung einheitlich gestalteter Wickelstationen, reduzieren sich zusätzlich Herstell- und Ersatzlagerkosten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorsehen, dass von mindestens einem der, zur Bildung einer Wickelstation benötigten, Wickelböcke die Antriebsleistung beidseitig abrufbar ist.
Auf diese Weise lässt sich neben einer Erzeugung oder Erhöhung benötigter Antriebsmomente an benachbarten Wickelstationen auch eine betragsgleiche oder betragsungleiche Teilung der an einzelnen Wickelböcken vorhandenen Antriebspotentiale erzielen. Damit lässt sich die Mindestbaubreite der nichtrandlagigen Wickelstationen erheblich reduzieren. Dies kann dann von besonders großem Vorteil sein, wenn mit dem Verfahren eine besonders hohe Anzahl schmaler Teilbahnrollen gewickelt werden soll. Darüber hinaus wird auch eine, einer ausgefallenen Kombination gewünschter Teilbahnbreiten gerecht werdende, Positionierung der Wickelstationen bzw. der einzelnen Wickelböcke unkompliziert und schnell umsetzbar.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die zur Aufwicklung der Teilbahnen benötigten Antriebsmomente der Wickelmotoren insbesondere über gekoppelte Getriebe- oder Wellenkupplungen miteinander erzeugbar oder erhöhbar sind. Dazu können die jeweiligen Antriebe in Reihe oder parallel schaltbar ausgeführt sein, wobei eine in Reihe schaltbare Anordnung bevorzugt ist. Dabei ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn die Getriebe- oder Wellenkupplungen mindestens eine der genannten Anforderungen erfüllen:

– Durchstellen einseitig eingebrachter Antriebsmomente bzw. Antriebsleistungen,
– Synchronisierung zweier Antriebsmomente bzw. Antriebsleistungen,
– einseitige Ausgabe kombinierter Antriebsmomente bzw. Antriebsleistungen.

Dazu können auch Ausgleichsgetriebe vorgesehen sein. Auch sind übersetzende Getriebeelemente denkbar.
Weiter ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei Wickelböcke unter Zuhilfenahme mindestens einer Entlastungs- und Positioniereinrichtung zueinander positionierbar und/oder miteinander lösbar verbindbar sind. Dazu sind Zentrierbolzen, die in korrespondierende Bohrungen eines benachbarten Wickelbocks einbringbar sind, besonders geeignet. Solche Verbindungen sind eigenzentrierend, bieten also einen gewissen Ausgleich eventueller Toleranzen, sind robust und preiswert herstellbar. Darüber hinaus sind sie gut geeignet Querkräfte, insbesondere durch das Eigengewicht der Antriebe, bzw. der Getriebe- oder Wellenkupplungen, aufzunehmen und damit diese Funktionselemente zu entlasten. Dazu ist es denkbar, dass die Zentrierbolzen entlang ihrer Achse bewegbar angeordnet sind. So können die Zentrierbolzen ein- und ausfahrbar im Wickelbock, insbesondere im Untergestell des Wickelbocks, gelagert sein. Durch die damit verbundene Entlastung der Wellen hinsichtlich der genannten Querkräfte werden die Laufruhe des Wickelvorgangs im gekoppelten Zustand sowie die Standzeit der Lager und Getriebeteile erheblich erhöht.
Durch eine eigenständige Zentrierung ist darüber hinaus eine Grundvoraussetzung zur Automatisierung des Kupplungsvorgangs geschaffen, die im Übrigen auch einen möglichen manuellen Ablauf wesentlich vereinfacht.
Dazu ist es weiter von Vorteil, wenn die Wickelstationen, insbesondere die Wickelböcke, zu diesem Zweck aneinanderfahrbar sind. Dadurch wird eine, aus der in Wirkverbindung stehenden einzelnen Wickelböcken gebildete, Einheit besonders kompakt und ermöglicht demzufolge geringe Mindestschnittbreiten der gegenüberliegenden Teilbahnen. Daneben sind die dabei miteinander in Wirkverbindung stehenden Funktionselemente, insbesondere die Getriebe- und Kupplungselemente, besonders gut abgeschirmt. Direkt aneinanderfahrbare Wickelböcke bieten zudem den Vorteil, dass sie bei Wechsel des erwünschten Schnittmusters, also der gewünschten Aufteilung der Materialbahn in Teilbahnen gleicher oder unterschiedlicher Breite, keine Vorarbeiten zu leisten sind, da die benachbarten Wickelböcke ohne Weiteres in Wirkverbindung bringbar sind, d. h. insbesondere ein- und auskuppelbar sind.
