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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wickeln von mindestens einer
Rolle in einer Rollenwickelvorrichtung mit einer auf eine Wickelrollenanordnung
auflegbaren Auflagewalze, die in Axialrichtung in mehrere Abschnitte
unterteilt ist, wobei die einzelnen Abschnitte unter Ausbildung
einer Druckrichtung auf die mindestens eine zu wickelnde Rolle einwirken.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Rollenwickelvorrichtung mit einer
auf einer Wickelrollenanordnung auflegbaren Auflagewalze, die in
Axialrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt ist, deren Mittelpunkte
auf einer gemeinsamen Ursprungsebene angeordnet sind, die auch durch
den Mittelpunkt der mindestens einen zu wickelnden Rolle, insbesondere
deren Wickelkern verläuft.
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Die
Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit der Behandlung einer
Papierbahn erläutert.
Sie ist jedoch auch bei anderen Bahnen entsprechend anwendbar, die ähnlich zu
handhaben sind. Dabei handelt es sich beispielsweise, jedoch nicht
erschöpfend,
um Bahnen aus Karton, Kunststoff- oder Metallfolien.
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Papierbahnen
werden in relativ großen
Breiten von bis zu über
11 m in einer Papiermaschine produziert. Die Produktion erfolgt
quasi endlos. Dabei definiert die Warenlaufrichtung der Papiermaschine für alle in
der Papierfabrik befindlichen Maschinen und Einrichtungen die Längs- und
in horizontaler Ebene senkrecht dazu die Querrichtung. Zur Vereinfachung
der vorliegenden Schrift wird im Weiteren an geeigneten Stellen
die Längsrichtung
X-Richtung, die Querrichtung als Y-Richtung und die auf einer durch diese
beiden Richtungen aufgespannten Ebene senkrecht stehende Höhenrichtung
als Z-Richtung bezeichnet. Am Ende der Papiermaschine wird die erzeugte
Papierbahn in voller Breite auf einen Wickelkern aufgewickelt. Dieser
Wickelkern wird zyklisch, in aller Regel bei laufender Produktion,
ersetzt. Der auf diese Weise entstehende, bahnbreite Wickel wird üblicherweise
als Mutterrolle bezeichnet. Um für
einen späteren
Verwender, beispielsweise eine Druckerei, handhabbar zu sein, muss
die, auf einer Mutterrolle gewickelte, Papierbahn in mehrere, parallel
verlaufende Teilbahnen geschnitten werden, deren Breiten für den jeweiligen
späteren
Verwender geeignet ist. Diese Breiten können fallweise stark variieren,
sodass die Aufteilung der Papierbahn üblicherweise nach einem individuell
definierbaren Schnittmuster vorgenommen wird. Die Teilbahnen werden
dann zu so genannten Teilbahn- oder Fertigrollen aufgewickelt und
gemeinsam als sogenannter Rollenwurf ausgegeben. Das Schnittmuster
ist von Rollenwurf zu Rollenwurf änderbar. Das Längsschneiden
und Aufwickeln erfolgt zweckmäßigerweise
in einer einzigen Maschine, der sogenannten Rollenschneidmaschine,
die für
die Zwecke der vorliegenden Anmeldung allgemein als Rollenwickelvorrichtung
bezeichnet wird, da beispielsweise bei dem reinen Umrollen einer
Mutterrolle, ohne Formatänderungen
mindestens ein Teil der möglichen
Wickelprobleme auftreten kann. Im Wesentlichen besteht eine solche
Rollenwickelvorrichtung aus einer Abrolleinrichtung, einer Schneidpartie
und einer Aufrolleinrichtung, wobei die Schneidpartie eine entsprechend
der möglichen
Teilungen angepassten Anzahl von meist scheibenförmig ausgebildeten Schneiden
aufweist.
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Bei
der Ausgestaltung einer Rollenwickelvorrichtung unterscheidet der
Fachmann zwischen zwei grundsätzlichen
Bautypen, nämlich
dem Tragwalzenroller und dem Stützwalzenroller.
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Kennzeichnend
für den
Tragwalzenroller-Typ ist eine Aufrolleinrichtung, bei der der gesamte
Rollenwurf in einem Wickelbett, das aus zwei Tragwalzen besteht,
auf Wickelhülsen
aufgewickelt wird. Die Wickelhülsen
des Rollenwurfes können
achslos durch Spann- beziehungsweise
Führungsköpfe oder, in
selteneren Fällen,
durch in die Wickelhülsen
eingeführte
Wickelwellen gehalten werden. Die Rollen werden gemeinsam, als kompletter
Wurf, aufgewickelt. In der Regel geschieht dies mittels einer Umfangswicklung,
wozu mindestens eine der beiden Tragwalzen antreibbar ist. Wird
eine Wickelwelle verwendet kann auch eine Zentrumswicklung oder
eine Kombination von beidem stattfinden.
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In
einer für
den Stützwalzenroller-Typ
kennzeichnenden Aufrolleinrichtung wird jede einzelne zu wickelnde
Rolle in einer eigenen Wickelstation gewickelt. Die Rollen stützen sich
während
des Wickelvorgangs auf einer Stützwalze
ab. Je nach Bauart werden ein bis zwei Stützwalzen und fallweise zusätzliche
Stützrollen
verwendet. Die Teilbahn- beziehungsweise
Fertigrollen werden in ihren Wickelstationen auf Wickelhülsen gewickelt,
die jeweils von einem eingeführten
Paar Spann- beziehungsweise Führungsköpfen gehalten
werden. Die Rollen werden entweder über diese Spann- beziehungsweise Führungsköpfe mit
Zentrumswicklung oder über
die mindestens eine Stützwalze
mit Umfangswicklung oder kombiniert angetrieben.
