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Die
Erfindung betrifft eine Rollenwicklersaugwalze mit einem Korpus,
der Saugöffnungen aufweist, die in mindestens einen axialen
Saugkanal münden, wobei der Korpus einen Innenzylinder
aufweist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln einer Materialbahn
mittels einer Rollenwicklersaugwalze mit einem Korpus, der Saugöffnungen
aufweist, die in mindestens einen Saugkanal münden, wobei
der Korpus einen Innenzylinder aufweist.
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Rollenwicklersaugwalzen
werden in Maschinen zur Behandlung, insbesondere zur Erzeugung, Veredelung
und Formatierung, von Materialbahnen eingesetzt. Bei den Materialbahnen
kann es sich beispielsweise, jedoch nicht erschöpfend,
um Bahnen aus Papier, Karton, Kunststofffolie oder Metall handeln.
Die Materialbahnen werden üblicherweise quasi endlos produziert,
unterliegen im Weiteren jedoch meist auch diskreten Behandlungsabschnitten
und verlassen den Produktionsstandort in endlichen Größen.
Die sich bei den unterschiedlichen Behandlungsabschnitten ausbildende
Warenlaufrichtung wird üblicherweise als Längsrichtung
bezeichnet. Materialbahnen werden heute auch in relativ großen Breiten
von beispielsweise über elf Metern hergestellt. Dazu sind
unter anderem auch entsprechend dimensionierte Rollenwicklersaugwalzen
nötig. Zur Vermeidung von Missverständnissen bezeichnet man
die Ausdehnung der Längsachse einer zur Behandlung einer
Materialbahn verwendeten Walze als deren Breite. Im Folgenden wird
die Erfindung beispielhaft im Zusammenhang mit der Behandlung einer
Papierbahn beschrieben. Rollenwicklersaugwalzen werden hier beispielsweise
bei Rollenschneidmaschinen mit Wechselautomatik zum Halten der Bahn
beim Rollenwechsel eingesetzt. Es sind aber auch Einsatzfelder im
und an papiererzeugenden – und papierveredelnden Maschinen
denkbar, sogar bei der Entwässerung sich bildender Papierbahnen. In
der Regel werden Rollenwicklersaugwalzen als Stahlwalzen ausgebildet,
die Saugöffnungen aufweisen, die mit dem Inneren der Rollenwicklersaugwalze in
Verbindung stehen. Im Walzeninneren ist ein Unterdruck erzeugbar.
Dafür wird üblicherweise das Walzeninnere mit
einem Luftsaugsystem verbunden.
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Rollenwicklersaugwalzen
werden, wie oben beschrieben, auch in relativ großen Breiten
von beispielsweise bis über elf Metern hergestellt. Dabei
bewegen sich die Außendurchmesser solcher Walzen beispielsweise
zwischen 350 mm und 1800 mm. Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten
und entsprechend hohen Drehzahlen der Rollenwicklersaugwalze treten
Schwingungen auf. Bereits bei einer halbkritischen Geschwindigkeit,
die etwa der halben Resonanzdrehzahl der Rollenwicklersaugwalze
entspricht, kommt es zu starken Verformungen des Walzenmantels.
Diese Verformungen werden auch als S2-Schlag oder F2-Schlag bezeichnet.
Grund dafür sind unterschiedliche Steifigkeiten der Walze
in radialer Richtung, Dichteschwankungen und Schwankungen der Wanddicke
des Walzenmantels.
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Das
Auftreten eines S2-Schlags kann beispielsweise durch eine Fertigung
mit geringen Toleranzen vermindert werden. Allerdings ist eine derartig
genaue Fertigung sehr kostenintensiv und daher wenig praktikabel.
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Die
Resonanzdrehzahl einer Walze hängt neben der Steifigkeit
auch von der Dichte und dem E-Modul des verwendeten Materials der
Walze ab. Eine Erhöhung der Steifigkeit der Walze führt
dabei zu einer Erhöhung der Resonanzdrehzahl und damit zu
einer höheren halbkritischen Geschwindigkeit, die dadurch
möglicherweise oberhalb der Betriebsgeschwindigkeit liegt.
