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Die
Erfindung betrifft eine Walze mit einem an seinen beiden Enden drehbar
gelagerten Mantel.
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Um
eine solche Walze handelt es sich beispielsweise bei dem Wickelkern,
zum Beispiel Tambour, für den Einsatz in einer Wickelmaschine,
auf den eine Materialbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn
aufgewickelt wird. Dieser Wickelkern besteht vorzugsweise aus einem
hohlzylindrischen Wickelkernkörper und je einem an seinen
beiden Enden angebrachten Lagerzapfen, mit denen er im Betrieb in
Lagern ruht, die zumeist auf beispielsweise horizontalen Schienen
bewegbar abgestützt sind.
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Dem
Wickelvorgang kommt sowohl bei der Materialbahnherstellung als auch
bei der Materialbahnveredelung eine sehr große Bedeutung
zu, da bisweilen die Gefahr besteht, dass eine bisher einwandfrei
hergestellte Materialbahn beim Wickeln derart durch Wickelfehler
beeinträchtigt wird, dass Teile einer hergestellten Wickelrolle
unverkäuflich sind. Zu den bekannten Wickelfehlern gehören
die sogenannten Glanzstellen, Falten oder Platzer. Die entstehenden
Wickelfehler werden generell umso größer, je schneller
die Wickelmaschinen betrieben werden und je größer
die hergestellten Durchmesser und Fertiggewichte der Wickelrollen
sind.
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Für
die Entstehung von beispielsweise Glanzstellen gibt es eine Vielzahl
von Theorien, wobei die am weitesten verbreitete Theorie die folgende ist:
wenn die Materialbahn auf einen Wickelkern aufgewickelt wird und
die dabei entstehende Wickelrolle allmählich ihren fertigen
Durchmesser erreicht, bewirken die hohen Gewichtskräfte
eine Durchbiegung des Wickelkerns, die letztendlich relative Ver schiebungen
einzelner Materialbahnlagen (Axialverschiebungen) insbesondere in
den Randbereichen gegeneinander bewirkt. Benachbarte Materialbahnlagen gleiten
also aufgrund wirkender Schubspannungen unter Reibung aufeinander,
was letztlich die unerwünschten Glanzstellen mit sich bringt.
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Um
der beim Aufwickeln einer Materialbahn wie insbesondere einer Papier-
oder Kartonbahn auftretenden Randneigung der Walze bzw. Wickelkerns entgegenzuwirken,
ist in der
EP 1 310
445 B1 eine durchbiegungsreduzierte Wickelachse angegeben, die
durch den Einsatz von Rohrhülsen in den Randbereichen des
Tambour-Grundkörpers erhalten wird.
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Zur
Versteifung von Tambouren oder anderen Walzen, deren Durchbiegung
oder Randneigung technologischen Einfluss hat, wurde auch bereits eine
faserverstärkte Ummantelung des betreffenden Walzenkörpers
vorgeschlagen.
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Bei
den bisher üblichen Standardausführungen von Tambouren
wird eine ausreichend hohe Steifigkeit durch entsprechende Durchmesser
und Wandstärken erreicht.
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Zur
Verbesserung bzw. Vergleichmäßigung des Nipabdrucks
von gegeneinander gepressten Walzenpaaren wird meistens die Technik
des sogenannten Bombierens angewandt, das heißt eine je nach
erwarteter Durchbiegung infolge der Belastung der betreffenden Walze
gezielt hergestellte Abweichung von der zylindrischen Walzenform.
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Überdies
werden für anspruchsvolle Anwendungen wie beispielsweise
an Kalandern oder für Anwendungen, die eine große
Bandbreite an Niplast zulassen müssen, Durchbiegungsausgleichswalzen eingesetzt,
die ein feststehendes Joch, eine mit Öldruck beaufschlagte
Innenkammer und einen rotierenden Walzenmantel umfassen, dessen
Verformung durch die äußere Belastung mit Hilfe
des Innendrucks im Wesentlichen kompensiert wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Walze der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die zuvor genannten
Probleme auf einfachere und zuverlässigere Weise beseitigt sind.