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Beide
Maschinentypen verwenden im Allgemeinen zusätzliche Andruckwalzen, die
im Anfangsstadium jeder Wicklung für ein gewünschtes Maß an Wickelhärte sorgen.
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Die
Typenfestlegung der zu verwendenden Rollenwickelvorrichtungen ist
in der Regel von der herzustellenden Papiersorte und der gewünschten Wickelqualität abhängig. Unabhängig davon
steht der Betreiber einer Papierfabrik einer anderen, grundsätzlichen
Problematik gegenüber:
Zur
Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit
und zur Erreichung einer hohen Produktivität ist man bestrebt, hohe Produktionsgeschwindigkeiten
zu erreichen. Dabei haben sich alle in der Produktionskette einer Papierfabrik
befindlichen Einrichtungen beziehungsweise Maschinen an der durch
die Papiermaschine vorgegebenen Produktionsgeschwindigkeit zu orientieren.
Da eine Papiermaschine, einmal von Störungsfällen abgesehen, kontinuierlich
arbeitet, ist es für
eine diskontinuierlich arbeitende Rollenwickelvorrichtung schwierig,
der vorgelegten Geschwindigkeit zu folgen, da Rüst-, Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten
entsprechend der Aufgabe der Formatreduzierung relativ häufig anfallen
und deshalb nur durch deutlich höhere
Produktionsgeschwindigkeiten auszugleichen sind.
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Solche
hohen Anforderungen an die Wickelgeschwindigkeiten birgen jedoch
ein hohes Gefährdungspotential
auf Grund auftretender Schwingungen.
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Der
zu erzeugende Wickel nimmt kaum eine ideale runde Form an. Kleine
Wickelfehler, beispielsweise auf Grund leichter Profilschwankungen
der zu wickelnden Papierbahn, addieren sich bei jeder vollen Umwicklung.
Auf Grund der periodischen Wiederkehr der jeweiligen Wickelfehler
des rotierenden Wickels, bilden sich in Abhängigkeit von dessen Umfang
und Umfangsgeschwindigkeit Schwingungen entsprechender Frequenz
aus.
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Mit
zunehmender Produktionsgeschwindigkeit wird die Erregerfrequenz
immer größer (bei
steigender Umfangsgeschwindigkeit durchläuft dieselbe Position des Wickels
immer häufiger
denselben Wickelspalt) und die Erregeramplitude wird immer heftiger
(gleichzeitig wächst
mit zunehmendem Wickelrollendurchmesser auch dessen Unebenheit und
das wirksames Gewicht). Dabei nimmt die Wahrscheinlichkeit stark
zu, dass sich während
dieses komplexen Prozesses Schwingungen ausbilden, die (über ganzzahlige
Harmonische) geeignet sind, mit den Tragwalzen der Wickelmaschine
Resonanzen auszubilden, die zu einem heftigen, teilweise raschen „Aufschaukeln” der gesamten
Maschine führen
können. Wie
bekannt können
dabei im Extremfall Wickel aus dem Wickelbett ausgeworfen werden.
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Bei
heute angestrebten Produktionsgeschwindigkeiten von 3000 m/min besteht
kaum noch die wirtschaftlich nutzbare Möglichkeit die Eigenfrequenzen
der beteiligten Tragwalzen derart auszulegen, dass eine mögliche Eigenstimmulierung
des Systems zuverlässig
ausgeschlossen werden kann.
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Überlagernd
dazu treten noch weitere Schwingungsproblematiken auf. Beispielsweise nimmt
die sich bildende Rolle den Zustand eines anisotropen Rotors an.
Ursächlich
dafür sind
Querprofilschwankungen der Papierbahn, die sich bei jeder Umwicklung
addieren. Es kann dann bei jeder Umdrehung auch zu Kontaktverlusten
oder mindestens unterschiedlichen Linienlasten kommen. Über papiertechnologische
Zusammenhänge,
wie Kompressibilität
oder Reibwert der Bahn, bilden sich dann inhomogene Rollen aus.
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Bereits
bei einer halbkritischen Geschwindigkeit, die etwa der halben Resonanzdrehzahl
der Rolle entspricht, kommt es zu starken Verformungen der Rolle.
Diese Verformungen werden auch als s2-Schlag oder 2f-Schlag bezeichnet.
Sie stehen abermals in massiver Wechselwirkung mit den anderen am
gesamten Wickelsystem beteiligten Komponenten und können mitverantwortlich
für einen
Exzentrischen Rollenaufbau sein.
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Zur
Bekämpfung
der daraus resultierenden Schwingungen und der dann folgenden Schäden ist es
bekannt mittels der Andruckwalzen stabilisierend auf den Wickelprozess
einzuwirken.
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Eine
der Strategien liegt dabei darin, dass die Andruckwalze zum Ende
eines Wickelvorgangs seitlich ausgeschwenkt wird, um so über die
erhöhte Andruckwalzenbewegung,
im Falle eines Schaukelns, dämpfend
auf die zu erzeugende Rolle einzuwirken. Bei einer einseitig wirkenden
Andruckwalze ist die dynamische Abstimmung des Wickelsystems jedoch
sehr problematisch, da die Andruckwalze nur Druckkräfte auf
die zu erzeugende Rolle ausüben kann.