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Zur
Erhöhung der Steifigkeit stehen vorwiegend formgestalterische
Mittel zur Wahl, deren wesentliche Parameter jedoch von den Anforderungen der
zu behandelnden Materialbahn und den konstruktiven Rahmenbedingungen
vorgegeben sind. Diese stehen dem Wunsch nach einer hohen Produktivität
meist entgegen.
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Der
Erfindung liegt vorrichtungsgemäß daher die Aufgabe
zugrunde, eine Rollenwicklersaugwalze mit einer hohen Resonanzdrehzahl
bereit zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe bei einer Rollenwicklersaugwalze der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, dass der Innenzylinder auf seiner äußeren
Umfangsfläche eine Beschichtung aufweist, wobei der Saugkanal
und die Saugöffnung in der Beschichtung angeordnet sind.
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In
der Mantelfläche des Innenzylinders sind keinerlei Verformungen
nötig. Der Innenzylinder kann daher sehr steif ausgebildet
sein. Dabei kann die Masse des Innenzylinders relativ gering gehalten werden,
was unter anderem einen geringeren Antriebsaufwand nach sich zieht.
Durch die Ausbildung des Innenzylinders als glattwandiger Zylinder
wird die Steifigkeit erhöht und damit die Resonanzdrehzahl
der Rollenwicklersaugwalze ebenfalls erhöht. Dies ist durch
die Anordnung des Saugkanals und der Saugöffnungen in der
Beschichtung möglich, wobei der Saugkanal beispielsweise
in axialer Richtung verläuft. Neben der Erhöhung
der Resonanzdrehzahl und damit der halbkritischen Drehzahl, bei
der ein S2-Schlag auftreten kann, werden somit auch mögliche
Auswirkungen eines S2-Schlags verringert.
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In
einer bevorzugten Ausführung weist der Innenzylinder einen
Werkstoff auf, dessen Quotient aus E-Modul und Dichte größer/gleich
Dreißigtausend, insbesondere größer/gleich
Fünfundvierzigtausend, ganz insbesondere größer/gleich
Achtzigtausend ist. Dabei wird der E-Modul in Newton pro Quadratmillimeter
(N/mm2) und die Dichte in Gramm pro Kubikcentimeter
(g/cm3) gemessen. In einer ganz besonders
bevorzugten Ausführung besteht der Innenzylinder aus einem
solchen Werkstoff.
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Demnach
ist in besonders bevorzugter Ausführung der Quotient aus
E-Modul und Dichte des Innenzylinders größer/gleich
Dreißigtausend, insbesondere größer/gleich
Fünfundvierzigtausend, ganz insbesondere größer/gleich
Achtzigtausend ist, wobei der Innenzylinder vorzugsweise aus einem
homogenen Werkstoff oder einer homogenen Werkstofflegierung besteht.
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Hohe
Drehzahlen sind zur Erreichung einer hohen Produktionsgeschwindigkeit
und damit eines rentablen Herstellungsprozesses unabdingbar, da sich
die Produktionsgeschwindigkeit der zu behandelnden Materialbahn
aus Walzenaussendurchmesser und Drehzahl ergibt und der bei der
Konstruktion festzulegende Walzenaussendurchmesser, wie oben bereits
erwähnt, meist durch Anforderungen der zu behandelnden
Materialbahn, beziehungsweise eines sich aus der Materialbahn bildenden
Wickels, in engen Bereichen vorgegeben ist. Ein Innenzylinder, der einen
Werkstoff nach obigen Vorgaben aufweist, oder bevorzugt aus einem
solchen Werkstoff besteht, bildet erst bei sehr hohen Drehzahlen
ein resonanzkritisches Verhalten aus. Die für die heute
erwünschten Produktionsgeschwindigkeiten benötigten
Drehzahlen liegen daher, möglicherweise deutlich, unter der
halbkritischen Drehzahl eines Rotationskörpers mit derart
ausgebildetem Innenzylinder.