Dabei soll insbesondere die Entlastung ausgewählter Zonen,
insbesondere Randzonen der beispielsweise als Tambour eingesetzten
Walze bzw. die Vergleichmäßigung des Nipabdrucks
von beispielsweise Press- oder Kalanderwalzen auf möglichst
einfache und entsprechend kostengünstige Art und Weise
bewerkstelligt werden. Zudem soll insbesondere auch die Möglichkeit
geschaffen werden, dass der betreffende Entlastungseffekt von der
im Betrieb auftretenden Belastung bzw. aufgebrachten Belastung abhängig
ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Walzenmantel zumindest
bereichsweise mit einer äußeren elastischen Materialschicht
versehen ist, deren Nachgiebigkeit sich in Richtung der Walzenachse
betrachtet ausgehend vom Mittenbereich der Walze zu den Randbereichen der
Walze hin ändert.
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Aufgrund
dieser Ausbildung kann den eingangs genannten Problemen wie insbesondere
der Randneigung beim Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere
Papier- oder Kartonbahn, oder beispielsweise eines ungleichmäßigen
Nipabdrucks auf einfachere und entsprechend kostengünstigere
Weise begegnet werden. So kann beispielsweise die Steifigkeit von
Tambourrohren, deren derzeit erforderliche Wandstärke weit über
die Erfordernisse der Festigkeit hinausgehen, deutlich reduziert
werden. Zudem ist ohne weiteres auch die Nachrüstung von bereits
vorhandenen Tambouren möglich. Für Presswalzen
ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass die bisher auf
einen bestimmten Belastungsfall optimierte Bombierung durch die
erfindungsgemäße Lösung mit breitem Anwendungsfenster
ersetzt werden kann.
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Bevorzugt
nimmt die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht ausgehend
vom Mittenbereich der Walze zu den beiden Randbereichen der Walze
hin zu.
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Eine
bevorzugte praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Walze zeichnet sich dadurch aus, dass die elastische Materialschicht
in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Zonen jeweils eine zumindest
im Wesentlichen gleiche Nachgiebigkeit besitzt und sich die Nachgiebigkeit
der elastischen Materialschicht ausgehend von einer mittleren Zone
zu den axial äußeren randseitigen Zonen hin von
Zone zu Zone ändert. Dabei ist es von Vorteil, wenn die
Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht ausgehend von der
mittleren Zone zu den randseitigen Zonen hin von Zone zu Zone zunimmt.
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Im
unbelasteten Zustand kann die Walze insbesondere eine zumindest
im Wesentlichen zylindrische Form besitzen.
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Vorteilhafterweise
ist die unterschiedliche Nachgiebigkeit des Walzenmantels in Abhängigkeit von
der im Betrieb auftretenden Belastung der Walze gewählt,
um insbesondere eine entsprechende Durchbiegung der Walze zumindest
im Wesentlichen zu kompensieren.
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Die
Belastung der Walze im Betrieb kann beispielsweise durch den auf
der Walze bzw. dem Wickelkern oder Tambour aufgebauten Wickel, das
Eigengewicht der Walze und/oder dergleichen bestimmt sein.
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Die
Walze kann also beispielsweise als Wickelkern zum Aufwickeln einer
Materialbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn ausgeführt
sein. Dabei ist bevorzugt die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht
in den beiden Randbereichen der Walze höher als im Mittenbereich
der Walze.
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Die
Walze kann insbesondere auch als Presswalze ausgeführt
sein, um mit einer Gegenfläche einen Pressnip zu bilden.
Dabei ist die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht in
den beiden Randbereichen der Walze vorzugsweise höher als
im Mittenbereich. Bei einer Presswalze ist eine solche Verteilung
der unterschiedlichen Nachgiebigkeit über die Walzenachse
insbesondere dann von Vorteil, wenn die Walze in der betreffenden
Presse unten angeordnet ist.
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Die
Walze kann insbesondere auch als Kalanderwalze ausgeführt
sein.