In anderen Konstruktionsvorschlägen
werden deshalb während
des Betriebes zusätzliche
Andruckwalzen an den sich bildenden Wickel angelegt. Diese Andruckwalzen
wirken stabilisierend. Allerdings müssen die anzuschwenkenden Andruckwalzen
einen eigenen Antrieb besitzen, da die Andruckwalzen vor dem Anlegen
auf Synchrondrehzahl gebracht werden müssen, um wesentliche Beschädigungen
der Papierbahn zu verhindern. Dies erfordert schließlich eine
aufwendige Regelung der gesamten Maschine. Doch auch mit einem aufwendigen
Regelmechanismus ist eine mehr oder minder abrupte Änderung
der Wickelbedingungen kaum vermeidbar. Eine kontinuierliche Anpassung
an die Wickelerfordernisse ist gar nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn auf eine Wickelrolle
derart weiterzuentwickeln, das in hohem Maß individuell an die erforderlichen
Wickelbedürfnisse
anzupassen ist. Insbesondere sind die Verhältnisse im Aufwickelbereich
zu stabilisieren.
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Verfahrensgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Druckrichtung aller einzelnen Abschnitte zu Beginn des
Wickelvorgangs im Wesentlichen übereinstimmt
und im Verlauf des Wickelvorgangs die Druckrichtung von mindestens
zwei Abschnitten mindestens zeitweise von einander unterschiedlich
ist.
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Auf
diese Weise kann eine Papierbahn derart behandelt werden, dass die
Einflussnahme der Andruckwalze am gesamten Wickelsystem kontinuierlich
den individuellen Anforderungen der sich zur Bildung einer Fertigrolle
im Wickelprozess laufend ändernden
Rolle angepasst wird. Dabei können
insbesondere die mindestens zwei mit unterschiedlichen Druckrichtungen
wirkenden Abschnitte stabilisierend und beruhigend, dass heißt dämpfend,
auf den Wickelprozess wirken.
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Um
eine hohe Produktivität
beim Wickeln zu erreichen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Änderung
der Druckrichtung des mindestens einen Abschnittes frei von einer
Beeinflussung auf die Wickelgeschwindigkeit vorgenommen wird. Das
heißt
das die Änderung
der Druckrichtung des mindestens einen Abschnitts unter zumindest
weitgehender Beibehaltung des gewünschten Wickelgeschwindigkeitsverlaufes
vorgenommen wird. Konkret bedeutet dies auch, dass beispielsweise
in einer Beschleunigungsphase während
der Änderung
der Druckrichtung eines oder mehrerer Abschnitte mit gleicher oder
zumindest ähnlicher
Beschleunigung weiter auf die Wickelgeschwindigkeit eingewirkt werden
kann.
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Besonders
vorteilhaft wird ein derartiges Verfahren in einer Tragwalzenwickelvorrichtung
eingesetzt, da ein Stabilisierungseffekt hier, aus oben beschriebenen
Zusammenhängen
heraus, von weitaus höherer
Wichtigkeit ist. In einer Stützwalzenwickelvorrichtung
werden die zu wickelnden Rollen nämlich in eigenen Wickelstationen
behandelt und sind in weitaus höherem
Maß geführt.
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Es
ist von Vorteil, wenn mindestens ein Abschnitt zur Ausbildung unterschiedlicher
Druckrichtungen, mit oder entgegen der Wickelrichtung, entlang des
Umfangs der mindestens einen, im Verlauf des Wickelvorgangs im Durchmesser
wachsenden, Rolle ausgelenkt wird.
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Mit
Auslenkung einer Andruckwalze beziehungsweise eines Abschnittes
einer Andruckwalze vom Scheitelpunkt der zu wickelnden Rolle ändert sich
richtungsabhängig
der reibwertinduzierte Energieeintrag. Übt ein Abschnitt, der in Laufrichtung
der Materialbahn hinter dem Scheitelpunkt angeordnet ist, Druckkräfte auf
die entstehende Rolle aus, wirkt die Reibwertkomponente absorbierend,
während
sie im entgegengesetzten Fall energieeintragend wirkt.
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Fallweise
kann es unter anderem auch deshalb vorteilhaft sein, wenn die Abschnitte
Bezüge aufweisen.
In besonderen Fällen
kann es von Vorteil sein, dass die Bezüge unterschiedliche Reibwerte aufweisen.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn mindestens zwei Abschnitte synchron
ausgelenkt werden, oder sich in Auslenkungsbetrag und/oder in Auslenkungsrichtung
unterscheiden.
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Durch
eine synchrone Auslenkung der Abschnitte können die zu wickelnden Rollen
besonders gleichmäßig behandelt
werden. Werden die Abschnitte dabei abwechselnd mit und entgegen
der Materiallaufrichtung ausgelenkt, kann ein idealer Stützeffekt
erreicht werden. Dazu ist es besonders sinnvoll, wenn die axiale
Länge der
Abschnitte derart gewählt
ist, dass jede zu wickelnder Rolle von mindestens zwei Abschnitten,
also stets beidseitig gestützt
wird.
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Auf
diese Weise werden eine hohe Stabilisierungswirkung im Wickelprozess
und eine gleichmäßige Behandlung
der entstehenden Rolle erzielt.