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Dabei
ist mit Vorteil dafür gesorgt, dass der Innenzylinder einen
Faserverbundwerkstoff, bevorzugt einen faserverstärkten
Kunststoff oder Keramikwerkstoff, ganz besonders bevorzugt einen
kohlefaserverstärkten Kunststoff oder Keramikwerkstoff
aufweist, insbesondere aus einem solchen Werkstöff besteht.
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Die
Festigkeit und Steifigkeit eines Faserverbundstoffs ist in Faserrichtung
wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Ein Faserverbundwerkstoff ist
ein aus im allgemeinen zwei Hauptkomponenten bestehender Mehrphasen-
oder Mischwerkstoff, wobei die eine Komponente als bettende Matrix
und die andere Komponente als verstärkende Faser fungiert. Durch
gegenseitige Wechselwirkungen erhält dieser Werkstoff dann
höherwertige Eigenschaften als jede der beiden einzeln
beteiligten Komponenten. Von besonderer Bedeutung im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung sind hier faserverstärkte
Kunststoffe, ganz im Besonderen kohlefaserverstärkte oder
aramidfaserverstärkte Kunststoffe, aber auch faserverstärkte
Keramikwerkstoffe. Diese weisen neben hohen Festigkeiten, geringe
Dichten und in Faserrichtung sehr hohe E-Module auf. In diesem Zusammenhang
ist es von äußerstem Vorteil, wenn die verstärkenden
Fasern orientiert in die Matrix eingebracht sind. Dazu kann die
Gestaltung der Rollenwicklersaugwalze auf eine Simulation eines
möglichen Belastungsverlaufs im späteren Einsatz
gestützt sein.
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Der
Innenzylinder einer erfindungsgemäßen Rollenwicklersaugwalze
erzielt somit bei einer relativ geringen Masse sehr gute Festigkeits-
und Steifigkeitseigenschaften. Durch die Verwendung eines faserverstärkten
Kunststoffs für den Innenzylinder erhöht sich
die Resonanzdrehzahl deutlich. Beispielsweise kann die Resonanzdrehzahl
eines ansonsten identischen Rotationskörpers um mehr als
80%, gegenüber einem Rotationskörper aus Stahl,
erhöht werden, wenn er aus kohlestoffverstärktem
Kunststoff hergestellt ist. Dadurch kann auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten
sichergestellt werden, dass die Drehzahl der Rollenwicklersaugwalze unterhalb
ihrer halbkritischen Drehzahl liegt, bei der ein S2-Schlag auftreten
kann. Durch die Anordnung des Saugkanals und der Saugöffnungen
in der Beschichtung ist es dabei nicht erforderlich, die Fasern im
faserverstärkten Kunststoff zu beschädigen. Vielmehr
wird der Innenzylinder derart hergestellt, dass keine Beschädigung
der Fasern erfolgt. Damit kann der Innenzylinder eine sehr hohe
Festigkeit und Steifigkeit aufweisen.
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Vorteilhafterweise
ist der Innenzylinder als Hohlzylinder ausgebildet.
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Der
Innenzylinder kann so mit einer relativ geringen Gesamtmasse ausgebildet
sein, ohne dass eine wesentliche Verringerung der Steifigkeit zu
erwarten ist. Neben einer daraus resultierenden, weiter verringerten
Anfälligkeit, resonante Schwingungen zu erzeugen, benötigt
ein Rotor geringerer Gesamtmasse auch eine geringere Antriebsleistung.
Dies spiegelt sich schließlich auch in Energie- und damit
in Betriebskosten wieder.
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Mit
Vorteil weist die Beschichtung eine Ringstärke von 1 mm
bis 60 mm, insbesondere von 2 mm bis 30 mm, ganz insbesondere von
3 bis 8 mm aufweist.
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Unter
der Ringstärke ist die Wandstärke eines Ring-
oder zylinderförmigen Körpers zu verstehen.