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Erfindungsgemäß kann
also insbesondere in einzelnen Zonen ausgehend von der Walzenmitte zum
Rand hin elastisches Material mit unterschiedlicher Nachgiebigkeit
auf den Walzenmantel aufgebracht sein. Im unbelasteten Zustand ist
eine zylindrische Form der Walze gegeben. Bei einer entsprechenden
Verteilung der unterschiedlichen Nachgiebigkeiten in Axialrichtung
kann jedoch unter Belastung abhängig von der Größe
der Belastungskraft beispielsweise der Randbereich stärker
komprimiert werden als der Mittenbereich, um damit eine sogenannte
Randneigung zu verringern, was insbesondere im Zusammenhang mit
Wickelkernen oder Tambouren von Vorteil ist, oder eine überhöhte
Randpressung zu vermeiden, was beispielsweise bei Presswalzen oder
Kalanderwalzen von Bedeutung ist.
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Die
oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch
dadurch gelöst, dass der Walzenmantel zumindest bereichsweise
mit einem äußeren Bezug versehen ist, dessen radiale
Dicke sich in Richtung der Walzenachse betrachtet ausgehend vom
Mittenbereich der Walze zu den beiden Randbereichen der Walze hin ändert.
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Bevorzugt
nimmt dabei die Dicke des äußeren Bezuges ausgehend
vom Mittenbereich der Walze zu den beiden Randbereichen der Walze
hin ab.
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Dabei
kann die Dicke des äußeren Bezuges ausgehend vom
Mittenbereich der Walze zu den beiden Randbereichen der Walze hin
insbesondere kontinuierlich abnehmen.
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Mit
dieser alternativen zweiten erfindungsgemäßen
Lösung ist also insbesondere eine keilförmige,
zur Mitte hin abnehmende Freistellung im Randbereich des Walzenbezugs
möglich.
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Mit
dieser zweiten Lösung wird ein ähnlicher Effekt
wie mit der ersten Lösung erzielt.
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Der äußere
Bezug besteht bevorzugt aus zumindest im Wesentlichen nicht kompressiblem
Material.
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Der äußere
Bezug kann direkt auf den Walzenmantel aufgebracht sein.
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In
bestimmten Fällen ist es jedoch auch von Vorteil, wenn
der äußere Bezug mit kompressiblem Material hinterlegt
ist.
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Bevorzugt
ist die mit einem äußeren Bezug unterschiedlicher
Dicke versehene Walze als Wickelkern zum Aufwickeln einer Materialbahn,
insbesondere Papier- oder Kartonbahn ausgeführt. Grundsätzlich
kann es sich bei der Walze jedoch beispielsweise auch wieder um
eine Presswalze oder Kalanderwalze handeln.
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Grundsätzlich
ist auch eine Kombination der beiden erfindungsgemäßen
Lösungsansätze denkbar, indem der Bezug eine unterschiedliche
Dicke und eine variable Kompressibilität jeweils in axialer Richtung
aufweist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert;
in dieser zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines unbelasteten Tambours,
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2 eine
schematische Darstellung des durch die Papierbelastung verformten
Tambours und
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3 eine schematische vergrößerte
Darstellung des linken Randbereichs des in der 2 wiedergegebenen
belasteten Tambours.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine unbelastete Walze 10,
bei der es sich im vorliegenden Fall beispielsweise um einen Wickelkern oder
Tambour zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere Papier-
oder Kartonbahn, handelt.
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Die
Walze 10 umfasst einen an seinen beiden Enden drehbar gelagerten
Mantel 12. Zur drehbaren Lagerung können beispielsweise
an den beiden Stirnseiten der Walze bzw. des Mantels angebrachte
Lagerzapfen 14 vorgesehen sein.
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Der
Walzenmantel 12 ist zumindest bereichsweise mit einer äußeren
elastischen Materialschicht 16 versehen, deren Nachgiebigkeit
sich in Richtung der Walzenachse 18 betrachtet ausgehend vom
Mittenbereich 20 zu den beiden Randbereichen 22 der
Walze 10 hin ändert.
