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Die Erfindung betrifft eine Wickelmaschine, die mehrere Faserbänder miteinander zu einer Watte doubliert und verstreckt, wobei die gebildete Watte auf einer Wickelhülse mittels zweier Wickelwalzen oder mindestens einer Wickelwalze und einem Band zu Wattewickel zur Vorlage an eine Kämmmaschine aufwickelt wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wickeln einer Watte. Die heute übliche Speisung von Flachkämmmaschinen erfolgt durch Wattewickel, die zuvor in Wickelmaschinen aus einzelnen Bändern erzeugt wurden. Dazu erhält die Wickelmaschine die Vorlage in Form von beispielsweise 24 oder 36 Bändern von mindestens einer Strecke, wobei die Vorlage in runden oder rechteckigen Kannen zwischengespeichert wird. Die Bänder werden in der Wickelmaschine miteinander doubliert und leicht verstreckt und damit die Watte gebildet. Diese wird in einer Wickeleinheit mit mindestens zwei Wickelwalzen mittels einer Hülse zu einem Wattewickel aufgewickelt, wobei der Wattewickel während des Wickelvorganges mit einer hohen Kraft von bis zu 15.000 N gegen die Wickelwalzen gedrückt wird. Diese hohe Kraft ist notwendig, um die Watte soweit zu verdichten, dass 300 m Wickellänge zu einem Wattewickel mit etwa 550 mm Durchmesser aufgewickelt werden können. Nachteilig ist, dass durch diese hohe Kraft der entstehende Wattewickel in den Zwickel zwischen die starren Wickelwalzen gezogen wird und sich dabei permanent verformt. Die Druckkraft auf den Wattewickel und die Verformung bewirken, dass sich der Wattewickel auf 40°–60°C erwärmt und dadurch klebebehaftete Substanzen in der Baumwolle zu einem Verkleben der Faserlagen führen, was bei einem Abrollen zu einer verstärkten Haarigkeit führt. Eine Reduzierung der Wickelkraft kann in Abhängigkeit der verwendeten Fasern dazu führen, dass während des Wickelvorganges Luft mitgeschleppt wird, wodurch zwischen den Faserlagen Luftblasen entstehen, die zu Verwerfungen führen und den Wickel für den weiteren Kämmprozess unbrauchbar machen. Das kann im Wesentlichen nur durch eine geringere Wickelgeschwindigkeit kompensiert werden, wodurch die Produktivität der Kämmerei sinkt.
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Eine Weiterentwicklung des klassischen Wickelprozesses mittels Wickelwalzen stellt die Bandwickeltechnologie dar, bei der statt der beiden Wickelwalzen ein Wickelband verwendet wird. Das Wickelband umschließt den Wattewickel auf seinem Außenumfang je nach Ausführungsform in einem Winkel von 155° bis 270°. Die auf das Wickelband einwirkende Zugkraft wirkt als Wickelkraft, die sich auf den Umfang der Umschlingung verteilt. Durch das Wickelband wird die Deformation der Wattewickel auf ein Minimum reduziert, da das Wickelband mögliche Deformationen aufnimmt. Damit ist der Nachteil verbunden, dass die Wickelbänder schon nach wenigen Monaten im Betrieb ausgetauscht werden müssen, was sehr teuer ist. Des Weiteren ist die Führung und das konstante Spannung halten des Wickelbandes konstruktiv äußerst aufwendig, was durch die höhere Wickelgeschwindigkeit nicht kompensiert werden kann.
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Eine Mischung aus beiden Verfahren sieht vor, den Wattewickel mittels einem oder zwei Wickelwalzen herzustellen, bei dem zusätzlich ein umlaufendes Band den Wickel führt.
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In der
EP 0945080 A2 wird eine Wickelmaschine beschrieben, in der der Wattewickel durch ein umlaufendes Band erzeugt wird. Die Wickelmaschine weist mehrere Sensoren und Messeinrichtungen auf, mit denen indirekt der Wickeldurchmesser bestimmt wird, um den Wickeldruck mit steigendem Wickeldurchmesser zu senken.