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Mit
Vorteil ist dafür
gesorgt, dass die Anzahl der im Wirkkontakt mit der mindestens einen
zu wickelnden Rolle stehenden Abschnitte über den Verlauf des Wickelvorgangs
konstant bleibt oder abnimmt.
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Mit
wachsendem Rollendurchmesser wächst auch
das Gewicht der Rolle, und die ursprüngliche Aufgabe der Andruckwalze,
die Wickelhärte
zu erhöhen,
beziehungsweise den Wickelhärtenverlauf über den
Rollendurchmesser zu beeinflussen, tritt in den Hintergrund. Die
Andruckkraft wird vor diesem Hintergrund also stets mit wachsendem
Rollendurchmesser reduziert.
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Zur
Reduzierung von Schwingungen werden jedoch, wie oben beschrieben,
auch bei fortgeschrittenem Wickelprozess, über die Andruckwalze, Druckkräfte auf
die Rolle ausgeübt.
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Eine
Erhöhung
der Anzahl wirkender Abschnitte ist also nur dann sinnvoll, wenn
die Abschnitte Druckkräfte
auf die Rolle ausüben
sollen. Damit wird jedoch abrupt auf den Wickelprozess eingegriffen.
Insbesondere besteht die Gefahr von auftretenden Lageverschiebungen,
Platzstellen oder Abrissen.
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Wird
die Anzahl der wirkenden Abschnitte konstant gehalten ist dagegen
ein kontinuierliches Einwirken möglich.
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Üben einzelne
Abschnitte keine oder nur noch eine geringe Druckkraft aus, ist
es ferner möglich,
die Abschnitte außer
Kontakt zu bringen. Somit lassen sich beispielsweise unnötige Spannungen
auf Grund von, durch Querprofilschwankungen hervorgerufenen, lokalen
Geschwindigkeitunterschieden vermeiden, ohne die Kontinuität des Wickelprozesses
wesentlich zu stören.
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Kurzfristige,
unbeabsichtigte Wickelkontaktverluste und -Wiederaufnahmen bleiben
von dieser Betrachtung selbstverständlich unberührt.
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Es
ist günstig,
wenn die einzelnen Abschnitte mindestens zeitweise unterschiedlich
starke Druckkräfte
aufbringen.
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Auf
diese Weise werden unterschiedliche Wickeleinflüsse besonders gut kompensiert.
Insbesondere können
Schwingungsbewegungen und exzentrischen Wickelaufbauten entgegengewirkt
werden. Auch lassen sich beispielsweise aus den momentan anliegenden
Wickelverhältnissen
zu stark ausgeprägten
J-Linien, entgegenwirken.
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Es
ist bevorzugt, wenn, die Ursprungsebene senkrecht über dem
Mittelpunkt der zu wickelnden Rolle verläuft oder sich in einem Winkel
zur Senkrechten neigt oder die Ursprungsebene gekrümmt verläuft.
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Die
Ursprungsebene verläuft
senkrecht über dem
Mittelpunkt, wenn die (imaginäre)
Seele, in dessen Flucht sich die einzelnen Abschnitte zumindest zu
Beginn des Wickelprozesses befinden senkrecht über der wachsenden Rolle bewegt
wird. Bewegt sich die Seele in einem definierten Winkel zur Senkrechten
ist die Ursprungsebene geneigt, folgt die Seele einer definierten
oder sich ändernden
Kreisbahn ist die Ursprungsebene gekrümmt.
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Auf
diese Weise ist ein zusätzlicher
Freiheitsgrad hinsichtlich der Gesamtwirkungsweise der einzelnen
Abschnitte zu erzielen und ihre vibrationsmindernde Wirkung läßt sich
erhöhen.
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Vorrichtungsgemäß wird die
Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass mindestens ein Teil
der Abschnitte von ihrer Ursprungsebene auslagerbar sind.
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Die
Mittelpunkte aller einzelnen Abschnitte sind demnach insbesondere
zu Wickelbeginn auf einer gemeinsamen Ursprungsebene angeordnet
(kleine Abweichungen können
auch hier unberücksichtigt bleiben),
wobei die Ursprungsebene auch durch den Mittelpunkt der mindestens
einen zu wickelnden Rolle, insbesondere deren Wickelkern verläuft und
erfinderisch dadurch charakterisiert, dass insbesondere während des
Wickelvorgangs mindestens ein Abschnitt von der gemeinsamen Ursprungsebene
auslagerbar ist.
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Auf
diese Weise ist die Einflussnahme der Andruckwalze am gesamten Wickelsystem
kontinuierlich den individuellen Anforderungen der sich zur Bildung
einer Fertigrolle im Wickelprozess laufend ändernden Rolle anpassbar.
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Dabei
ist der Wickelprozess insbesondere durch die mindestens zwei mit
unterschiedlichen Druckrichtungen wirkenden Abschnitte stabilisierbar und
beruhigbar, dass heißt
dämpfbar.
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Die
Vorrichtung findet besonders vorteilhaft in einer Tragwalzenwickelvorrichtung
Einsatz, da hier ein besonders hoher Wirkanteil erzielbar ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung
sind mindestens zwei Abschnitte synchron oder nach Betrag und/oder
Richtung unterschiedlich auslagerbar.
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Durch
eine synchrone Auslenkung der Abschnitte sind die zu wickelnden
Rollen besonders gleichmäßig behandelbar.