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Eine
derartige Dimensionierung der Beschichtung bildet einen sehr guten
Kompromiss, da es einerseits von Vorteil ist, wenn möglichst
wenig Volumen der Rollenwicklersaugwalze der zu schwächenden
Beschichtung zugewiesen ist, durch die andererseits zur Beherbergung
des mindestens einen Saugkanals, der Saugöffnungen und
etwaiger anderer Elemente ein gewisser Bauraum ausbildbar sein muss.
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Vorzugsweise
weist die Beschichtung einen metallischen Werkstoff oder einen druckfesten Kunststoff
auf. Ganz besonders vorzugsweise besteht die Beschichtung aus einem
metallischen Werkstoff oder einem druckfesten Kunststoff.
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Kunststoff
ist relativ leicht bearbeitbar, so dass die Saugöffnungen
und der Saugkanal relativ einfach in die Beschichtung eingebracht
werden können. Dabei kann die Beschichtung einen faserverstärkten
Kunststoff, insbesondere einen glasfaserverstärkten Kunststoff
aufweisen, insbesondere dann, wenn die Beschichtung nicht oder nur
unwesentlich nachbearbeitet wird. Ein faserverstärkter Kunststoff
weist eine relativ hohe Festigkeit und auch eine hohe Druckfestigkeit
auf, wobei er gleichzeitig in den gewünschten Formen herstellbar
ist. Dabei ist eine relativ feste Verbindung zwischen der Beschichtung
und dem ebenfalls Kunststoff aufweisenden Zylinder möglich.
Besonders bevorzugt ist zur Ausbildung der Beschichtung jedoch ein
druckfester Kunststoff, mit im Raum weitgehend homogen verteilten
Eigenschaften. Beispielhaft, jedoch nicht erschöpfend, seien
hier Polyamid, Polyester, Polybutylenterephthalat, Polycarbonat,
Polysulfon, Polyethersulfon und Polyphenylsulfon oder deren Mischformen
genannt. Ebenso kann es von Vorteil sein, für die Beschichtung
einen metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium oder ein
anderes Leichtmetall, oder auch Stahl, vorzusehen. Durch eine metallische
Beschichtung ist eine besonders harte und glatte Oberfläche ausbildbar.
Auch ist dann eine thermische Einwirkung auf die zu behandelnde
Materialbahn gut umsetzbar.
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Dabei
ist besonders bevorzugt, dass die Beschichtung auf den Innenzylinder
aufgedampft, aufgeschrumpft, aufgeschäumt, aufgewickelt
oder aufgespritzt ist.
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Alle
Verfahren ermöglichen eine kostengünstige Aufbringung
der Beschichtung, wobei im Einzelfall zu unterscheiden ist, mit
welchem Herstellungsverfahren der Innenzylinder und die aufzubringende Beschichtung
besonders gut verbindbar sind. Aufgedampfte Beschichtungen sind
meist eher von geringerer Ringstärke, diffundieren jedoch
gut in die Oberfläche des Trägermaterials, hier
Innenzylinder, und ergeben im Allgemeinen hoch glatte Oberflächen,
die keiner weiteren Behandlung bedürfen. Aufgeschrumpfte
Beschichtungen können einen besonders festen Halt auf dem
Innenzylinder ergeben und definierte Radialspannungen im Innenzylinder
erzeugen. Metallische Beschichtungen in den genannten Ringstärken
können durch Aufschrumpfen sehr wirtschaftlich aufgebracht
werden. Dagegen können andere Verfahren ideale Grundflächen
für einen aufzubringenden Mantel bieten. Der Saugkanal
und die Saugöffnungen können beispielsweise in
die Beschichtung eingefräst werden. Es ist auch denkbar, dass
die Saugöffnungen und der Saugkanal durch Kerne gebildet
werden, die nach Fertigstellung der Beschichtung entfernt werden.
Auch eine Mischung der genannten Verfahren ist denkbar. Insgesamt
wird es dadurch möglich, relativ kostengünstig
die Rollenwicklersaugwalze mit mindestens einem Saugkanal und Saugöffnungen
zu versehen.