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Dabei
kann die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht 16 ausgehend
vom Mittenbereich 20 der Walze 10 zu den beiden
Randbereichen 22 der Walze 10 hin insbesondere
zunehmen.
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Die
Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht kann sich ausgehend
vom Mittenbereich 20 zu den beiden Randbereichen 22 hin
kontinuierlich ändern, beispielsweise zunehmen.
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Es
ist jedoch insbesondere auch möglich, dass die elastische
Materialschicht 16 in Axialrichtung aufeinanderfolgenden
Zonen jeweils eine zumindest im Wesentlichen gleiche Nachgiebigkeit
besitzt und sich die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht 16 ausgehend
von einer mittleren Zone zu den randseitigen Zonen hin von Zone
zu Zone ändert. Dabei kann die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht 16 ausgehend
von der mittleren Zone zu den randseitigen Zonen hin insbesondere
von Zone zu Zone wieder zunehmen.
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Wie
anhand der 1 zu erkennen ist, besitzt die
Walze 10 im unbelasteten Zustand eine zumindest im Wesentlichen
zylindrische Form.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung die durch die Papierbelastung, das
heißt insbesondere den auf der Walze bzw. Tambour 10 erzeugten
Wickel 24 verformte Walze bzw. Tambour 10. Die
Walze 10 bzw. deren Mantel 12 ist im vorliegenden
Fall also nach unten durchgebogen.
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Die
unterschiedliche Nachgiebigkeit des Walzenmantels 12 kann
nun in Abhängigkeit von dieser im Betrieb auftretenden
Belastung der Walze 10 gewählt sein, um insbesondere
eine entsprechende Durchbiegung der Walze 10 zumindest
im Wesentlichen zu kompensieren.
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Wie
anhand der 2 zu erkennen ist, kann dadurch
erreicht werden, dass trotz der Durchbiegung der Walze 10 bzw.
des Walzenmantels 12 die obere Berührungslinie 26 zwischen
der auf den Mantel 12 aufgebrachten elastischen Materialschicht 16 und
dem Wickel 24 zumindest im Wesentlichen horizontal verläuft.
Der entsprechende Durchbiegungsausgleich erfolgt hier also dadurch,
dass die elasti sche Materialschicht 16 in Axialrichtung 18 unterschiedlich
stark im Wesentlichen radial komprimiert wird.
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Dazu
kann im vorliegenden Fall die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht 16 insbesondere
in den beiden Randbereichen 22 der Walze 10 höher
als im Mittenbereich 20 sein.
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3 zeigt in schematischer vergrößerter Darstellung
den linken Randbereich der in der 2 wiedergegebenen
Walze bzw. Tambours 10.
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Wie
anhand dieser 3 zu erkennen ist, kann
die elastische Materialschicht 16 in Axialrichtung 18 aufeinanderfolgenden
Zonen 28–32 jeweils eine zumindest im
Wesentlichen gleiche Nachgiebigkeit besitzen, wobei sich die Nachgiebigkeit
der elastischen Materialschicht 16 vorzugsweise ausgehend von
einer mittleren Zone 28 zur axial äußeren
randseitigen Zone 32 hin ändert, hier beispielsweise
zunimmt. Wie anhand der 3 zu erkennen
ist, kann zwischen der mittleren Zone 28 und der axial äußeren
randseitigen Zone eine axial innere randseitige Zone 30 vorgesehen
sein.
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In
der 3 sind insbesondere auch die verschiedenen
Lagen 34 der den Wickel 24 bildenden Materialbahn,
insbesondere Papier- oder Kartonbahn, zu erkennen.
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Zudem
sind in dieser Figur die neutrale Achse 18 der unbelasteten
Walze bzw. Tambours 10 und die verformte Achse 36 der
belasteten Walze bzw. Tambours oder Tambourrohres 10 dargestellt.
