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Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zum Transportieren von Warenbahnen ohne Faltenbildung. Diese Faltenbildung entsteht in der Regel durch Spannungsänderungen in der Warenbahn wie Ausrichtefehler, Dickenschwankungen oder Temperaturunterschiede. Diese Faltenbildung führt zu Verarbeitungsproblemen und Qualitätseinbußen. Ihre Vermeidung ist deshalb sehr wichtig und kann durch das Aufbringen von Querkräften auf die laufende Warenbahn beseitigt werden, wobei die dafür notwendigen Querkräfte gering sind. Es ist bekannt, eine laufende Bahn, z. B. Papierbahn, Gewebebahn, Folienbahn dadurch faltenfrei zu fördern, dass senkrecht zur Laufrichtung Querkräfte ausgeübt werden. Hierzu sind z. B. für Folien aus thermoplastischem Material so genannte Breitstreckwalzen bekannt.
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Stand der Technik
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Eine bekannte für thermoplastische Folien anwendbare Lösung ist die leicht gekrümmte Gummiwalze, die sog. Bananenwalze. Diese Walzen sind etwas schwergängig, da der umgebende Gummimantel ständig verformt wird. Eine andere Form der Breitstreckwalze ist der sog. Rundschnurbreithalter, bei dem die Folie mit Rundschnüren in Kontakt kommt, die während der Berührung durch einen Mechanismus von außen gedehnt werden und dadurch eine Querkraft erzeugen. Diese Walzen sind teuer, hinterlassen u. U. Markierungen auf der Folie und benötigen einen zusätzlichen Antrieb. Noch andere Breitstreckwalzen bestehen aus vielen Einzelelementen, die während der Kontaktzeit mit der Folie mechanisch nach außen gezogen werden und dadurch die Querkraft erzeugen. Diese Breitstreckwalzen sind nur für sehr geringe Geschwindigkeiten geeignet.
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Aufgabenstellung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Umlenkwalze mit Querkraft zu entwickeln, die die verschiedenen oben erwähnten Nachteile nicht besitzt, die im wesentlichen wartungs- und verschleißfrei arbeitet und die wie eine normale Umlenkwalze eingesetzt werden kann.
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Zwar ist eine Bürstenwalze bereits durch die
DE 3640 365 C2 bekannt. Diese Bürstenwalze dient beim Abziehen und Flachlegen von Schlauchfolien zur Führung und zur besseren Abführung der Kühlluft am extrudierten Blasfolienschlauch.
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Andere Bürstenwalzen dienen dazu, bei Stoffbahnen das Einspringen der Bahn (Schlupfen) zu verhindern. (
DE 3233214 A1 ) Diese Bürstenwalzen arbeiten zwar mit schräg nach außen stehenden Borsten, die Borsten sind aber relativ lang, schraubenförmig angeordnet und werden laut Beschreibung am wirkungsvollsten eingesetzt, wenn sie sich entgegen der Laufrichtung der Stoffbahn drehen. Sie führen demnach eher eine Wischbewegung mit großer Relativbewegung aus. Ein solcher Einsatz wäre bei Kunststofffolien z. B. wegen der Beschädigung der Oberfläche weder denkbar noch möglich.
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Eine weitere Bürstenwalze (
DE 245093 A ), die ebenfalls bei Stoffbahnen das Einspringen verhindern soll, arbeitet mit Bürsten, die in der Mitte der Walze ein Bremsen der Stoffbahn durch Schrägstellung der ebenfalls langen Borsten entgegen der Laufrichtung bewirken, wohingegen sie im Außenbereich der Walze eine Beschleunigung durch Schrägstellung der Borsten in Laufrichtung anstreben. Weshalb hier nach außen stehende Borsten eingesetzt werden, ist nicht erwähnt. Außerdem sind diese Walzen konisch ausgebildet, was bei den hier relevanten Warenbahnen nicht möglich ist.