Dagegen kann es fallweise ebenso von Vorteil sein, wenn die Wickelstationen zur Erfüllung des erfindungsgemäßen Zwecks beabstandet bleiben und die Leistungsübertragung mit Hilfe zwischengeschalteter Funktionselemente, insbesondere Getriebe- oder Gelenkstangen vornehmbar ist. Dabei können die als Übertragungsglieder wirkenden, zwischenschaltbaren Funktionselemente starr ausgebildet sein oder Gelenke aufweisen, um, wie im vorgenannten Fall, die Übertragung von Querbelastungen zu vermeiden. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise dann bevorzugt sein, wenn eine bereits in Betrieb befindliche Vorrichtung zur Wicklung von Materialbahnen, insbesondere eine Rollenschneidmaschine, nach erfinderischen Merkmalen umgestaltet werden soll und die Wickelstationen der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens baulich zum direkten Inkontakt treten ungeeignet sind oder eine Um- oder Nachrüstung mit möglichst geringem Aufwand gefordert ist. Werden Übertragungselemente eingesetzt, kann der Vorgang, bis auf das Zwischenschalten der Übertragungselemente, prinzipiell dem oben beschriebenen Ablauf gleichen.
Es ist von großem Vorteil, wenn die Getriebe- oder Wellenkupplung, als jeweilige Schnittstelle zwischen den in Wirkverbindung bringbaren Wickelböcken, teil- oder vollautomatisch ein- und auskuppelbar ist. Dazu sind über Sensoren informierte Regeleinrichtungen vorteilhaft zur Regelung des Kupplungsablaufs vorgesehen. Ebenso ist eine bildgebende Überwachungseinrichtung denkbar. Auf diese Weise kann es zu erheblichen Kosten- und Zeitersparnissen kommen. Darüber hinaus werden risikoreiche Personalarbeiten und Fehlerquellen weitgehend vermieden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Vorrichtung nachrüstbar ist. So können bereits im Einsatz befindliche Wickelmaschinen, die beispielsweise auf die oben beschriebene ehemalige Standard-Teilbahnbreite für Rotationstiefdruck von 2,2 m ausgelegt waren, durch einfache Nachrüstmaßnahmen den Anforderungen der neuen Teilbahnbreiten um 4,3 m gerecht werden. Ebenso ist es vorstellbar, dass eine ältere Maschine nach einer Umrüstung zur Wicklung besonders kleiner Teilbahnenbreiten genutzt werden soll. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass die zusätzlich benötigten Wickelstationen aus wirtschaftlichen Gründen ohne eigene Antriebe ausgerüstet, und quer zur Bahnrichtung gesehen den bestehenden Wickelstationen zwischengeschaltet werden. Die bestehenden Antriebe können dann gleichzeitig auch ihren benachbarten Wickelbock antreiben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1: verdeutlicht beispielhaft den schematisiert vereinfachten Grundaufbau einer Stützwalzenrollenschneidmaschine
2: zeigt ein erstes Beispiel zur erfinderischen Anordnung der Wickelböcke bzw. Wickelstationen. Insbesondere kann es sich dabei um eine umgerüstete Vorrichtung zur Wicklung breiter Fertigrollen handeln.
3: zeigt ein zweites Beispiel zur erfinderischen Anordnung der Wickelböcke bzw. Wickelstationen. In einer sehr universell einzusetzenden Vorrichtung ist hier eine Anordnung zum Wickeln vieler schmaler Fertigrollen dargestellt.