Dagegen ist durch individuelle Auslagerungen fallweise ein breiteres
Einsatzspektrum abdeckbar. Unter abwechselnder Auslenkung der Abschnitte
mit und entgegen der Materiallaufrichtung, ist ein idealer Stützeffekt
erreichbar. Dazu ist es besonders sinnvoll, wenn die axiale Länge der
Abschnitte derart festgelegt ist, dass jede der zu wickelnden Rolle
von mindestens zwei Abschnitten, also stets beidseitig, stütztbar ist.
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Mit
Vorteil ist dafür
gesorgt, dass die Druckkraft von mindestens einem Abschnitt individuell
einstellbar, insbesondere steuerbar/regelbar ist.
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Auf
diese Weise sind unterschiedliche Wickeleinflüsse besonders gut kompensierbar.
Insbesondere sind Schwingungsbewegungen und exzentrische Wickelaufbauten
wirkungsvoll unterdrückbar. Auch
sind zu stark ausgeprägte
J-Linien vermeidbar.
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Es
ist günstig,
wenn mindestens ein Abschnitt passiv oder aktiv dämpfbar ist.
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Auf
diese Weise sind Schwingungen und Resonanzen besonders gut eliminierbar.
Kritische Drehzahlbereiche sind beispielsweise besser durchfahrbar.
Der Wirkungsgrad der gesamten Vorrichtung ist damit zusätzlich steigerbar.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein Teil der einzelnen Abschnitte über Kupplungselemente individuell
untereinander kuppelbar.
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Auf
diese Weise sind Gruppen bildbar. Auch sind die Abschnitte dann
besonders gut an individuelle Schnittmuster beziehungsweise Rollenbreiten von
Rollenwurf zu Rollenwurf anpassbar.
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Es
ist von Vorteil, wenn die Abschnitte entlang ihrer Längsachse
bewegbar sind.
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Auf
diese Weise ist die Vorrichtung besonders gut an unterschiedliche
Schnittmuster beziehungsweise Rollenbreiten anpassbar.
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Im
Weiteren ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei der Abschnitte
unterschiedliche Breiten aufweisen.
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Durch
eine unterschiedliche Ausdehnung in y-Richtung mindestens zweier
Abschnitte ist die Vorrichtung besonders gut an unterschiedliche
Schnittmuster beziehungsweise Rollenbreiten anpassbar.
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Es
ist ferner von Vorteil, wenn eine Einrichtung vorgesehen ist, die
Führungen
aufweist, an denen die einzelnen Abschnitte führbar auslenkbar sind.
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Eine
entsprechende Führung
kann dabei beispielhaft, jedoch nicht erschöpfend aus Wagen mit Querführungen,
Gitterkasten, elektromagnetischen Leitkonstruktionen oder Gehäusekonstruktionen
realisiert sein.
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Auf
diese Weise ist eine hohe Wiederholgenauigkeit des Wickelprozesses
besonders gut gewährleistbar.
Auch ist eine Vereinfachung eines Steuer- oder Regelprozesses erzielbar.
Schließlich
sind die aufzunehmenden Kräfte
besonders gut ableitbar.
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Mit
Vorteil ist dafür
gesorgt, dass die Einrichtung in ihrer Relativlage zur Rolle und/oder
zu deren Wickelkern in mindestens einem der folgenden Parameter änderbar
ist:
- – Höhe
- – Neigung
- – seitliche
Ausrichtung
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Beispielhaft,
jedoch nicht erschöpfend
ist die Einrichtung dazu gelenkig mit einer Hebelkonstruktion verbunden,
oder ist in einer Führung
führbar.
Auf diese Weise ist ein zusätzlicher
Freiheitsgrad hinsichtlich der Gesamtwirkungsweise der einzelnen Abschnitte
erzielbar und ihre vibrationsmindernde Wirkung erhöhbar.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Steuerung/Regelung aufweist,
unter deren Einsatz die Abschnitte individuell, gruppenweise oder
gemeinsam handhabbar sind.
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Vorzugsweise
ist die Steuerung/Regelung der Auslenkeinrichtung der einzelnen
Abschnitte mit der Steuerung/Regelung der Auslenkeinrichtung der gesamten
Auflagewalze gekoppelt und kann vorzugsweise eine bauliche Einheit
bilden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Steuerung/Regelung
auch mit der Gesamtsteuerung/Gesamtregelung der Rollenwickelvorrichtung
korrespondiert. Dazu ist es von besonderem Vorteil, wenn Sensoren
zur Erfassung von Rollen- und Maschinenparametern vorgesehen sind.
Beispielhaft, aber nicht erschöpfend
können sich
diese Parameter bei einer Rolle auf deren Sorte, Breite, Oberflächenbeiwerte
oder Durchmesser beziehen. Bei einer Rollenwickelvorrichtung können die entsprechenden
Parameter insbesondere aus der Wickelgeschwindigkeit und auftretenden
Vibrationen gebildet sein.
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Durch
eine derartige Steuerung/Regelung sind eine gute Einstellung und
eine rasche Anpassung der Wickelvorgaben erzielbar.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
In dieser zeigt
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1 eine
schematische Seitenansicht einer beispielhaften Rollenwickelvorrichtung
mit erfindungsgemäßen Merkmalen
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2 bis 4 eine
schematische Seitenansicht einer beispielhaften Wickelanordnung
mit erfindungsgemäßen Merkmalen
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5 eine
schematische Draufsicht einer Andruckwalze, mit erfindungsgemäßen Merkmalen
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Die
in den 1 bis 5 dargestellte bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Rollenwickelvorrichtung 1 ist
im Zusammenhang mit einer Tragwalzenwickelvorrichtung realisiert,
die im Bereich ihrer Aufwicklung eine Wickelanordnung 2 aufweist.