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Die Erfindung beruht dem gegenüber auf der Erkenntnis, dass die schwierige Aufbringung von Querkräften in laufenden Bahnen in sehr einfacher Weise durch eine zylindrische Umlenkwalze mit den erfindungsgemäßen Modifikationen durchgeführt werden kann. Da die Umlenkwalze zylindrisch ausgebildet ist, werden Spannungsunterschiede durch gebogenen Elemente (Bananenwalze) gänzlich vermieden.
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Diese speziellen Umlenkwalzen werden wie normale Umlenkwalzen gehandhabt und können in beiden Drehrichtungen eingesetzt werden, sie können an nahezu jeder Stelle einer Anlage, an der eine flache Warenbahn läuft, ohne großen Aufwand montiert werden und benötigen keine aufwendige Justage oder Anpassung und keinen Fremdantrieb.
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Im Gegensatz zu den oben erwähnten Verfahren wird die Querkraft bei der vorliegenden Erfindung von Borstenbündeln aufgebracht, die unter einem Neigungswinkel in einem Körper eingebracht sind und durch geringe Verformung in Neigungsrichtung eine Querkraft erzeugen. Sofern die Borstenbündel mit ihrer Neigung auf der Unlenkwalze teilweise oder ganz nach außen gerichtet sind, entsteht durch die geringe Verformung durch den Überlauf der Warenbahn eine Querkraft nach außen, die zunimmt, je mehr die Borstenbündel nach außen gerichtet sind. Zur sicheren Vermeidung von Längsfalten ist es von Vorteil, die Walzen in der Walzenmitte querkraftfrei und nach außen mit zunehmender Querkraft zu versehen.
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Anhand des in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung erklärt. Es zeigt
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1 eine erfindungsgemäße Walze
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2 Bürstenringe mit Borstenbündel mit entgegen gesetzten Neigungswinkel
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2a Bürstenringe mit gegeneinander gestellten Borsten
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3 die schematische Anordnung der Borstenbündel über die Walzenlänge.
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4 und 4.1 eine Walze mit Bürstenleisten
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5 Ausschnitt der Abwicklung einer Walze mit Bürstenleisten
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Umlenkwalze 1. Auf der Welle 5 sind die Bürstenelemente mit ihren Borstenaufnahmen 2 und den Borsten 6.1, 6.2 und 6.3 montiert. Alle eingesetzten Borstenbündel sind mit dem gleichen Neigungswinkel in die Borstenaufnahme 2 eingelassen. Somit ist sicher gestellt, dass die Verformung durch den Druck der darüber laufenden Warenbahn an allen Borstenbündeln gleich ist und damit auch der Walzendurchmesser in allen Berührungspunkten gleich groß ist. Die Wirkung der Querkräfte von jedem Borstenbündel hängt davon ab, in welchem Maße die Borstenbündel mit ihrer Neigung nach außen gerichtet sind. Da eine wirkungsvolle Vermeidung von Längsfalten in Warenbahnen gut funktioniert, wenn die Querkräfte zur Vermeidung der Längsfalten von der Walzenmitte zum Rand zunehmen, ist die Umlenkwalze 1 mit unterschiedlichen Borstenelementen 6.1, 6.2 und 6.3 ausgestattet. Die in Walzenmitte angeordneten Bürstenelemente 6.1 erzeugen keine Querkräfte, da ihre Wirkungswinkel in tangentialer Richtung verlaufen. Da die Umlenkwalze aber exakt zylindrisch sein muss, um nicht neue Falten zu erzeugen, muss dafür gesorgt werden, dass