4: zeigt ein drittes Beispiel zur erfinderischen Anordnung der Wickelböcke bzw. Wickelstationen. In einer sehr universell einzusetzenden Vorrichtung ist hier eine Anordnung zum Wickeln sehr unterschiedlicher Fertigrollenbreiten dargestellt.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Aufbau und die Funktion einer Aufrollvorrichtung (5) zum Aufwickeln einer, in einer Schneidpartie (3) in Teilbahnen (9) geschnittenen, Materialbahn (8) auf separate Wickelhülsen (10), unter Ausbildung sogenannter Teilbahnrollen (11), in einer Stützwalzen-Rollenschneidmaschine (1) nach Abwicklung der Materialbahn (8) von einer Mutterrolle (7). Dabei können die Breiten der Teilbahnen (9) vordefiniert werden, so dass es ebenso möglich ist, die Materialbahn (8) auch gänzlich ohne Schneiden oder nur unter Vornahme eines Randbeschnitts umzuwickeln.
Zur Verdeutlichung ist in dieser Figur ein Koordinatensystem angelegt, wobei sich die Maschinenrichtung, also die Längsrichtung der Materialbahn (8), auf der X-Achse bewegt. Dazu erstreckt sich senkrecht die Y-Achse, die der Querrichtung, also die Breite der Materialbahn (8), entspricht. Dementsprechend folgen auch die Längsachsen der Ab- und Aufwickelvorrichtung (2 und 5), sowie die der Tamboure (6 oder 7) bzw. Hülsen (10), diesem Verlauf. Die Höhe wird anhand der Z-Richtung beschrieben, die auf einer, durch die beiden vorgenannten Achsen aufgespannten Ebene, senkrecht steht.
Eine derartige Stützwalzen-Rollenschneidvorrichtung (1) ist dadurch charakterisiert, dass die zuvor auf eine Mutterrolle (7) gewickelte Materialbahn (8) in einer Abwickelvorrichtung (2) abgewickelt und durch eine Schneidpartie (3) geführt wird. In der Schneidpartie (3) wird die Materialbahn (8) durch Längsschneiden in Teilbahnen (9) geschnitten. Die zu erzeugende Teilbahnbreite (9) kann vorher durch Positionierung der einzelnen Schneidvorrichtungen (4) entlang der Querrichtung (Y) festgelegt werden. Dazu muss eine der gewünschten Anzahl der zu erzeugenden Teilbahnen (9) angepasste Zahl von Schneidvorrichtungen (4) vorhanden sein. Denkbar sind Ausführungen mit rotierenden oder ruhend an die Materialbahn (8) anstellbaren Trennelementen. Bei den Trennelementen (4) handelt es sich in üblicher Weise um Kreismesser mit Ober- und Untermesser.
Die Stützwalzen-Rollenschneidmaschine (1) weist darüber hinaus ein, in der Bildebene der 1, nicht erkennbares System auf, an dem sich die Messer quer zur Papierbahn, also in Y-Richtung, wählbar positionieren lassen und das die Möglichkeit bietet, fallweise überzählige Messer (4) in eine Ruheposition zu verfahren. Ferner weist das System ein nicht dargestelltes, steuerbares Positionierungssystem auf, das vorzugsweise in Abstimmung mit einem Positionierungssystem der Wickelböcke (15) arbeiten kann.
An die Schneidpartie (3) kann sich in Maschinenrichtung (X) in üblicher Weise eine hier nicht dargestellte Einrichtung zur Separierung und Zuführung der einzelnen Teilbahnen (9) zu einzelnen in Y-Richtung fluchtend hintereinander angeordneten Wickelstationen (14.1, 14.2, ... 14.n) anschließen. Häufig finden dazu so genannte Breitstreckeinrichtungen oder Röllchenstreichleisten Einsatz.
Bei der Stützwalzen-Rollschneidmaschine (1) wird nach Stand der Technik in der Aufrolleinrichtung (5) jede einzelne zu wickelnde Fertigrolle (11) in einer eigenen Wickelstation (14.1, 14.2, ...,14.n) um eine Wickelhülse (10) gewickelt. Die Teilbahn- bzw. Fertigrollen (11) stützen sich während des Wickelvorgangs auf einer Stützwalze (12) ab oder liegen an dieser an. Je nach Bauart können aber auch mehr, insbesondere zwei Stützwalzen zum Einsatz kommen, die in verschiedenen Fällen auch durch Stütz- oder Andruckrollen (13) ergänzt werden können.