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Die
DE 10 2006 020 586 A1 beschreibt ein Verfahren zum Wickeln von Wattewickeln, bei der mittels einer Drehzahl-Steuervorrichtung für den Antrieb der Wickelwalzen die jeweils gewickelte Wattenlänge ermittelt wird, und einem abnehmenden Wickeldruck zugeordnet wird. Mit zunehmendem Wickeldurchmesser nimmt der Wickeldruck stufenweise ab.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Wickelmaschine zu schaffen, mit der ein qualitativ hochwertiger Wickel preiswert erzeugt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Verfahren zum Wickeln von Faserbändern zu schaffen.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Lehre nach Anspruch 1 und 11; weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
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Die Aufgabe wird durch eine Wickelmaschine gelöst, die mehrere Faserbänder miteinander zu einer Watte doubliert und verstreckt, wobei die gebildete Watte auf einer Wickelhülse mittels zweier Wickelwalzen oder mindestens einer Wickelwalze und einem Band zu Wattewickel zur Vorlage an eine Kämmmaschine aufwickelt wird.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wickelwalze einen elastischen Mantel bzw. Außenumfang aufweist. Damit kann der Großteil der Verformungsarbeit bei der Bildung eines Wickels von der oder den Wickelwalzen aufgenommen wird. Der entstehende Wattewickel wird dadurch weniger stark verformt, wodurch das Temperaturniveau im Wattewickel sinkt. Bei Fasern, die wie beispielsweise Baumwolle klebrige Substanzen enthalten, vermindert sich die Verklebung der Faserlagen, wodurch die Haarigkeit sinkt. Damit kann das nachfolgende Kämmverfahren in einer höheren Qualität durchgeführt werden.
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Vorzugsweise umfasst die mindestens eine Wickelwalze einen starren, unelastischen Kern oder Träger, auf den über die gesamte Arbeitsbreite ein elastischer Ring angeordnet ist. Damit kann das bisherige Konstruktionsprinzip der Wickelmaschine beibehalten werden. Bei einem Austausch einer konventionellen Wickelwalze kann diese durch die erfindungsgemäße Wickelwalze mit gleichen Außenabmessungen ersetzt werden.
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In einer ersten und dritten Ausführungsform kann der Ring aus einem massiven Kunststoff bestehen, der die notwendige Elastizität aufweist und vorzugsweise eine verschleißfeste und dichte Oberfläche aufweist.
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Nach der ersten Ausführungsform kann der Ring eine Dicke bzw. Wandstärke von 20 bis 100 mm aufweisen. Damit kann zumindest teilweise die Grundkonstruktion der Wickelwalze beibehalten werden. In einer dritten Ausführungsform kann der Ring eine Dicke bzw. Wandstärke von bis zu 200 mm aufweisen, wobei dann der Kern der Wickelwalze als runder Träger, beispielsweise aus einem gezogenen oder gepressten Blechteil, herstellbar ist.
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Vorteilhafterweise weist der Ring aus Kunststoff eine Härte nach Shore A von 30 bis 95 auf. Damit ergibt sich ein Kompromiss zwischen einer elastischen Oberfläche und einer minimalen Formstabilität, wodurch der Wattewickel weiterhin mit einer ausreichenden Mindesthärte gewickelt wird, damit der Wickeldurchmesser nicht zu groß wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der elastische Ring mindestens eine über die Arbeitsbreite erstreckende integrierte Verstärkung auf. Damit kann sichergestellt werden, dass die elastische Verformung nahezu über die gesamte Arbeitsbreite der Wickelwalze gleichzeitig erfolgt.
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In einer zweiten Ausführungsform weist der elastische Ring eine umlaufende hohle Kammer auf, die mit einem Medium gefüllt ist. Damit kann einerseits der Transport und die Montage des elastischen Ringes erleichtet werden, andererseits kann die Härte des elastischen Ringes über den Mediendruck einstellbar sein. Als Medien kommen dabei insbesondere gasförmige oder flüssige Medien in Betracht, wobei über den Fülldruck die Härte des elastischen Ringes einstellbar ist.
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Alternativ kann das Medium eine Flüssigkeit sein, deren Viskosität elektrorheologisch einstellbar ist.
