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Die Erfindung betrifft eine Umlenkstange
für eine
Materialbahn gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Eine derartige Umlenkstange ist aus der
DE 100 63 025 A1 bekannt.
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Umlenkstangen oder Wendestangen werden in
großer
Zahl z. B. in Zeitungsdruckmaschinen
eingesetzt, um Papierbahnen bzw. -stränge umzulenken, zu bündeln und/oder
einem Falzapparat zuzuführen.
Vielfach haben diese Umlenkstangen einen Mantel mit einer Mehrzahl
von Luftaustrittsöffnungen, durch
die der Wendestange von außen
zugeführte Druckluft
austreten kann, um zwischen dem Mantel der Wendestange und der daran
umgelenkten Papierbahn ein Luftkissen zu erzeugen, das eine nahezu
reibungslose und abschmierlose Umlenkung ermöglicht.
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Diese Umlenkstangen sind meist zu
mehreren über
Rohrleitungen an eine zentrale Druckluftquelle angeschlossen.
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Der Druckluftbedarf einer Wendestange
ist abhängig
von ihrer Geometrie, dem Ausmaß der
Umschlingung einer an ihr umgelenkten Bahn, deren Breite, Spannung,
etc. Der tatsächliche
Luftdurchsatz hängt
ab von der Leistung der Druckluftquelle sowie von der Geometrie,
insbesondere der Länge und
dem Strömungswiderstand
der von der Druckluftquelle zur Wendestange führenden Rohrleitung.
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Es ist schwierig, einen optimalen
Druckluftdurchsatz an mehreren Wendestangen gleichzeitig einzustellen,
da jede an einer Wendestange vorgenommene Justierung des Durchsatzes
sich an den anderen von der gleichen Druckluftquelle versorgten Wendestangen
auswirkt. Unterschiedliche Längen der
Rohrleitungen zwischen einer Druckluftquelle und den von ihr versorgten
Umlenkstangen machen eine individuelle Justage des Durchsatzes an
jeder einzelnen Umlenkstange erforderlich.
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Die
DE 100 63 025 A1 und die
DE 196 47 919 A1 offenbaren
Papierleiteinrichtungen mit jeweils einem eigenen Gebläse, das
im Inneren derselben an einem der beiden Enden angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Umlenkstange für
eine Materialbahn mit einfachem Aufbau zu schaffen, bei der eine
möglichst gleichmäßige Druckluftverteilung
gewährleistet
ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren
Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Regeln der elektrischen
Versorgung jedes einzelnen Drucklufterzeugers es möglich ist,
den Druckluftdurchsatz einer einzelnen Umlenkstange zu regeln, ohne
dass damit eine Rückwirkung
auf den Druckluftdurchsatz anderer Umlenkstangen verbunden ist.
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Die Umlenkstange ermöglicht durch
die Verlagerung des Gebläses
ins Innere der Umlenkstange einen besonders kompakten Aufbau, der
sich gut für eine
modulare Konstruktion oder auch für eine Nachrüstung an
bestehenden bahnverarbeitenden Maschinen eignet.
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Auch ein Elektromotor zum Antreiben
des Querstromrotors kann vorteilhaft im Inneren des Mantels der
Umlenkstange untergebracht sein.
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Um eine reibungsarme Drehung des
Querstromrotors zu ermöglichen
und gleichzeitig an den Stirnseiten des Querstromrotors eine große freie Querschnittsfläche für den Luftdurchtritt
zur Verfügung
zu haben, ist ein Wälzlager
zweckmäßigerweise
zwischen dem Querstromrotor und der Innenfläche des Mantels angeordnet.
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Eine Ansaugöffnung des Druckerzeugers kann
an einer Stirnseite der Umlenkstange angeordnet sein. Dabei kann
ein Gehäuse
des Querstromrotors an seiner der Ansaugöffnung zugewandten Stirnseite
offen sein, um einen möglichst
ungehinderten Luftzutritt zu ermöglichen;
denkbar ist auch, dass ein Luftkanal von der Ansaugöffnung durch
eine hohle Welle des Elektromotors zu dem Querstromrotor geführt ist.
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Alternativ oder ergänzend kann
auch wenigstens eine Ansaugöffnung
des Druckerzeugers am Mantel angeordnet sein. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn
in dem Mantel mehrere selektiv betreibbare Querstromrotoren untergebracht
sind. Der Mantel kann in einzelne Segmente in axialer Richtung und/oder
in Umfangsrichtung unterteilt sein.
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Die am Mantel gebildete Ansaugöffnung sollte
selbstverständlich
möglichst
nahe an einem der Enden der Umlenkstange angeordnet sein. Wenn das
Ende selbst den Elektromotor enthält, ist die Ansaugöffnung zweckmäßigerweise
zwischen diesem Ende und einem den Querstromrotor enthaltenden Abschnitt
des Mantels angeordnet.