Die Wickelstationen (14.1, 14.2, ...,14.n) können erfindungsgemäß, je nach gewünschten Teilbahnbreiten auch aus mehr als zwei Wickelböcken (15) bestehen. Basis eines Wickelbocks (15) bildet ein Untergestell (16), das auf einem Schienen- oder Schlittensystem (17) quer zur Materialbahn (8) verfahrbar ist und an dessen oberen Ende eine Führungsbahn (18) ausgebildet ist, an der in Längsrichtung (X) der Materialbahn (8) ein Führungsschlitten (19) bewegbar ist. Der Führungsschlitten (19) nimmt einen drehbar gelagerten Wickelkopf (20) auf, der zur Wicklung in die Hülse (10) eingreift. Dabei sind die Wickelköpfe (20) etwa durch stufenlos verstellbare Spannelemente zur Aufnahme unterschiedlicher Wickelhülsendurchmesser (GH, KH) geeignet. Der Wickelkopf (20) kann durch einen, dem Wickelbock (15) eigenen Antrieb (21) angetrieben werden. Erfindungsgemäß kann der Wickelkopf (20) jedoch zusätzlich auch durch einen oder mehrere Antriebe (21) benachbarter Wickelböcke (15) angetrieben oder unterstützt werden. Dazu werden die mindestens zwei Wickelböcke (15) über Wellen- und/oder Getriebekupplungen (22) derart miteinander in Wirkverbindung gebracht, dass sie eine Reihen- oder eine Parallelschaltung bilden. Dazu können auch Ausgleichsgetriebe vorgesehen bzw. zwischengeschaltet werden.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die, miteinander in mechanischer Wirkverbindung stehenden Wickelböcke (15) zusätzlich koppelbare elektronische Schnittstellen zum Austausch von Daten, insbesondere zur Regelung der für den Wickelprozess nötigen Parameter und/oder möglicher Positionsdaten aufweisen. Ferner ist eine elektrische Schnittstelle zur Leistungseinspeisung aus dem Stromnetz bzw. zur Leistungsrückspeisung während eines Bremsvorgangs bzw. einer Verzögerung der Teilbahn- oder Fertigrolle (11) von großem Vorteil. Beide Schnittstellen können örtlich zu einer Transferstelle (25) zusammengefasst sein.
In 2 ist ein erstes Anordnungsbeispiel dargestellt, dass dem Gedanken einer einfachen Umrüstung unter Ausnutzung vorhandener Potentiale gerecht wird. Dargestellt ist eine, mit einer erfindungsgemäßen Aufrollvorrichtung (5) nachgerüstete, Stützwalzen-Rollenschneidmaschine (1) auf der ursprünglich Fertigrollen (11) mit einer maximalen Breite gewickelt wurden, die der jeweils schraffierten Hälfte der hier dargestellten zu wickelnden Fertigrollen (11) entspricht. Insgesamt konnten auf der Rollenschneidmaschine (1) acht Fertigrollen (11) gleicher Breite erzeugt werden. Durch eine Umrüstung nach erfinderischen Merkmalen ist es nun auch möglich vier jeweils doppelt so Breite Fertigrollen (11) herzustellen. Dazu werden die vorhandenen, nach erfinderischen Merkmalen umgerüsteten Wickelböcke (15) jeweils zu Zweit zusammengefahren.
Da die zu beachtende Mindestschnittbreite in diesem Ausführungsbeispiel eine untergeordnete Rolle spielt, werden die Wickelböcke jeweils über zwischengeschaltete Funktionselemente (24) gekoppelt.
Eine Wickelstation (14.2) besteht dann aus jeweils zwei Wickelbock-Paaren, die beispielsweise jeweils aus einer ursprünglichen Wickelstation (14.1) gebildet werden können. An beiden Wickelböcken eines jeden Wickelpaares ist jeweils bis zu 100% der Wickelleistung in eine gemeinsame Richtung im Verlauf der Y-Achse abrufbar.