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Bevorzugterweise
sind in die Beschichtung Funktionselemente eingebracht, mittels
derer eine, vorzugsweise stufenlose, Querschnittsänderung
im Saugbereich, vorzugsweise steuer- oder regelbar, einstellbar
ist.
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Somit
ist es möglich, den Volumenstrom des zum Ansaugen der zu
behandelnden Materialbahn in Bewegung zu versetzenden Fluids, an
die individuellen Anforderungen der Materialbahn anpassbar zu gestalten.
Beispielsweise kann eine schwere Materialbahn, beispielsweise eine
Kartonbahn, einen höheren Volumenstrom benötigen,
als eine leichtere Materialbahn, beispielsweise ein Feinpapier,
möglicherweise vertragen kann.
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Vorteilhafterweise
ist die Beschichtung mindestens zweischichtig aufgebaut.
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Eine
mehrschichtig aufgebaute Beschichtung ist in besonders guter Weise
geeignet, verschiedenartige Aufgaben zu erfüllen. Beispielsweise
ist es denkbar, dass eine erste Teilschicht das Material des Innenzylinders
gegen Umgebungseinflüsse abschirmt, und beispielsweise
aus aufgedampftem Metall bestehen. Die zweite Teilschicht weist
dann beispielsweise eine vergleichsweise wesentlich größere Ringstärke
auf, beispielsweise zwischen 4 mm und 25 mm und dient als Behausung
des mindestens einen Saugkanals und einer definierten Anzahl von Saugöffnungen.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass die Beschichtung mit einem Mantel umgeben ist,
der Durchgangsöffnungen aufweist, die mit den Saugöffnungen
verbunden sind.
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Die
Beschichtung kommt dann nicht mit der aufzuwickelnden Bahn in Berührung.
Es stehen damit sehr viele Materialien für die Beschichtung
zur Auswahl. Der Mantel kann dabei gleichzeitig zur Abdichtung des
mindestens einen Saugkanals dienen, so dass dieser in der Beschichtung
an seiner radialen Außenseite offen ausgebildet werden
kann, was eine einfache Fertigung beispielsweise durch Fräsen
ermöglicht. Der Mantel sorgt gleichzeitig dafür,
dass sich die Saugöffnungen beim Wickeln einer Papierrolle
nicht negativ auswirken.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein Teil der Durchgangsöffnungen und/oder
der Saugöffnungen mindestens teilweise abdeckbar.
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Eine
Abdeckung verhindert, dass sich die Saugöffnungen beim
Wickeln einer Papierrolle negativ auswirken. Die Abdeckungen können
dabei luftdurchlässig ausgebildet sein. Es ist aber auch
denkbar, die Abdeckungen elastisch auszubilden, so dass sich beim
Anlegen eines Unterdrucks Vertiefungen ausbilden und bei Normaldruck
eine glatte Oberfläche der Beschichtung erhalten wird.
Ein derartiges Prinzip ist beispielsweise in
WO 00/26130 beschrieben.
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Dabei
ist besonders bevorzugt, dass der Mantel einen Funktionsbelag ausbildet
oder aufweist.
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Die
Rollenwicklersaugwalze kann durch den Funktionsbelag dann einfach
an die jeweiligen Anforderungen, insbesondere an die Papierqualität,
angepasst werden.
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Verfahrensgemäß liegt
der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Materialbahn mittels einer Rollenwicklersaugwalze
unter hohen Drehzahlen zu behandeln.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass zumindest ein Teil des Weges des zum Ansaugen der zu behandelnden
Materialbahn in Bewegung versetzten Fluids, insbesondere Umgebungsluft,
durch in einer Beschichtung angeordneten mindestens eine Saugöffnung
und mindestens einen Saugkanal gebildet wird.