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Um die Anpassung der Umlenkstange
an unterschiedliche Breiten umzulenkender Materialbahnen zu ermöglichen,
hat der Drucklufterzeuger eine Mehrzahl von Querstromrotoren, von
denen wenigstens einer wahlweise an einen Motor koppelbar und von
diesem entkoppelbar ist, um ihn lediglich dann zu betreiben, wenn
auf einem von diesem Querstromrotor versorgten Abschnitt der Breite
der Umlenkstange tatsächlich
eine Materialbahn umgelenkt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch eine Wendestange gemäß einer ersten Ausgestaltung
der Erfindung;
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2 einen
radialen Schnitt durch die Wendestange aus 1;
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3 einen
axialen Schnitt durch eine Wendestange gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung;
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4 einen
axialen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung, bei der zwei Drucklufterzeuger
in der Umlenkstange untergebracht sind;
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5 einen
axialen Teilschnitt durch eine Umlenkstange gemäß einer vierten Ausgestaltung, bei
der ein Querstromrotor selektiv an den Elektromotor koppelbar bzw.
von ihm entkoppelbar ist;
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6 einen
axialen Teilschnitt durch eine Umlenkstange gemäß einer fünften Ausgestaltung, die sich
von der gemäß 5 durch eine geänderte Luftführung unterscheidet.
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Die erste Ausgestaltung wird zunächst mit Bezug
auf die 1 und 2 beschrieben. Die Wendestange
hat einen hohlzylindrischen Mantel 01, der auf einer Hälfte seines
Umfangs mit regelmäßig verteilten
Luftaustrittsöffnungen 02 versehen
ist. Der Mantel 01 ist an einer Stirnseite 03 offen;
an seinem gegenüberliegenden
Ende ist er über
ein unter einem Winkel von ca. 45° angefügtes Rohr 04 mit
einem (in der 1 nicht
gezeigten) Traggestell verbunden.
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Ein Gebläse 06, z. B.
ein Querstromrotor 06 erstreckt sich im wesentlichen über die
gesamte Länge
des Mantels 01 in dessen hohlem Inneren und ist mit Hilfe
zweier Lager 07, z. B. Wälzlager 07 drehbar gelagert,
die jeweils mit einem äußeren Ring
an der Innenseite des Mantels 01 anliegen und mit einem
inneren Ring jeweils eine Stirnplatte 08 bzw. einen Stirnring 09 des
Querstromrotors 06 tragen.
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Zwischen der Stirnplatte 08 und
dem Stirnring 09 erstrecken sich, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt,
eine Mehrzahl von Lamellen 11 mit gekrümmtem Querschnitt in axialer
Richtung des Mantels 01. Die Lamellen 11 erzeugen
bei einer Drehung des Querstromrotors 06 einen Überdruck
in einem Zwischenraum 12 zwischen dem Querstromrotor 06 und
dem Mantel 01, so dass Luft aus dem Zwischenraum 12 über die
Luftaustrittsöffnungen 02 ausströmt, um ein
Luftkissen für
eine um den Mantel 01 herumgeschlungene (nicht dargestellte)
Materialbahn, z. B. eine Papierbahn
zu schaffen. In den durch die Drehung unter Unterdruck gesetzten
Innenraum des Querstromrotors 06 fließt Außenluft über die offene Stirnseite 03 des
Mantels 01 und die Öffnung des
Stirnrings 09 des Querstromrotors 06 nach.
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Die Drehung des Querstromrotors 06 ist
angetrieben durch eine an der Stirnplatte 08 angreifende
Welle 14, die über
ein Kardangelenk 16 an eine durch das Rohr 04 geführte Welle 17 gekoppelt
ist. Ein (nicht dargestellter) Elektromotor zum Antreiben der Welle 17 ist
an dem Traggestell montiert.
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Die Verbindung des Rohrs 04 mit
dem Traggestell kann mit einem großen freien Durchgangsquerschnitt
ausgebildet sein, und auch die Stirnplatte 08 kann (nicht
dargestellte) Durchbrechungen aufweisen, um ein Nachströmen von
Luft in den Innenraum 13 des Motors auch von Seiten des
Rohrs 04 her zu ermöglichen.
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Bei der in 3 gezeigten zweiten Ausgestaltung werden,
wie auch bei den nachfolgenden Ausgestaltungen, gleiche Bezugszeichen
für gleiche Elemente
wie in 1 und 2 verwendet.