Die Wickelanordnung 2 weist zwei Tragwalzen 14 auf,
von denen mindestens eine antreibbar ist. Vorzugsweise sind beide
Tragwalzen 14 antreibbar und stehen über eine gemeinsame Regelung
in Verbindung. Dabei hat es sich bewährt, wenn die, in Laufrichtung
der Materialbahn M, insbesondere der Papierbahn, erste Tragwalze 14 drehzahlgeregelt und
die zweite Tragwalze 14 drehmomentengeregelt ist. Auch
ist eine elastische Lagerung einer Tragwalze denkbar. Ebenso können die
Achsen 18 der Tragwalzen 14 auf unterschiedlichen
Höhenniveaus
in z-Richtung gelagert sein. Weiterhin können die Tragwalzen 14 unterschiedlich
starke Durchmesser aufweisen. Selbstverständlich kann mindestens eine
der beiden Tragwalzen 14 auch eine, an der Materialbahn
M wirksam werdende Beschichtung oder Ummantelung aufweisen, während beispielsweise
die andere Tragwalze 14 als Stahlwalze ausgebildet ist. Ferner
kann mindestens eine der Tragwalzen 14 eine passive oder
aktive Dämpfung
oder ein Tilgungselement aufweisen. Diese vorteilhaften Ausgestaltungen sind
dem Fachmann jedoch bekannt und hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
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Neben
den Tragwalzen 14 bilden die mindestens eine zu wickelnde
Rolle 9 und die Auflagewalze 3 wesentliche Elemente
der in den 2 bis 4 näher dargestellten
Wickelanordnung 2.
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Die
Auflagewalze 3 ist in mehrere, sich über die Wickelbreite erstreckende,
Abschnitte 4 aufgeteilt. Die einzelnen Abschnitte 4 sind
bewegbar auf einer als Traverse ausgebildeten Einrichtung 11 angeordnet,
mit der die Auflagewalze 3 auch eine bauliche Einheit bilden
kann. Die Einrichtung 11 weist dabei im Ausführungsbeispiel
eine der Anzahl der vorhandenen Abschnitte 4 angepassten
Anzahl mechanisch ausgebildeter Führungen 12 auf. Ebenso
können dazu
elektromagnetischen Leitkonstruktionen vorgesehen sein, über die
die einzelnen Abschnitte 4 induktiv führbar sind.
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Zu
Beginn eines Wickelvorgangs stehen alle Abschnitte 4 in
einer gemeinsamen Flucht und pressen den Wickelkern 10 mit
der sich auf ihm aufwickelnden Papierbahn M unter Ausbildung einer
gemeinsamen Druckrichtung DR mit definierter Kraft DK in das Wickelbett
der Tragwalzenwickelvorrichtung. Dies ist notwendig, um über die
Nips, zwischen den sich bildenden Rollen 9 und den beiden
Tragwalzen 14, den zur Erreichung einer gewünschten
Wickelhärte
erforderlichen Bahnzug durch Reibkräfte zu erreichen, beziehungsweise
aufrecht erhalten zu können.
Sinnvollerweise ist die von den einzelnen Abschnitten 4 jeweils
ausgeübte
Druckkraft DK zu Beginn des Wickelvorgangs gleich groß. In speziellen
Fällen
ist es jedoch denkbar, dass die einzelnen Abschnitte 4 zum
Ausgleich eventueller Ungleichmäßigkeiten
auch im Stadium des Anwickelns lokal unterschiedliche Druckkräfte DK auf
die einzelnen Rollen 9 beziehungsweise Rollenabschnitte
aufbringen.
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In 2 befindet
sich die Wickelanordnung 2 im Anfangsstadium des Wickelprozesses.
Es haben sich erst wenige Lagen der Papierbahn M um die Wickelkerne 10 der
in y-Richtung fluchtend hintereinander angeordneten zu erzeugenden
Rollen 9 gebildet. Die Längsachsen 6, beziehungsweise
die Mittelpunkte 5, der einzelnen Abschnitte 4 der
Auflagewalze 3 bilden in diesem Anfangsstadium ebenfalls
eine gemeinsame Flucht in y-Richtung aus, während die Abschnitte 4 die
sich bildenden Rollen 9 zur Erreichung eines gewünschten
Wickelhärteverlaufs
in das aus den beiden Tragwalzen 14 gebildete Wickelbett
hinein drücken.
Je nach Durchmesser des Wickelkerns 10 und geometrischer
Gestaltung der Tragwalzenanordnung müssen die Abschnitte 4 der
Auflagewalze 3 in dieser Anfangsphase des Wickelprozesses
recht tief in das Wickelbett eintauchen. Demnach ist es nicht nur
sinnvoll, sondern in vielen Fällen
auch geometrisch nicht anders machbar, dass die von den einzelnen
Abschnitten 4 aufgebrachten Linienkräfte zu Beginn des Wickelprozesses
auf einer gemeinsamen Flucht liegen. Auch zur Vermeidung später im Wickelprozess
auf den Umfang U der rotierenden Rollen 9 aufsetzenden
Elementen sind die Abschnitte 4 auslagerbar. Damit ist
sichergestellt – von
kurzzeitigen Kontaktverlusten einmal abgesehen – dass die Anzahl der in Bahnkontakt
stehenden Abschnitte 4 stets über den gesamten Wickelprozess
gleichbleibt oder abnimmt. Auf diese Weise sind Wickelergebnisse von
höchster
Qualität
zu erzeugen. Auch ein wieder Aufsetzen einmal abgenommener Abschnitte 4 ist denkbar,
aber in den wenigsten Fällen
sinnvoll.