unter allen Bedingungen die Verformung der Borstenbündel über die gesamte aktive Walzenlänge gleich ist. Deshalb sind alle Borstenbündel mit der gleichen Neigung ausgestattet, aber ihre Wirkungswinkel „alpha” sind unterschiedlich ausgerichtet. (1.4 bis 1.6) In der Mitte sind die Borstenbündel so ausgerichtet, dass ihre Wirkungswinkel in Bahnlaufrichtung verlaufen. Somit erzeugen sie keine Querkomponente. Bei Ausrichtung in Laufrichtung könnte ihre Neigung theoretisch zu einer Komponente in Laufrichtung führen, im entgegen gesetzten Fall entgegen der Laufrichtung. Da es das Bestreben der Erfindung ist, die Eigenschaften normaler Umlenkwalzen beizubehalten und diese Walzen in beiden Laufrichtungen einsetzbar zu halten, müssen diese Komponenten in und entgegen der Laufrichtung neutralisiert werden. Deshalb werden benachbarte Borstenringe aus entgegen gesetzten Neigungsrichtungen zusammengesetzt. Siehe auch 2. In 1 ist beispielhaft eine Umlenkwalze mit insgesamt 6 Bereichen dargestellt. Der mittlere Bereich 3.6.1 und 4.6.1 ist der Bereich ohne Querkomponente, die Wirkneigung in und entgegen der Laufrichtung ist neutralisiert, der Wirkungswinkel ist gleich null. 1.1 und 1.4
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Im 2. Bereich 3.6.2 und 4.6.2 sind Bürstenbündel 6.2 eingesetzt, deren Neigung gleich dem 1. Bereich ist, der Wirkungswinkel liegt jetzt aber beispielsweise bei 25°, sodass eine deutliche Querkomponente nach außen wirkt. Die Komponenten in und entgegen der Laufrichtung werden wieder durch die Montage entgegen gesetzten Borstenbündel neutralisiert, (1.2 und 1.5) d. h. auf die Warenbahn wirkt nur die Querkomponente. Die Bereiche mit der 3 wirken nach links, die Bereiche mit der 4 nach rechts.
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Im 3. Bereich 3.6.3 und 4.6.3. ist der Wirkungswinkel 90°, (1.3 und 1.6) d. h. die geneigten Borstenbündel sind mit ihrer Neigung voll nach außen gerichtet, sie wirken nur noch nach außen, deshalb ergibt sich hier keine zu neutralisierende Kraft. Siehe auch 3.
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Zur Verdeutlichung zeigen die 1.1, 1.2 und 1.3 die Einzelheiten aus der Darstellung der Gesamt-Umlenkwalze und wie die Borstenbündel auf die Warenbahn wirken. 1.1 zeigt den Bereich 3.6.1 und die wirkenden Kräfte in Tangentialrichtung. Hier ergibt sich keine Komponente in Querrichtung. 1.2 zeigt den mittleren Bereich 3.6.2. Hier wirken die sich aus der Neigung der Borsten ergebenden Kräfte in Querrichtung, die in tangentialer Richtung heben sich wieder auf. In 1.3 ist der äußere Bereich 3.6.3 dargestellt. In diesem Fall wirken nur noch Kräfte als Querkräfte nach außen.
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Die Umlenkwalze 1 ist mit ihrer Welle 5 im Außenbereich in Kugellagern 7 aufgenommen, die in einer Halterung 8 montiert sind. Aufgrund ihrer Ausführung sind die Umlenkwalzen in beiden Laufrichtungen ohne Einschränkungen einsetzbar, sie werden nur von der Warenbahn angetrieben, benötigen deshalb keinen Fremdantrieb und sind wie normale Umlenkwalzen an nahezu allen Positionen einer Anlage mit Flachbahnen montierbar.
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2 zeigt einen Borstenring 9 mit der Borstenaufnahme 2 und den Borstenbündeln 10 mit Orientierung im Uhrzeigersinn und denselben Borstenring 9.1 mit Borstenbündeln 11 mit Orientierung entgegen dem Uhrzeigersinn. Durch die Beborstung der beiden Borstenbündel 10 und 11 nebeneinander wird ihre Wirkung neutralisiert.