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Bei der Ausgestaltung der 3 ist ein Elektromotor 21 zum
Drehantreiben des Querstromrotors 06 innerhalb des Mantels 01 an
einem geschlossenen Ende 22 angeordnet. Ein Tragarm 23,
der die Wendestange mit dem (nicht dargestellten) Traggestell verbindet,
greift außen
an dem geschlossenen Ende 22 an. Durch den Tragarm 23 ist
eine elektrische Leitung zur Stromversorgung des Elektromotors 21 geführt. Die
dem Ende 22 gegenüberliegende Stirnseite 03 ist
wie beim ersten Ausführungsbeispiel offen,
so dass Außenluft
durch diese Öffnung
in den Innenraum 13 gesaugt wird.
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Der Querstromrotor 06 ist über die
Stirnplatte 08 unmittelbar mit der Antriebswelle des Elektromotors 21 verbunden;
der Stirnring 09 ist wiederum durch ein zwischen ihm und
dem Mantel 01 angeordnetes Wälzlager 07 gehalten.
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4 zeigt
eine dritte Ausgestaltung der Umlenkstange in einem axialen Schnitt.
Bei dieser Ausgestaltung trägt
der Mantel 01 an einer von den Luftaustrittsöffnungen 02 abgewandten
Seite einen Steg 24, an dem ein (nicht dargestellter Tragarm)
des Traggestells schwenkbar befestigbar ist, so dass die Umlenkstange
zwischen zwei Anschlagpositionen um eine zur Schnittebene senkrechte
Achse um ca. 90° schwenkbar
ist.
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Im Inneren des Mantels 01 sind
zwei Querstromrotoren 06 angeordnet, die jeweils als Antrieb über einen
Elektromotor 21 verfügen.
Die Elektromotoren 21 sind an einander gegenüberliegenden
Enden 22 der Wendestange angeordnet. Um einen Zutritt von
Außenluft
in die Innenräume 13 der
Querstromrotoren 06 zu ermöglichen, sind die Wellen 26 der
Elektromotoren 21 hohl und an den Stirnflächen der
Umlenkstange herausgeführt.
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Die zwei Elektromotoren 21 sind
unabhängig voneinander
betreibbar, je nachdem, ob eine sich über die gesamte wirksame, d. h.
mit Luftaustrittsöffnungen 02 versehene
Breite des Mantels 01 erstreckende Materialbahn umgelenkt
werden soll oder eine Materialbahn, die jeweils nur die linke oder
rechte Hälfte
dieser wirksamen Breite bedeckt.
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Der nicht von einer Materialbahn
umschlungene Querstromrotor 06 bleibt unangetrieben. Da
die Zwischenräume 12,
die den linken und rechten Querstromrotor 06 umgeben, voneinander
jeweils durch die Wälzlager 07 oder
anderer Abdeckungen getrennt sind, kommt es allenfalls zu einem
geringen Entweichen von Druckluft aus dem den angetriebenen Querstromrotor 06 umgebenden
Zwischenraum 12 in axialer Richtung; der bei weitem überwiegende Teil
der erzeugten Druckluft entweicht durch die Luftaustrittsöffnungen 02 und
erzeugt so das gewünschte
Luftkissen zwischen dem Mantel 01 und der umzulenkenden
Materialbahn.
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5 zeigt
einen axialen Teilschnitt durch eine Umlenkstange gemäß einer
vierten Ausgestaltung der Erfindung. Der Aufbau der Wendestange
ist in Bezug auf die durch die strichpunktierte Linie A bezeichnete
Schnittebene symmetrisch mit Ausnahme des Tragarms 23,
der selbstverständlich
nur an dem in der 5 gezeigten
Ende 22 der Umlenkstange angreift, während das nicht dargestellte,
gegenüber liegende
Ende 22 fliegend gelagert ist.
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Wie bei der Ausgestaltung der 4 haben die Elektromotoren 21 eine
dicke, hohle Welle 26, die stirnseitig herausgeführt ist
und die Versorgung des Innenraums 13 des fest an die Welle 26 gekoppelten Querstromrotors 06 mit
Außenluft
ermöglicht.
Die Welle 26 erstreckt sich frei durch einen zweites Gebläse 27,
z. B. Querstromrotor 27. Dieser
zweite Querstromrotor 27 weist an seiner dem Motor 21 zugewandten
Stirnseite einen Stirnring 09 mit einer zentralen Öffnung auf,
durch die die Welle 26 verläuft, wobei der freie Querschnitt
der Öffnung
erheblich größer als
der Querschnitt der Welle 26 ist. Zwischen dem Elektromotor 21 und
dem Stirnring 09 befindet sich eine Kammer 28,
die über
eine Mehrzahl von in den Mantel 01 gebrochenen Ansaugöffnungen 29 mit
der Umgebung in Verbindung steht.