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Die
sich bildenden Rollen 9 wachsen in ihrem Durchmesser D
mit jeder Umdrehung. Zu Beginn des Wickelprozesses ist der Durchmesser
D und damit auch der Umfang U der sich bildenden Rollen relativ
klein. So durchleben die sich bildenden Rollen 9 im Anfangsstadium
des Wickelprozesses also auch dann einen dramatischen Durchmesserzuwachs, wenn
sich die Tragwalzen 14 der Wickelanordnung 2 noch
in der Beschleunigungsphase befinden. Zu einem späteren Zeitpunkt
des Wickelvorgangs, wenn das jeweilige Gewicht der sich bildenden
Rollen 9 einen Wert erreicht hat, der belastungsmäßig keine weitere
Erhöhung
der Nipkräfte
erforderlich macht, wird mindestens ein Abschnitt 4 aus
der ursprünglichen
gemeinsamen Flucht ihrer Mittelpunkte 5 ausgelenkt. Es
ist dabei denkbar, dass verschiedene Abschnitte 4 zu verschiedenen
Zeitpunkten ausgelenkt werden. Denkbar ist auch das mehrere Abschnitte 4 gleichzeitig
bewegt werden. Die jeweilige maximale Auslenkung, kann ein einzelner
Abschnitt 4 dann jeweils kontinuierlich oder diskontinuierlich
erreichen. Auch können
die einzelnen Abschnitte 4 mit gleichen oder unterschiedlichen
Relativgeschwindigkeiten ausgelenkt werden. Das heißt, dass
die Auslenkung einzelner Abschnitte in Auslenkungsbetrag AB und/oder
in Auslenkungsrichtung AR übereinstimmen
kann oder in mindestens einem dieser Parameter von einander verschieden
sein kann.
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Mindestens
ein Abschnitt 4 übt
dann unter einer anderen Druckrichtung DR seine Druckkraft DK auf
die jeweilige Rolle 9 aus, sodass mindestens zwei von einander
unterschiedliche Druckrichtungen DR gleichzeitig im Wickelprozess
wirksam werden. Idealerweise werden mehrere Abschnitte 4 oder
sogar alle Abschnitte 4 ausgelenkt. Dabei können die
einzelnen Abschnitte 4 zum jeweils gleichen Zeitpunkt des
Wickelprozesses auch in mehr als zwei Druckrichtungen DR wirksam
werden.
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Die
in ihrer Relativlage mittels der oder den in der Einrichtung 11 vorgesehenen
Führungen 12 unterschiedlich
auslenkbaren Abschnitte 4 können ferner eine Lageänderung
durch eine Bewegung der Einrichtung 11 und insbesondere
der gesamten Auflagewalze 3 erfahren. Dies ist regelmäßig bereits deswegen
der Fall, weil die Auflagewalze 3 entsprechend der Zunahme
des Durchmessers D der sich bildenden Rollen 9 in z-Richtung
ausweichen muss.
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Dabei
bewegt sich die Auflagewalze 3 innerhalb einer Ursprungsebene 7,
die senkrecht in z-Richtung über
dem Wickelbett liegen kann und auch die Mittelpunkte 8 der
zu wickelnden Rollen 9 beherbergt. Die Ursprungsebene 7 kann
jedoch auch, wie in 1 dargestellt eine Kurvenform
beschreiben oder kann in einem Winkel α zur z-Richtung geneigt sein.
Um der jeweiligen Ursprungsebene 7 folgen zu können ist
die Relativlage der Einrichtung 11 zu den zu wickelnden
Rollen 9 entlang einer vertikalen und/oder mindestens einer
radialen Führung 19 bewegbar.
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Darüber hinaus
können
die jeweiligen Abschnitte 4 zumindest zeitweise auch unterschiedliche starke
Druckkräfte
DK aufbringen, so dass noch ein weiterer Freiheitsgrad in der Behandlung
der Papierbahn M vorhanden ist.
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Dies
ist in 4 durch unterschiedlich große Betragspfeile angedeutet.
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Die
im Zusammenhang mit dem Auslenkungsbetrag AB und der Auslenkungsrichtung
AR stehende Druckrichtung DR und die Druckkraft DK der einzelnen
Abschnitte 4 können
sich im weiteren Verlauf des Wickelprozesses auch wieder angleichen.
Beispielsweise ist es denkbar, dass im fortgeschrittenen Wickelprozess
zeitweise ein besonders schwingungsgefährdeter Prozessabschnitt auftritt. Die
Abschnitte 4 können
dann beispielsweise eine besonders stabilisierende Formation einnehmen. Nach Überwindung
dieses besonders kritischen Prozessabschnitts, beispielsweise in
Vorbereitung auf einen danach anstehenden Setwechsel, also einen neuen
Anwickelvorgang, können
die einzelnen Abschnitte 4 wieder aufeinander zu bewegt
werden oder sogar zur Wiederausbildung einer gemeinsamen Flucht
ihrer Mittelpunkte 5 gänzlich
zusammengefahren werden. Dies kann zur Minimierung der benötigten Setwechselzeiten
beitragen.