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Die
zu behandelnde Materialbahn kann damit auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten weitgehend
gefahrlos behandelt werden, da ein Auftreten von S2- oder F2-Schlag
weitestgehend ausgeschlossen werden kann. Somit ist auch die Gefahr von
Wickelfehlern, die während des Wickelprozesses auftreten
können bei weitem geringer. Schließlich wird auch
die gesamte Maschine im Wickelprozess weniger belastet. Dabei kann
sich im Betrieb ein besonders guter Fluidstrom ausbilden, da der
innerhalb der Beschichtung zurückzulegende Weg besonders strömungsgerecht
gestalten sein kann, weil in diesem Bereich nicht auf Festigkeits-
oder Steifigkeitsforderungen eingegangen werden muss. Insbesondere
kann sich eine gerichtete Strömung besonders gut ausbilden.
Damit reduziert sich der aufzubringende Energiebedarf erheblich
und die Papierbahn legt sich im Prozess wiederholgenau an die Rollenwicklersaugwalze
an. Sich im und um den Saugweg, insbesondere Saugöffnungen
und den mindestens einen Saugkanal, bildende Turbulenzlöcher
können weitgehend vermieden oder im Betrieb, ausgeregelt werden,
ohne die nötige Ansaugkraft zu unterschreiten. Dazu kann
beispielsweise auch die Leistung des Saugagreggats angepasst werden.
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Vorteilhafterweise
wird dabei eine laufruhige Betriebsweise durch den Innenzylinder
unterstützt, der einen Werkstoff aufweist, insbesondere
aus einem Werkstoff besteht, dessen Quotient aus E-Modul und Dichte
größer/gleich Dreißigtausend, insbesondere
größer/gleich Fünfundvierzigtausend,
ganz insbesondere größer/gleich Achtzigtausend
ist.
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Während
des Wickelprozesses kann die Verwendung eines derartigen Innenzylinders
erheblich zu einer ruhigen Betriebsweise auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten
beitragen. Zum einen liegt die Drehzahl der Rollenwicklersaugwalze
dann immer noch unterhalb ihrer halbkritischen Drehzahl bei der
ein S2-Schlag auftreten kann, zum anderen haben derartige Innenzylinder
schwingungsdämpfende Eigenschaften und reagieren so selbständig auf
die momentan herrschenden Betriebsbedingungen. Dies ist besonders
wichtig, da die Prozessanforderungen, die sich aus dem Qualitätsbestreben
eines guten Wickelergebnis ableiten, eine ruhige Betriebsweise voraussetzen.
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Es
ist von Vorteil, wenn die Materialbahn während Ihrer Behandlung
mit einem, oberhalb der Beschichtung angeordneten Mantel in Kontakt
tritt, der insbesondere einen Funktionsbelag ausbildet oder aufweist.
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Auf
diese Weise kann eine Papierbahn ihren individuellen Anforderungen
entsprechend ideal behandelt werden. Auch läßt
sich eine verschlissene oder beschädigte Kontaktfläche
leicht ersetzen. Dazu kann man den Mantel bei Stillstand einfach wechseln.
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Ferner
ist es von Vorteil, wenn über, in der Beschichtung angeordnete
Funktionselemente eine, vorzugsweise stufenlose, Querschnittsänderung
im Saugbereich, vorzugsweise gesteuert oder geregelt, vorzugsweise
während des laufenden Betriebes, eingestellt wird.
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Auf
diese Weise läßt sich der Volumenstrom des angesaugten
Fluides besonders gut den Anforderungen, die sich aus der zu behandelnden
Papierbahn oder auch aus Umgebungseinflüssen ergeben auch
während des Betriebes anpassen. Beispielsweise kann es
von Vorteil sein, die Papierbahn zunächst heftig anzusaugen
und dann den Fluidstrom herabzusetzen, oder die Papierbahn nur unter
geringem Saugdruck anzulegen und beispielsweise mit steigender Drehzahl
durch Erhöhung des Saugdrucks stärker zu binden.