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Das gleiche Ergebnis wird auch erzielt, wenn – wie in 2a dargestellt – die Borstenbündel in und entgegen der Querrichtung eingearbeitet sind. Borstenbündel 10.1 und 10.2 3 veranschaulicht das Beborstungssystem und deren Wirkung. In 3.1 sind die verschiedenen Bereiche nochmals beispielhaft dargestellt. Von der Walzenmitte 36 ist zunächst der Bereich mit den Borstenringen 10 und 11 dargestellt. In 3.2 ist ihre Wirkung durch Pfeile angezeigt. 3.3 zeigt die Resultierende 21 auf die Warenbahn, sie ist gleich null. Die Borstenringe 12 und 13 zeigen eine Drehung der Borstenneigung um ca. 20°. Die Borstenringe 13 liegen im Uhrzeigersinn, die Borstenringe 12 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Pfeile 18 zeigen die Wirkung auf die Warenbahn, der Pfeil 22 die Resultierende als Querkraft, die anderen Kräfte heben sich wieder auf.
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Den gleichen Zusammenhang zeigen auch die Borstenringe 14 und 15 sowie die Pfeile 19 und 23, nur ist hier der Wirkungswinkel größer.
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Im äußeren Bereich sind die Borstenringe 16 alle nach außen gerichtet, entsprechend sind die Querkräfte 20 und die Pfeile 20 und 24 auf 100% Querkraft, d. h. im äußeren Bereich ist die Wirkung der Querkräfte am größten.
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Die hier dargestellten Bereiche sind zum besseren Verständnis nur als Schema gezeigt, in Wirklichkeit erstrecken sich diese Bereiche ohne Zwischenabstand über die gesamte Walzenlänge mit der Walzenmitte als Symmetrieachse. Dabei können auch die Bereiche zum Erzielen bestimmter Resultate in mehrere gleiche oder unterschiedlichen Bereiche aufgeteilt sein, außerdem kann der Übergang des Wirkungswinkels sich stufenlos von null (Walzenmitte) auf 100% am Walzenrand erstrecken.
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4 zeigt eine andere Umlenkwalze in Form eines Alu-Profils 25, an dessen Umfang sich Nuten befinden, in die Bürstenleisten 26 eingearbeitet sind. Der Abstand der Bürstenleisten ist bestimmt durch den Steg 29. Da die Borstenbündel nur wenige mm über den Profildurchmesser hervorstehen, sind die Bürstenleisten im wesentlichen gegen Beschädigungen geschützt. Da die Durchmesserreduzierung unter der Bahnspannung nur gering ist, reicht der geringe Überstand 27 für eine einwandfreie Funktion völlig aus. Die Bürstenleisten bestehen aus der Borstenaufnahme 28 und den Borstenbündels 26. Da die Borstenbündel alle mit der gleichen Neigung versehen sind, muss die Anordnung der Bürstenleisten zur Zunahme von null auf 100% der Querkraft von Walzenmitte zum Walzenende etwas anders gestaltet werden.
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5 zeigt einen Teil der Abwicklung einer solchen Umlenkwalze mit den symbolisch dargestellten Bürstenleisten. Als Beispiel ist hier eine Walze beschrieben mit 6 Zonen, von der Mitte aus mit je 3 Zonen 30, 31 und 32. Diese 3 Zonen unterscheiden sich in der Wirkung der Querkraft. Die Bürstenleisten 26 sind dargestellt als Pfeile mit der Richtung ihrer Wirkung durch die Neigung der Borstenbündel. In Zone 30 wechseln sich die Bürstenleisten mit ihrer Wirkungsrichtung von Leiste zu Leiste ab. D. h. Ihre Wirkung hebt sich auf Grund ihrer abwechselnden Richtung auf, die Zone 30 erzeugt demzufolge keine Querwirkung, wie in der Darstellung 35 am Symbol 36 gezeigt. Die Zonen 31 und 32 wirken in Richtung Walzenende, da in ihrem Bereich die Wirkung nach außen doppelt so groß ist wie die Wirkung nach innen, da 2 Bürstenleisten nach außen wirken und eine nach innen, siehe Pfeil 37. In Zone 33 und 34 wirken alle Bürstenleisten nach außen, siehe Pfeil 38. Hier wirkt keine Bürstenleiste zur Walzenmitte. Die Länge der einzelnen Zonen kann auch hier variieren, je nach dem angestrebten Effekt. Der Vorteil diese Lösung besteht darin, dass sehr unterschiedliche Querkraftwirkungen mit nur einer Sorte Bürstenleiste durchgeführt werden können, ihre Wirkung wird nur durch die Verteilung der Wirkungsrichtung erzielt. Die Forderung nach konstanten Walzendurchmesser wird hier dadurch erfüllt, dass nur eine Sorte Borstenbüschel eingesetzt wird. Auch hier bleibt die Einsatzmöglichkeit in beide Drehrichtungen erhalten.