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Die Versorgungsleitungen für beide
Elektromotoren 21 sind durch den Tragarm 23 geführt.
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Eine dem Stirnring 09 gegenüber liegende Stirnfläche 31 des
Querstromrotors 27 ist durch axiales Verschieben des Querstromrotors 27 oder,
alternativ, des Querstromrotors 06 und der Welle 26,
mit dem Querstromrotor 06 in Reib- oder Kraftschluss bringbar.
Zur Verstärkung
des Kraftschlusses können die
Stirnfläche 31 und
die gegenüberliegende
Fläche des
Querstromrotors 06 mit komplementären Verzahnungen versehen sein.
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In der in 5 gezeigten Konfiguration sind die zwei
Querstromrotoren 06; 27 außer Eingriff, und der Elektromotor 21 treibt
nur den Querstromrotor 06 an. Wenn der Kraftschluss hergestellt
ist, rotieren beide Querstromrotoren 06; 27. Da
auch in der nicht dargestellten gegenüberliegenden Hälfte des
Mantels 01 die Querstromrotoren 06; 27 in
entsprechender Weise selektiv antreibbar sind, ist die Umlenkstange
der 5 in der Lage, ein
Luftkissen von angepasster Breite jeweils unter einer viertelbreiten
Materialbahn, die an einem der zwei mittleren Viertel des Mantels 01 umgelenkt
wird, einer halbbreiten Materialbahn, die an den zwei mittleren
Vierteln des Mantels 01 umgelenkt wird, unter einer dreiviertelbreiten oder
einer vollbreiten Materialbahn zu erzeugen.
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6 zeigt
eine fünfte
Ausgestaltung der Umlenkstange, die sich von der Ausgestaltung der 5 dadurch unterscheidet,
dass die Kammer 28 mit den Ansaugöffnungen 29 entfallen
ist; statt dessen ist eine Mehrzahl von Öffnungen 32 in dem
sich durch den zweiten Querstromrotor 27 erstreckenden Abschnitt
der Welle 26 gebildet.
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Wenn bei dieser Ausgestaltung nur
der Querstromrotor 06 von dem Elektromotor 21 angetrieben
wird und der zweite Querstromrotor 27 steht, so wird zum
Ausgleich des Unterdrucks im Innenraum 13 des Querstromrotors 06 Luft
einerseits durch die Welle 26 vom Ende 22, andererseits
durch die Öffnungen 32 aus
dem Innenraum 13 des zweiten Querstromrotors 27 angesaugt.
Dies ist möglich,
da über
die Luftaustrittsöffnungen 02 des
vom Querstromrotor 27 ausgefüllten Abschnitts des Mantels 01 Luft
ins Innere nachfließen
kann. D. h. die Luftaustrittsöffnungen 02 dieses
Abschnitts übernehmen
die Aufgabe der Ansaugöffnungen 29 der
vierten Ausgestaltung, wenn der Querstromrotor 27 nicht
rotiert. Wenn hingegen beide Querstromrotoren 06; 27 gekoppelt
rotieren, so werden beide über
die Welle 26 von dem Enden 22 her mit Außenluft
versorgt, von der ein Teil aus der Welle 26 durch die Öffnungen 32 in
den Querstromrotor 27 nachströmt.
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In der Umlenkstange können mehrere
Elektromotoren 21 angeordnet sein.
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Die Elektromotoren 21 sind
auf unterschiedliche Drehzahlen einstellbar.
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Die Drehzahl der Elektromotoren 21 ist
in Abhängigkeit
von Breite und/oder Geschwindigkeit und/oder Reibwert und/oder Spannung
der Materialbahn einstellbar.
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Die Elektromotoren 21 einer
Umlenkstange weisen z. B. einem Betriebszustand
unterschiedliche Drehzahlen auf.
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- 01
- Mantel
- 02
- Luftaustrittsöffnung
- 03
- Stirnseite
- 04
- Rohr
- 05
- -
- 06
- Gebläse, Querstromrotor
- 07
- Lager,
Wälzlager
- 08
- Stirnplatte
- 09
- Stirnring
- 10
- -
- 11
- Lamelle
- 12
- Zwischenraum
(06; 01)
- 13
- Innenraum
(06)
- 14
- Welle
- 15
- -
- 16
- Kardangelenk
- 17
- Welle
(04)
- 18
- -
- 19
- -
- 20
- -
- 21
- Elektromotor
- 22
- Ende
- 23
- Tragarm
- 24
- Steg
- 25
- -
- 26
- Welle
(21)
- 27
- Gebläse, Querstromrotor
- 28
- Kammer
- 29
- Ansaugöffnung
- 30
- -
- 31
- Stirnfläche (27)
- 32
- Öffnung