Auch kann eine zeitweilige Abschaltung des im Inneren der Rollenwicklersaugwalze
anliegenden Unterdrucks fallweise sinnvoll sein.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Hierin zeigen in
schematischer Ansicht:
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1 einen
Längsschnitt durch eine Rollenwicklersaugwalze und
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2 einen
Querschnitt durch eine Rollenwicklersaugwalze.
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3 einen
Längsschnitt durch eine Rollenwicklersaugwalze, mit in
der Beschichtung lokalisierten Funktionselementen; dazugehörige
Draufsicht in selber Figur
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In 1 ist
ein Längsschnitt einer Rollenwicklersaugwalze 1 im
Ausschnitt dargestellt. Die Rollenwicklersaugwalze 1 weist
einen Korpus 2 mit einem Innenzylinder 3 auf,
wobei der Innenzylinder 3 mit einer Beschichtung 4 mit
einem Mantel 5 umgeben ist.
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Der
Innenzylinder 3 ist als Hohlzylinder ausgebildet und weist
einen kohlefaserverstärkten Kunststoff auf. An den Stirnseiten
ist der Innenzylinder 3 mit Abdeckscheiben 6 verschlossen.
Die Abdeckscheiben 6 weisen Walzenzapfen 7 auf,
mit denen die Rollenwicklersaugwalze 1 drehbar lagerbar ist.
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Die
Beschichtung 4 weist einen druckfesten Kunststoff auf.
In der Beschichtung 4 ist ein Saugkanal 8 dargestellt,
der mit einer Saugöffnung 9 verbunden ist. Auch
wenn in dieser Darstellung nur eine einzige Saugöffnung 9 dargestellt
ist, weist die Rollenwicklersaugwalze 1 eine Vielzahl von
Saugöffnungen 9 auf, die gleichmäßig über
den Umfang der Rollenwicklersaugwalze 1 verteilt sind.
Dabei sind in der Regel mehrere Saugkanäle 8 vorgesehen,
die parallel zueinander axial verlaufen und gleichmäßig über den
Umfang der Rollenwicklersaugwalze 1 verteilt sind.
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Bei
diesem Beispiel ist die Beschichtung 4 auf den Innenzylinder 4 aufgewickelt.
Der Saugkanal 8 ist dabei dadurch hergestellt worden, dass
beim Aufwickeln der Beschichtung 4 ein Kern eingewickelt wurde,
der anschließend entfernt worden ist. Die Saugöffnung 9 wurde
schließlich eingefräst.
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Der
Saugkanal 8 ist über einen Ringraum 10 in
der Abdeckscheibe 6 mit einem Anschlusskanal 11 verbunden,
der durch den Walzenzapfen 7 und die Abdeckscheibe 6 geführt
ist. Der Anschlusskanal 11 dient zum Anschluss eines Luftansaugsystems.
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Der
Mantel 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als
Funktionsbelag mit Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13 ausgebildet.
Es ist aber genauso denkbar, den Mantel 5 mit einer endlich
glatten Oberfläche auszubilden.
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Der
Mantel 5 deckt die Saugöffnungen 9 ab, wobei
jedoch im Bereich der Saugöffnungen 9 Durchgangsöffnungen 14 im
Mantel 5 vorgesehen sind. Ein Unterdruck, der am Saugkanal 8 angelegt
wird, wirkt dann über die Saugöffnung 9 und
die Durchgangsöffnung 14 auf eine Papierbahn,
die am Mantel 5 anliegt. Die Anzahl und Lage der Durchgangsöffnungen 14 entspricht
dabei der Anzahl und Lage der Saugöffnungen 9.
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Bei
einem Funktionsbelag mit Erhöhungen 12 und Vertiefungen 13,
wie dargestellt, ist es günstig, dass die Durchgangsöffnung 14 im
Bereich der Erhöhungen 12 angeordnet sind, um
eine Anlage der Papierbahn im Bereich der Durchgangsöffnungen 14 sicherzustellen.