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Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die axial äußere
randseitige Zone 32 eine relativ hohe, die axial innere
randseitige Zone 30 eine mittlere und die mittlere Zone 28 eine
relativ geringe bzw. die geringste Kompressibilität. Diese
drei Zonen 28 bis 32 werden im vorliegenden Fall
durch den Wickel 24, das heißt insbesondere durch
dessen Gewicht verformt. Dagegen ist im unteren Bereich die entlastete,
unverformte Randzone 38 zu erkennen.
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Im
Folgenden wird ein konkretes Beispiel bzw. eine bevorzugte Ausführungsform
der Walze bzw. des Tambours angegeben.
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Ziel
einer entsprechenden Auslegung könnte zum Beispiel eine
Erhöhung der zulässigen Randneigung eines Tambours
um 1 mm/m sein. Dazu wäre es erforderlich, die Kompressibilität
und Schichtdicke der elastischen Rettung oder Materialschicht so
zu wählen, dass im Randbereich von ca. 500 mm eine Kompression
von zumindest 1–2 mm entsprechend einer Stauchung des elastischen
Materials von zum Beispiel 10 mm Schichtdicke von 10 bis 20% erfolgt. Zur
Walzenmitte hin wird die elastische Rettung zonenweise, vorzugsweise
jeweils 2 bis 3 Zonen im Randbereich, steifer, wodurch die Biegelinie
im Randbereich geglättet wird.
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Die
Kosten für einen Tambour mit derart reduzierter Steifigkeit
liegen um ca. 10–15% niedriger als diejenigen eines vergleichbaren
herkömmlichen Tambours. Die Mehrkosten für eine
erfindungsgemäße Schicht zwischen Grundkörper
und Gummibezug des Tambours sollten jedenfalls geringer als diese
Ersparnis sein.
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Die
Außendurchmesser des Leertambours können gegebenenfalls
auch kleiner ausfallen, was zu einer größeren
Flexibilität bei der Auslegung des betreffenden Maschinenrollers
führt.
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Abgesehen
davon eröffnet sich, wie bereits erwähnt, die
Möglichkeit eines Nachrüstens von bereits vorhandenen,
zu schwach dimensionierten Tambouren.
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Die
Walze 10 kann beispielsweise auch als Presswalze ausgeführt
sein, um mit einer Gegenfläche einen Pressnip zu bilden.
Dabei kann die Nachgiebigkeit der elastischen Materialschicht 16 in
den beiden Randbereichen 22 der Walze 10 insbesondere
wieder höher sein als im Mittenbereich 20 (vgl.
beispielsweise nochmals 1).
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Die
Walze 10 kann beispielsweise auch als Kalanderwalze ausgeführt
sein.
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Die
elastische Materialschicht unterschiedlicher Nachgiebigkeit bzw.
Kompressibilität kann also beispielsweise auch für
einen Durchbiegungsausgleich an Press- und Kalanderwalzen vorgesehen sein.
Je nach Anwendungsfall kann die Schichtdicke, Zonenanzahl und -breite
der zulässigen Neigung der Biegelinie bzw. Wasseroberfläche
variiert werden.
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Bevorzugt
ist insbesondere eine solche Dimensionierung vorgesehen, dass der
Kompressibilitätsunterschied zwischen zwei benachbarten
Zonen nicht zu groß wird, um an der außen aufgebrachten Materialschicht
oder Walzenbezug keine zu großen Biegebeanspruchungen einzuleiten.
Gegebenenfalls kann die Zonenzahl mit jeweils geringem Kompressibilitätsunterschied
erhöht werden, um die Biegewechselspannung im darüberliegenden
Bezug unter das zulässige Niveau zu senken.
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- 10
- Walze,
Tambour
- 12
- Mantel
- 14
- Lagerzapfen
- 16
- Materialschicht
- 18
- Walzenachse,
neutrale Achse, Axialrichtung
- 20
- Mittenbereich
- 22
- Randbereich
- 24
- Wickel
- 26
- Berührungslinie
- 28
- mittlere
Zone
- 30
- axial
innere randseitige Zone
- 32
- axial äußere
randseitige Zone
- 34
- Lage
- 36
- verformte
Achse
- 38
- entlastete,
unverformte Randzone
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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