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Bevorzugt kann bei allen Ausführungsformen über den elastischen Ring ein dünner elastischer Stahlmantel übergezogen werden. Der Stahlmantel kann vorzugsweise aus einem Federstahl herstellbar sein. Die metallische Oberfläche des elastischen Stahlmantels verhindert ein verstärktes Anhaften von Fasern an der Oberfläche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wickeln einer Watte, bei dem mehrere Faserbänder miteinander doubliert und verstreckt werden, und die dadurch entstehende Watte mittels mindestens einer Wickelwalze auf eine Wickelhülse gewickelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während des Wickelvorganges die Härte des Mantels bzw. des Außenumfanges der mindestens einen Wickelwalze einstellbar ist. Über die Härte des Mantels bzw. des Außenumfanges kann der Wickelvorgang an die Faserqualität angepasst werden. Bei Fasern mit einem hohen Anteil an klebrigen Substanzen können die Wickelwalzen elastischer eingestellt werden, als bei Fasern, die diese klebrigen Substanzen nicht aufweisen.
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Vorteilhafterweise wird mit zunehmendem Wickelvorgang die Härte der mindestens einen Wickelwalze höher. Dabei kann der Druck des Mediums, das sich im elastischen Ring befindet, erhöht werden, oder alternativ die Viskosität des flüssigen Mediums wird erhöht. Der Wattewickel kann damit zum Ende des Wickelvorganges mit einer größeren Härte gewickelt werden, um den Gesamtdurchmesser des Wattewickels beispielsweise nicht über 600 mm ansteigen zu lassen, was für das Handling an der Kämmmaschine ungünstig wäre.
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Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen in:
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1: eine schematische Darstellung einer Wickelmaschine nach dem Stand der Technik;
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2: eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Wickelmaschine nach einer ersten Ausführungsform;
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3: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wickelmaschine;
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4: einen Schnitt durch das Profil einer Wickelwalze;
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5: einen Schnitt durch das Profil einer modifizierten Wickelwalze.
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In 1 ist eine Wickelmaschine 1 dargestellt, wie sie beispielsweise in der Kämmereivorbereitung in der Textilindustrie nach dem Stand der Technik verwendet wird. Mehrere Faserbänder 3, die aus natürlichen oder synthetischen Fasern bestehen können, werden über Kannen der Wickelmaschine 1 zugeführt und in einem nicht dargestellten Streckwerk verstreckt. Die Faserbänder 3 werden weiter über einen Einlaufbereich 2 in Materialflussrichtung 7 zu mehreren Druckwalzen 4a–4c geleitet, die die Faserbänder 3 in den Einzugsbereich zwischen zwei Wickelwalzen 5a, 5b und einer Wickelhülse 6 zur Herstellung eines Wattewickels leiten. Im oder am Einlaufbereich 2 kann ein Vorverdichter 8 angeordnet sein, der das Faserband 3 vergleichmäßigt. Alternativ kann der Wattewickel auch zwischen einem oder zwei Wickelwalzen und einem umlaufenden Band hergestellt werden.
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Die Wickelhülse 6 wird über zwei nicht dargestellte Seitenteller an ihren Stirnseiten geklemmt und mittels Kraftelementen, wie beispielsweise einem nicht dargestellten hydraulischen oder pneumatischen Zylinder, entlang einer Führung 9 gegen die Wickelwalzen 5a, 5b gezogen. Mit Beginn des Wickelvorganges liegt die Wickelhülse 6 im Zwickel 10 der Wickelwalzen 5a, 5b an. Mit zunehmendem Durchmesser des Wattewickels 15 entfernt sich die Wickelhülse 6' aus dem Zwickel 10. Gleichzeitig verformt sich der Wattewickel 15 (gestrichelte Darstellung), der aufgrund der Wickelkraft zumindest teilweise in den Zwickel 10 gezogen wird. Aufgrund der permanenten Verformung durch die drehenden Wickelwalzen 5a, 5b und des drehenden Wattewickels 15 erwärmt sich der Wattewickel, wodurch klebrige Substanzen in der Baumwolle zu einem verstärkten Verkleben der Faserlagen und damit zu einer größeren Haarigkeit führen.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mindestens eine der Wickelwalzen 5a, 5b zumindest mit ihrem Mantel oder Außenumfang elastisch zu gestalten, so dass die Verformungsarbeit von den Wickelwalzen 5a, 5b aufgenommen wird, und nicht vom Wattewickel. Vorzugsweise werden beide Wickelwalzen 5a, 5b zumindest teilweise elastisch gestaltet. Als elastisch wird im Sinne der Erfindung eine Nachgiebigkeit der Oberfläche auf dem Mantel bzw. dem Außenumfang betrachtet, bei der ein Wattewickel von mindestens 300 mm Durchmesser mit einer Anpresskraft von 15.000 N gegen die Wickelwalzen 5a, 5b eine Verformung der Wickelwalzen 5a, 5b von mindestens 1 mm Tiefe bewirkt.