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In 2 ist
ein Querschnitt der Rollenwicklersaugwalze dargestellt. Gleiche
Elemente sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
Der Innenzylinder 3 ist bei diesem Beispiel als Kern, also
als Vollzylinder, hergestellt. Gestrichelt dargestellt ist eine
Ausbildung des Innenzylinders 3 als Hohlzylinder. Der Mantel 5 weist
in diesem Beispiel eine glatte Oberfläche auf. 2 dient
dabei nur als Veranschaulichung und ist nicht maßstabsgetreu.
Vor allem die Dickenverhältnisse des Mantels 5 zur
Beschichtung 4 und zum Durchmesser des Innenzylinders 3 sind
nicht maßstabsgetreu.
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In 3 ist
abermals ein Längsschnitt dargestellt, der eine bevorzugte
Ausführung mit regelbaren Funktionselementen 15 vorsieht,
die bewegbar angeordnet sind und mittels derer der durch Durchgangsöffnung 14 und
Saugöffnung 9 vorgegebene Strömungsquerschnitt änderbar
ist. Die Funktionselemente 15 sind beispielsweise elektrisch,
elektromagnetisch oder auch pneumatisch antreibbar. Als Funktionsfläche
dient dabei der jeweilige Rand der in der dazugehörigen
Draufsicht erkennbaren und gestrichelt gezeichneten Öffnungen 15a im
jeweiligen Funktionselement 15. Ferner ist in dieser Figur
eine mehrschichtige Beschichtung 4 vorgesehen, die aus einer
ersten Einzelschicht 4a und der eigentlichen Beschichtung 4 besteht.
Die erste Einzelschicht 4a besteht aus Metall und kann
eine Ringstärke von deutlich unter einem Millimeter aufweisen.
Sie ist im vorliegenden Beispiel aufgedampft worden und dient der
Versiegelung des Innenzylinders 3. Dadurch wird beispielsweise
eine mögliche Wasseraufnahme des den Innenzylinder 3 bildenden
Werkstoffs gehemmt oder sogar ausgeschlossen.
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Von
den dargestellten Ausführungsformen kann in vielfacher
Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung
zu verlassen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung der Rollenwicklersaugwalze
mit einem glattwandigen Innenzylinder aus einem kohlefaserverstärkten
Kunststoff, wobei die Saugöffnungen und mindestens ein Saugkanal
in einer Beschichtung aus glasfaserverstärktem Kunststoff
ausgebildet sind, ist die Resonanzfrequenz der Rollenwicklersaugwalze
deutlich erhöht. Dadurch liegt die halbkritische Drehzahl,
bei der ein S2-Schlag auftreten kann, oberhalb einer gewünschten
Betriebsgeschwindigkeit. Durch die Anordnung der Saugöffnungen
und des Saugkanals in der Beschichtung wird dabei eine Faserschwächung durch
mechanische Verarbeitung des Innenzylinders verhindert, so dass
eine Rollenwicklersaugwalze mit sehr hoher Steifigkeit erhalten
wird. Ohne eine Veränderung der äußeren
Geometrie gegenüber herkömmlichen Rollenwicklersaugwalzen
ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
möglich, kostengünstig Rollenwicklersaugwalzen
für breite Maschinenbreiten herzustellen, wobei die halbkritische Drehzahl
der Rollenwicklersaugwalzen deutlich oberhalb der gewünschten
Betriebsgeschwindigkeit liegt. Dadurch ist ein sicherer Betrieb
der Rollenwicklersaugwalzen gewährleistet.
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- 1
- Rollenwicklersaugwalze
- 2
- Korpus
- 3
- Innenzylinder
- 4
- Beschichtung
- 4a
- Einzelschicht
der Beschichtung (Teilschicht)
- 5
- Mantel
- 6
- Abdeckscheiben
- 7
- Walzenzapfen
- 8
- Saugkanal
- 9
- Saugöffnungen
- 10
- Ringraum
- 11
- Anschlusskanal
- 12
- Erhöhungen
- 13
- Vertiefungen
- 14
- Durchgangsöffnungen
- 15
- Funktionselement
- 15a
- Öffnungsrand
im Funktionselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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