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Nach 4 ist
eine Ausgestaltung dargestellt, die eine synchrone Bewegung der
einzelnen Abschnitte 4 besonders gut zulässt. Hierbei
werden die Abschnitte 4 abwechselnd in Wickelrichtung WR und
entgegen der Wickelrichtung – WR
bewegt, sodass die sich die Auslenkungsbeträge AB stets gleichen, während die
Auslenkungsrichtungen AR alternierend von Abschnitt 4 zu
Abschnitt 4 wechseln. Dabei sind die Breiten, also die
Ausdehnung in y-Richtung, der Abschnitte 4 vorteilhaft
so gewählt,
dass auch die kleinste mögliche
Rollenbreite beidseitig gestützt
wird. In 5 ist zur weiteren Ausgestaltung der
oberste Abschnitt 4.12 in schmaler dargestellt als die
anderen Abschnitte 4.1 bis 4.11. Mit 4.1' bis 4.12' sind in dieser
Figur die ausgelagerten Abschnitte gekennzeichnet.
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Nach 5 sind
die einzelnen Abschnitte 4 dazu entlang ihrer Längsachsen 6,
also in y-Richtung, bewegbar.
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Entsprechend
der 4 erfolgt das Auseinanderfahren der Abschnitte 4 durch
einen, als Verstelleinrichtung 16 wirkenden, Spindelantrieb
mit Rechts- und Linksgewinde, wodurch eine wiederholgenaue, synchrone
Bewegung der Abschnitte 4 gewährleistet ist. Die einzelnen
Abschnitte 4 können kuppelbar
oder dauerhaft mit der Verstelleinrichtung 16 verbunden
sein.
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Die
einzelnen Abschnitte 4 weisen innenliegende Antriebe 17 auf.
Somit ist ihre äußere Gestalt sehr
kompakt und das Gewicht des jeweiligen Antriebs 17 geht
vorteilhafterweise in das Gewicht des einzelnen Abschnitts 4 ein.
Ferner sind die Stirnseiten der Abschnitte 4 auf diese
Weise frei zugänglich und
ermöglichen
zum einen eine sehr dichte Anordnung der einzelnen Abschnitte 4 in
y-Richtung. Zum anderen bleibt auch ein hoher Gestaltungsfreiraum für die Konstruktion
eventuell vorzusehender Kupplungselemente 15 offen. Entlang
ihrer Längsachse 6 bewegbare
und/oder kuppelbare Abschnitte 4 erlauben es dem Betreiber
einer Rollenwickelvorrichtung 1 besonders gut sich dem
gegebenenfalls von Rollenwurf zu Rollenwurf ändernden Schnittmuster gerecht
zu werden.
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Es
ist eine Steuerung/Regelung 13 vorgesehen, die zur Handhabung
der mit der Andruckwalze 3 und im Besonderen deren Abschnitte 4 sowie
der Einrichtung 11 im Zusammenhang stehenden Prozessabläufe dient.
Darunter fallen auch Regelungsabläufe, die der aktiven Dämpfung oder Schwingungstilgung
an mindestens einem Abschnitt 4 dienen. Selbstverständlich kann
auch eine passive Dämpfung
an mindestens einem der Abschnitte 4 vorgesehen sein. Eine
solche passive Dämpfung kann
losgelöst
von einer aktiven Regelung arbeiten, der Steuerung/Regelung 13 jedoch
beispielsweise als ein Signalgeber dienen. Die Steuerung/Regelung 13 kann
dabei zur Erfüllung
ihrer Aufgaben mit geeigneten Sensoren zur Datenerfassung in Verbindung stehen.
Auch können
Kontakte zu anderen Regelungseinheiten und insbesondere zu einer übergeordneten
Regelung der Rollenwickelvorrichtung bestehen. Dazu ist eine drahtlose
Verbindung durch drei Wellenabschnitte angedeutet. Selbstverständlich kann
ebenso eine Leiterverbindung vorgesehen sein.
-
Von
den dargestellten Ausführungsformen kann
in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken
der Erfindung zu verlassen.
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- 1
- Rollenwickelvorrichtung
- 2
- Wickelanordnung
- 3
- Auflagewalze
- 4;
4.1–4.12;
- Abschnitt
- 4.1'–4.12'
-
- 5
- Mittelpunkt
- 6
- Längsachse
- 7
- Ursprungsebene
- 8
- Mittelpunkt
- 9
- Rolle
- 10
- Wickelkern
- 11
- Einrichtung
- 12
- Führung
- 13
- Steuerung/Regelung
- 14
- Tragwalze
- 15
- Kupplungselement
- 16
- Verstelleinrichtung
- 17
- Antrieb
für Abschnitt
- 18
- Achse
für Tragwalze
- 19
- Führung
- α
- Winkel
- AB
- (Auslenkungs-)Betrag
- AR
- (Auslenkungs-)Richtung
- D
- Durchmesser
- DK
- Druckkraft
- DR
- Druckrichtung
- M
- Materialbahn
(Papierbahn)
- U
- Umfang
- WR
- Wickelrichtung
- x
- x-Richtung
- Y
- y-Richtung
- z
- z-Richtung