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In einer ersten Ausführungsform der 2 bestehen die Wickelwalzen 5a, 5b weiterhin aus einem starren, runden Körper oder Kern 11a, 11b, auf den aber ein Ring 12a, 12b aus einem elastischen Material aufgezogen wird. Der Körper oder Kern 11a, 11b kann wie bisher aus einer Konstruktion aus Stahl oder einem Leichtmetall bestehen. Der Ring kann eine Dicke von 20–100 mm haben und eine Härte von 30–95 Shore A aufweisen. Der Ring 12a, 12b kann aus einem abriebfesten Kunststoff mit einer dichten Oberfläche bestehen, an der die Fasern der Watte nicht anhaften. Als Werkstoffe können Kunststoffe aus den Gruppen der Thermoplasten, Elastomeren und Duroplaste verwendet werden, vorzugsweise aus der Gruppe der Elastomere. Weiterhin können die Ringe 12a, 12b über die Wickelbreite eine integrierte Verstärkung aufweisen, so dass die elastische Nachgiebigkeit nicht nur punktuell auftritt, sondern immer über die gesamte Arbeitsbreite der Wickelwalzen 5a, 5b. Damit können lokale Dickstellen am Wattewickel 15 vermieden werden.
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Um die Oberfläche verschleissbarer zu gestalten und vor allen Dingen das Anhaften von Faserpartikeln möglichst zu vermeiden, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, über den elastischen Ring 12a, 12b einen Mantel 13a, 13b aus einem dünnen Federstahl aufzuziehen. Der Mantel 13a, 13b kann eine Dicke von 0,3 bis 3 mm aufweisen und vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigem Metall bestehen.
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Eine alternative Ausführungsform sieht vor, den Ring 12a, 12b als gasgefüllten Reifen auszuführen, der ggf. eine interne Verstärkung mittels Stahlgürtel aufweist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass über den Gasdruck die Härte bzw. Elastizität der Wickelwalze 5a, 5b einstellbar ist, wodurch eine Anpassung an verschiedene Faserqualitäten möglich wird. Insbesondere bei Faserqualitäten, die nur geringe oder keine klebrigen Substanzen aufweisen, können die Wickelwalzen 5a, 5b härter eingestellt werden um mit ggf. höherer Geschwindigkeit zu fahren, da die aufgrund der Walkarbeit entstehende Temperaturerhöhung innerhalb des Wattewickels 15 nur eine geringe Auswirkung auf die Qualität bzw. Haarigkeit hat. Weiterhin ist es möglich, über eine Vorrichtung zur Veränderung des Gasdruckes die Härte der Wickelwalzen 5a, 5b über die Dauer des Wickelprozesses zu verändern. Damit kann der Wattewickel 15 am Anfang mit einer geringeren Härte gewickelt werden, und zum Ende des Wickelvorganges härter gewickelt werden, um beispielsweise den Wickeldurchmesser bei der vorgegebenen Wickellänge von 300 m nicht über 600 mm ansteigen zu lassen, was für das Handling an der Kämmmaschine ungünstig wäre.
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Alternativ kann die Härte der Wickelwalzen 5a, 5b auch über eine in den Reifen gefüllte Flüssigkeit eingestellt werden, deren Viskosität beispielsweise elektrorheologisch veränderbar ist. Die Ausführungsform mit der Flüssigkeit hat den Vorteil, dass mit kompakteren Bauteilen höhere Drücke erzeugt werden können. Außerdem ist bei möglichen Leckagen ein hydraulisches System ungefährlicher und im Hinblick auf den Brand- und Explosionsschutz ein sichereres Verfahren. Beide Varianten können mittels Sensor-Aktor-Systeme aktiv angesteuert werden und die Härte bzw. Elastizität der Wickelwalzen 5a, 5b über den Wickelprozess verstellt werden.
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Beide Ausführungsformen können ebenfalls mit einem Mantel 13a, 13b aus Federstahl kombiniert werden, wodurch die Faseranhaftung reduziert wird.