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Die erfindungsgemäße Umlenkwalze hat wegen der geringen notwendigen Flächenpressung und dem Fehlen jeglicher Relativbewegung zwischen Warenbahn und den Borstenbündels keine negativen Auswirkungen auf die optischen oder mechanischen Eigenschaften der Warenbahn. Die aufgebrachte Querkraft durch die geringe Verformung der Borstenbündel dient unter Produktionsbedingungen lediglich dazu, die notwendige, aber sehr geringe Querkraft aufzubringen, die die Faltenbildung verhindert. Die Umlenkwalzen können deshalb an jeder Stelle einer Flachbahnführung eingesetzt werden und benötigen keine zusätzlichen Maßnahmen für die Erfüllung ihrer Aufgabe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umlenkwalze
- 2
- Borstenaufnahme
- 3
- Querkräfte nach links
- 3.6.1
- Querkraft = null
- 3.6.2
- Querkraft = mittel
- 3.6.3
- Querkraft = 100%
- 4
- Querkräfte nach rechts
- 4.6.1.
- Querkraft = null
- 4.6.2
- Querkraft = mittel
- 4.6.3
- Querkraft = 100%
- 5.
- Stahlwelle
- 6
- Borstenbündel
- 6.1.
- ohne Querkraft
- 6.2
- geringe Querkraft
- 6.3.
- hohe Querkraft
- 7
- Lager
- 8
- Halterung
- 9
- Borstenringe rechts herum
- 9.1
- Borstenringe links herum
- 10
- Borstenbündel im Uhrzeigersinn
- 10.1 10.2
- Borstenbündel mit axialer Neigung
- 11
- Borstenbündel entgegen Uhrzeigersinn
- 12
- Borstenbündel mit 20° Richtung im Uhrz.
- 13
- Borstenbündel mit 20° Richtung entg. Uhrz.
- 14
- dito mit 40° im Uhrz
- 15
- dito mit 40° entg. Uhrz.
- 16
- dito mit 90° Richtung
- 17
- Wirkung der Kräfte ohne Wirkungswinkel
- 18
- dito bei 20°
- 19
- dito bei 40°
- 20
- dito bei 90°
- 21
- Resultierende in Querrichtung bei 0° Wirkungswinkel
- 22
- dito bei 20°
- 23
- dito bei 40°
- 24
- dito bei 90°
- 25
- Walze mit Nutenkörper und Bürstenleisten
- 26
- Bürstenleiste mit geneigten Borstenbündeln
- 27
- vorstehende Börstenlänge
- 28
- Borstenleiste mit Borstenaufnahme
- 29
- Zwischensteg
- 30
- Zone ohne Querwirkung
- 31
- Zone mit geringer Querwirkung nach rechts
- 32
- dito nach links
- 33
- Zone mit voller Querwirkung nach rechts
- 34
- dito nach links
- 35
- Darstellung Querwirkung in den Zonen
- 36
- Walzenmitte
- 37
- Querwirkung nach außen ca. 50%
- 38
- Querwirkung nach außen ca. 100%
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3640365 C2 [0004]
- DE 3233214 A1 [0005]
- DE 245093 A [0006]