Die Wickelböcke (15) werden zur Bildung eines Wickelbock-Paars vollautomatisch und unter zu Hilfenahme mindestens einer in 1 schematisch angedeuteter Entlastungs- und Zentriereinrichtung (23) aneinander gefahren und im vorliegenden Fall über ebenfalls nur schematisch angedeuteter Getriebekupplung (22) mit einander in Wirkverbindung gebracht. Zur Erleichterung des Kuppelvorgangs ist an jedem Wickelbock (15) an beiden seiner in Y-Richtung begrenzenden Seiten mindestens ein nicht dargestellter Sensor vorgesehen. Alternativ dazu ist ein vollautomatisiertes in Wirkverbindung treten der einzelnen Wickelböcke (15) auch unter zu Hilfenahme der zur Positionierung der einzelnen Wickelböcke (15), bzw. zur Festlegung des gewünschten Schnittmusters, sowieso vorhandenen Positionierungseinrichtung denkbar. Die vorgesehene Getriebekupplung (22) erlaubt es, die Wickelleistung zweier Wickelböcke (15), bzw. deren Antriebe (21) an den mit der Wickelhülse (10) in Verbindung stehenden Wickelkopf (20) des, der zu erzeugenden Fertigrolle (11) am nächstliegenden Wickelbocks (15) zu übertragen.
Schließlich ist es dem Betreiber der dargestellten Stützwalzen-Rollenschneidmaschine (1) weiterhin möglich auch die beispielhaft angesprochenen acht schmaleren Fertigrollen (11) in herkömmlicher Anordnung zu produzieren.
Die einzelnen Wickelböcke (15) stehen mit einer Positionierungseinrichtung einer übergeordneten Regelung (R) in Verbindung, die auch die Regelung der Antriebsmomente bzw. der Antriebsleistungen übernimmt und mit einer Überwachungseinheit (C), hier in Form einer bildgebenden Einrichtung, ausgestattet sein kann.
Die 3 und 4 stellen ein besonders universell einsetzbares Ausführungsbeispiel dar und zeigen dieselbe Aufrollvorrichtung (5) in sehr unterschiedlichen Konfigurationen. Dieselbe Aufrollvorrichtung (5) wird also, wie in 3 gezeigt, zunächst für die Produktion einer Vielzahl von schmalen Fertigrollen (11) verwendet. Dargestellt ist hier die Produktion von Einundzwanzig Fertigrollen (11) mit einer beispielhaften Breite von 0,5 m. Die Antriebe (21) der dargestellten Wickelböcke (15) geben dazu ihre Leistung, in Y-Richtung gesehen, beidseitig ab. Nur jeweils die an den Randbereichen angeordneten Wickelböcke (15) werden einseitig belastet. Die Antriebe (21) werden in dieser Anordnung vorzugsweise im Teillastbereich gefahren, da die zu erzeugenden Fertigrollen (11) nur relativ wenig Antriebsleistungen erfordern.
Dahingegen wird dieselbe Aufrollvorrichtung (5) in einer, der 4 entsprechenden, Konfiguration mit sehr unterschiedlichen Fertigrollen-Formatbreiten belastet. Im oberen linken Bildbereich ist eine Teilbahn- bzw. Fertigrolle mit Standartbreite gezeigt. Sie weist eine große Wickelhülse (GH), beispielsweise mit 150 mm Durchmesser auf und wird in einer Wickelstation (14.3) gefertigt, die aus zwei Wickelböcken (15) gebildet wird. Die Antriebe (21) der beiden Wickelböcke (15) arbeiten im Volllastbetrieb.