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Der gas- oder flüssigkeitsgefüllte Ring kann aus einem Kunststoff oder Kautschukmaterial herstellbar sein, oder in Kombination mit einer Flüssigkeitsfüllung aus einem metallischen Material herstellbar sein.
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In dem Ausführungsbeispiel der 3 besteht der Ring 12a, 12b aus massivem Gummi mit einer größeren Dicke bzw. Wandstärke, die bis zu 200 mm betragen kann. Der Ring 12a, 12b wird auf einen Träger 14a, 14b aufgezogen, der ähnlich wie eine Felge aus einem gepressten bzw. gezogenen Blechteil bestehen kann. Auch dieser Ring 12a, 12b kann eine Härte von 30–95 Shore A und zusätzlich eine über die Wickelbreite integrierte Verstärkung aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Oberfläche bzw. Mantelfläche der Ringe 12a, 12b mittels chemischer oder thermischer Behandlung eine geschlossene Oberfläche aufweisen, an der möglichst keine Fasern anhaften. Auch nach dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Ummantelung mit einem Mantel 13a, 13b aus beispielsweise Federstahl möglich.
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In 4 ist ein Schnitt durch eine Wickelwalze 5a dargestellt, bei dem auf einem Träger 14a aus beispielsweise Stahl ein Ring 12a aus einem weichen Kunststoff wie beispielsweise Naturkautschuk aufgezogen wurde. Der Ring 12a aus Naturkautschuk kann beispielsweise eine Härte von 30 Shore A aufweisen. Bei einer Anpresskraft von zweimal 7000 N durch die beidseitig angeordneten Zylinder an der Führung 9 wird der Ring 12a durch den Wattewickel 15 bis zu 16 mm lokal eingedrückt. Dadurch, dass der Ring 12a auf dem Außenumfang beim Wickeln nachgiebig und elastisch ist, muss sich das Material des Ringes 12a aufgrund der lokalen Durchmesserverkleinerung seitlich in die Stirnseiten wegdrücken. Dies führt zu einer Kontur, wie sie verstärkt in 4 dargestellt ist. An den Rändern der Wickelwalze 5a können sich Materialanhäufungen ergeben, die in Form einer Spitze den Durchmesser der Wickelwalze 5a vergrößern können und damit den Wattewickel 15 an seinen Kanten beschädigen können.
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Um dies zu verhindern ist vorgesehen, zumindest den Ring 12a an seinen Stirnseiten konkav zu gestalten, also zur Drehachse der Wickelwalze 5a hin dünner zu gestalten, als am Außenumfang, um dem Material des elastischen Ringes 12a Platz zur gezielten Verformung zu geben. Die Breite der Wickelwalze 5a nimmt damit zum Außenumfang hin so zu, dass bei einer lokalen Verformung des Ringes 12a immer eine über den Querschnitt bzw. der Oberfläche der Wickelwalze 5a ebene Fläche verbleibt, so dass der Wattewickel über seine Breite mit einer konstanten ebenen Auflagefläche gewickelt wird.
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Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die bisherige Verformungsarbeit des Wattewickels auf die Wickelwalzen 5a, 5b zum großen Teil übergeht, wodurch die Wattewickel mit einem geringeren Temperaturniveau gewickelt werden können. Damit sinkt die Haarigkeit der Wattewickel und der nachfolgende Kämmprozess kann in einer höheren Qualität erfolgen.
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Mit der vorgenannten Erfindung kann das klassische Wickelkonzept beibehalten werden, wodurch sich die Wartungsanfälligkeit und die Komplexität des Systems im Vergleich zu einem Bandwickler in sinnvollen Grenzen hält. Ein weiterer Vorteil besteht in der Nachrüstbarkeit bestehender Wickelmaschinen, wenn deren Wickelwalzen 5a, 5b aufgrund von Fehlbedienung oder Verschleiß ausgetauscht werden müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wickelmaschine
- 2
- Einlaufbereich
- 3
- Faserband
- 4a–4c
- Druckwalzen
- 5a, 5b
- Wickelwalze
- 6, 6'
- Wickelhülse
- 7
- Materialflussrichtung
- 8
- Vorverdichter
- 9
- Führung
- 10
- Zwickel
- 11a, 11b
- Kern
- 12a, 12b
- Ring
- 13a, 13b
- Mantel
- 14a, 14b
- Träger
- 15
- Wattewickel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0945080 A2 [0005]
- DE 102006020586 A1 [0006]