Im oberen, rechten Bildbereich, wird auf gleicher Seite der Stützwalze (12) eine schmalere Teilbahn- bzw. Fertigrolle (11) auf einer kleinen Wickelhülse (KH) produziert. Der Durchmesser einer solchen kleinen Hülse kann beispielsweise 76 mm betragen. Bei grundsätzlich gleichem Aufbau der hier arbeitenden Wickelstation (14.4) aus zwei Wickelböcken (15) arbeiten deren Antriebe nur im Teillastbereich, hier mit etwa 60% angenommen.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Stützwalze (12) werden ebenfalls zwei Teilbahn- bzw. Fertigrollen (11) hergestellt. Die im unteren linken Bildbereich dargestellte Wickelstation (14.1) ist asymmetrisch aufgebaut. Auf der einen Seite ist ein Wickelbock (15) vorgesehen, dessen Antrieb (21) auf Grund der schmalen und deswegen auch leichten Teilbahn- bzw. Fertigrolle (11) nur im Teillastbereich gefordert wird. Dargestellt ist eine etwa 50% Auslastung. Auf der anderen Seite (in Y-Richtung) der Wickelstation (14.1) stehen drei Wickelböcke (15) miteinander in Wirkverbindung. Der, der schmalen Teilbahn- bzw. Fertigrolle (11) zugewandte Wickelbock (15) gibt dabei jeweils etwa zur Hälfte seine Antriebsleistung an die zu wickelnde, schmale Teilbahn- bzw. Fertigrolle (11) und die mit ihm in Wirkverbindung stehenden anderen beiden Wickelböcke (15) ab. Deren gemeinsame Leistung wird zur Wicklung einer außergewöhnlich breiten Teilbahn- bzw. Fertigrolle (11) benötigt, die im unteren rechten Bildbereich dargestellt ist. Diese außergewöhnlich breite Teilbahn- bzw. Fertigrolle (11) wird also in einer Wickelstation (14.2) hergestellt, an deren beiden Seiten jeweils zwei Wickelböcke (15) im Volllastbereich und ein weiterer Wickelbock (15) im Teillastbereich arbeiten.
Von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden ohne den erfinderischen Gedanken zu verlassen.
Da die Anforderungen an die zu produzierenden Formatbreiten der Fertigrollen (11) jeweiliger Papierarten bzw. Papierqualitäten, sich eher etappenweise nach einigen Jahren ändern und dabei auf Grund leistungsstärkerer Verarbeitungs- insbesondere Druckmaschinen, tendenziell immer breiter werden, scheint eine solche Variabilität auf einen flüchtigen Blick hin wenig gefordert zu sein. Hier soll jedoch in erster Linie das Spektrum der entstehenden Möglichkeiten aufgezeigt werden. Darüber hinaus wird der Betreiber einer erfindungsgemäß ausgestatteten Aufrollvorrichtung (5) frei von einer Festlegung auf spezielle Kunden, kann auch anderen Marktanforderungen gerecht werden, Konjunkturschwankungen in bestimmten Marktsegmenten besser überwinden und muss seine Rollenschneidmaschine (1) nicht mehr wegen Formatumstellungen erneuern. Beispielsweise kann also der Erzeuger eines einer bestimmten Papiersorte sowohl Formate für hochleistungsfähige Druckmaschinen, also derzeit Breiten von ca. 4,32 m schneiden, wie auch ganz schmale Endkundenformate um ca. 0,21 m.

1: Vorrichtung
2: Abrolleinrichtung
3: Schneidpartie
4: Schneidvorrichtung/Messer
5: Aufrollvorrichtung
6: Leertambour
7: Volltambour/Mutterrolle
8: Materialbahn (hier: Papierbahn)
9: Teilbahn
10: Hülse, Wickelhülse
11: Teilbahnrolle/Fertigrolle
12: Stützwalze
13: Stützrolle/Andruckrolle
14.1, 14.2, ...14.n: Wickelstation
15: Wickelbock
16: Untergestell
17: Schienen- oder Schlittensystem
18: Führungsbahn
19: Führungsschlitten
20: Wickelkopf
21: Antrieb/Motor/Zentrumsantrieb/Wickelmotor
22: Getriebe- oder Wellenkupplung
23: Entlastungs- und Zentriereinrichtung
24: Zwischengeschaltete Funktionselemente
25: Transferstelle
X: Maschinenrichtung/Längsrichtung der Materialbahn
Y: Querrichtung zur Materialbahn
Z: Höhenrichtung
GH: Große Hülse
KH: Kleine Hülse
UMB: ursprünglich maximale Breite
→: Richtung der Leistungsabgabe
50%, 100%: Beispielhafte Anteile der Leistungsabgabe
*: Leistungsabgabe in ursprünglicher Richtung
**: Leistungsabgabe in umgekehrter Richtung
***: Leistungsabgabe zur gleichen Zeit beidseitig
R: Übergeordnete Regeleinrichtung
C: Überwachungseinheit
-------: Regelkreis

Claims

Verfahren zur Wicklung von Materialbahnen (8), bei dem eine Materialbahn (8) von einer Mutterrolle (7) abgewickelt, in einer Schneidpartie (3) in ihrer Längsrichtung in Teilbahnen (9) geschnitten und in einer Aufrollvorrichtung (5) wieder aufgewickelt wird, wobei zur Aufwicklung der Teilbahnen (9) einzelne Wickelstationen (14.1,14.2, ...14.n) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antrieb (21) einer ersten Wickelstation (14.1) mindestens eine zweite Wickelstation (14.2) antreibt, mitantreibt oder hilfsweise antreibt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einem der, zur Bildung einer Wickelstation (14.1, 14.2, ...14.n) benötigten, Wickelböcke (15) die Antriebsleistung beidseitig abgerufen werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufwicklung der Teilbahnen (9) benötigten Antriebsmomente der Wickelmotoren (21) insbesondere über gekoppelte Getriebe- oder Wellenkupplungen (22) miteinander erzeugt oder erhöht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Entlastungs- und Zentriereinrichtungen (23), insbesondere Zentrierbolzen, Anwendung finden, die eine exakte Positionierung der Funktionselemente, insbesondere der Getriebe- oder Wellenkupplung (22), gewährleisten und zur Aufnahme auftretender Querkräfte, insbesondere durch das Eigengewicht der Antriebe, geeignet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelstationen (14.1, 14.2, ...14.n), insbesondere die Wickelböcke (15), zu diesem Zweck aneinander gefahren werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wickelstationen (14.1, 14.2, ...14.n) zu diesem Zweck beabstandet bleiben und die Leistungsübertragung mit Hilfe zwischengeschalteter Funktionselemente (24), insbesondere Getriebe- oder Gelenkstangen, vorgenommen werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe- oder Wellenkupplung (22) teil- oder vollautomatisch ein- und auskuppeln kann.
Vorrichtung (1) zur Wicklung von Materialbahnen (8), bei dem eine Materialbahn (8) von einer Mutterrolle (7) abgewickelt, in einer Schneidpartie (3) in ihrer Längsrichtung in Teilbahnen (9) geschnitten und in einer Aufrollvorrichtung (5) wieder aufgewickelt wird, wobei zur Aufwicklung der Teilbahnen (9) einzelne Wickelstationen (14.1, 14.2, ...14.n) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Wickelstation (14.2) durch mindestens einen Antrieb (21) einer ersten Wickelstation (14.1) antreibbar, mitantreibar oder hilfsweise antreibar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einem der, zur Bildung einer Wickelstation (14.1, 14.2, ...14.n) benötigten, Wickelböcke (15) die Antriebsleistung beidseitig abrufbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufwicklung der Teilbahnen (9) benötigten Antriebsmomente der Wickelmotoren (21) insbesondere über gekoppelte Getriebe- oder Wellenkupplungen (22) miteinander erzeugbar oder erhöhbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wickelböcke (15) unter zu Hilfenahme mindestens einer Entlastungs- und Zentriereinrichtung (23) zueinander positionierbar und/oder miteinander lösbar verbindbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelstationen (14.1, 14.2, ...14.n), insbesondere die Wickelböcke (15), zu diesem Zweck aneinanderfahrbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsübertragung mit Hilfe zwischengeschalteter Funktionselemente (24), insbesondere Getriebe- oder Gelenkstangen vornehmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe- oder Wellenkupplung (22) teil- oder vollautomatisch ein- und auskuppelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) um- oder nachrüstbar ist.