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Die
Erfindung betrifft eine Rollenwicklerwalze mit einem Mantel, der
mindestens eine Druckkammer mit einem Druckfluid-Eingang aufweist,
wobei eine Druckeinstelleinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe
der Druck des Druckfluids in der Druckkammer einstellbar ist.
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Ein
Rollenwickler dient dazu, eine Materialbahn, beispielsweise eine
Papierbahn, zu einer Materialbahnrolle, beispielsweise einer Papierrolle,
aufzuwickeln. Hierbei liegt die Rolle in vielen Fällen unter
ihrem Eigengewicht ganz oder teilweise an der Rollenwicklerwalze
an.
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Beim
Wickeln einer Bahn zu einer Rolle möchte man in der Regel einen
bestimmten Wickelhärteverlauf
einstellen. Bei diesem Wickelhärteverlauf
sollte die Wickelhärte
von innen nach außen
abnehmen oder jedenfalls konstant bleiben. Dies ist ohne zusätzliche
Maßnahmen
praktisch nicht zu realisieren, weil sich mit zunehmendem Durchmesser ein
immer höheres
Rollengewicht ergibt. Der Druck im Auflagenip der Rolle auf der
Walze steigt dann. Dieser Druck ist aber mit ein Kriterium für die Wickelhärte. Je
größer der
Druck ist, desto größer ist
die Wickelhärte.
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Man
hat daher Maßnahmen
vorgesehen, um den Druck mit zunehmendem Rollengewicht jedenfalls
nicht steigen zu lassen. Eine derartige Maßnahme ist die Verwendung einer
Walze mit veränderbarer
Härte.
Die Härte
wird eingestellt, in dem der Druck in der Druckkammer über den
Druckfluid-Eingang gesteuert wird. Wenn der Druck hoch ist, dann
ist die Walze hart und bildet mit der Rolle einen schmalen Auflagenip,
in dem entsprechend größere Druckspannungen
herrschen. Mit zunehmendem Rollendurchmesser kann man den Druck
in der Druckkammer absenken, wodurch sich der Auflagenip vergrößert und
die Druckspannungen entsprechend sinken.
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Allerdings
hat diese Vorgehensweise den Nachteil, daß die Oberfläche der
Walze bei abnehmendem Druck in der Druckkammer aufgrund der Walkarbeit
stark erwärmt
wird. Dies kann unter Umständen
negative Auswirkungen auf das Wickeln der Bahn haben.
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DE 299 07 798 U1 zeigt
eine Wickelachse für eine
Wickelmaschine zum Auf- oder Abwickeln einer Materialbahn, z.B.
einer Papier- oder Kartonbahn. Die Wickelachse weist einen expandierbaren
Außenmantel
auf. Im Außenmantel
oder zwischen dem Außenmantel
und einem als Achse dienenden Walzenrohr sind mehrere voneinander
unab hängige
und über
die Bahnbreite verteilte Expansionszonen vorgesehen.
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DE 197 42 383 A1 zeigt
eine Vorratstrommel, auf der ein langgestrecktes Wickelgut aufgewickelt ist.
Die Vorratstrommel ist in radialer Richtung dehnbar ausgebildet,
so daß sich
für das
langgestreckte Wickelgut eine vorgebbare Zugspannungsänderung einstellen
läßt.
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DE 195 05 656 A1 zeigt
eine Stange zur Aufnahme von Materialrollen, bei der das Material
auf der Stange schlupffrei und zentrisch gelagert werden soll. Dabei
sollen Hülsen
gegenüber
Knicken und Brechen gesichert werden. Die Stange ist hohl und an
ihren Enden verschlossen, wobei der Verschluß an einem Ende ein Ventil
aufweist. Die Stange ist in einem Bereich, in dem sie Materialrollen
oder Hülsen trägt, mit
Austrittsöffnungen
versehen. Sie ist mit einem elastischen, durch Fluide aufwölbbaren Schlauch überzogen,
der an seinen Enden gas- und flüssigkeitsdicht
sowie druckdicht mit der Stange verbunden ist, so daß man durch
Unterdrucksetzen des Zwischenraums zwischen dem Schlauch und der Stange
eine radiale Ausdehnung des Schlauchs erzielen kann.
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GB 357 776 zeigt eine Walze
mit einer gummiartigen Außenschicht.
Radial innerhalb dieser Außenschicht
sind eine oder mehrere Luftkammern vorgesehen, die unter Druck gesetzt
werden können.
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DE 40 35 054 A1 zeigt
eine Rollenwicklerwalze, bei der auf einer elastisch nachgiebigen
Zwischenschicht aus einem elastomeren Material ein Laufmantel aus
dünnwan digem
Federstahl angeordnet ist. Dieser Laufmantel kann sich in einer
zur Achse der Walze senkrechten Ebene unter dem Auflagedruck eines
Wickels verformen und dem Außenumfang
des Wickels anschmiegen. Dadurch entsteht ein breiterer Anlagebereich
und ein entsprechend niedriger spezifischer Nipdruck. In der Zwischenschicht sind
Kanäle
vorgesehen, die die Nachgiebigkeit erhöhen und zur Kühlung beitragen.
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EP 0 945 382 A2 zeigt
eine Rollenwicklerwalze mit einer elastischen Oberflächenschicht
auf einem Kern, wobei die Oberflächenschicht Öffnungen in
ihrer Oberfläche
aufweist. Um ein Aufschwimmen der Materialbahn auch bei höheren Geschwindigkeiten
verringern zu können,
steht jede Öffnung über einen
Kanal mit einem Luftaufnahmevolumen in Verbindung, das zumindest
in Umfangsrichtung der Walze abgeschlossen ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebseigenschaften
der Walze zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Rollenwicklerwalze der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß die Druckkammer
einen Druckfluid-Ausgang aufweist, wobei eine Druckfluid-Strömung vom
Druckfluid-Eingang zum Druckfluid-Ausgang ermöglicht wird.
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Man
verwendet das Druckfluid also nicht mehr nur dazu, die Härte des
Mantels einzustellen, indem der Druck höher oder niedriger eingestellt wird.
Man verwendet das Druckfluid auch dazu, Wärme aus dem Mantel abzutransportieren.
Durch den Druckfluid-Ausgang ist es nämlich möglich, eine Druckfluid-Strömung vom
Druckfluid-Eingang
zum Druckfluid-Ausgang einzurichten. Da nunmehr ein laufender Austausch
von Druckfluid in der Druckkammer stattfinden kann, ist das Druckfluid
in der Lage, Wärme
aus der Druckkammer und damit aus dem Mantel abzutransportieren.
Damit läßt sich
zwar nicht verhindern, daß durch
die Walkarbeit Wärme
entsteht. Die Wärme
kann aber abtransportiert werden, bevor sie zu einer übermäßigen Temperaturerhöhung führt. Natürlich ist
man nicht darauf beschränkt, pro
Druckkammer nur einen einzigen Druckfluid-Eingang oder einen einzigen
Druckfluid-Ausgang zu verwenden. Wenn es sinnvoll ist, kann das
Druckmittel auch durch mehrere Eingänge zugeführt und/oder mehrere Ausgänge abgeführt werden,
solange ein Abtransport von Wärme
gewährleistet
ist.
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Vorzugsweise
ist der Druckfluid-Ausgang zum Druckfluid-Eingang versetzt angeordnet. Dies ist eine
relativ einfache Maßnahme,
um sicherzustellen, daß tatsächlich eine
Strömung
vom Druckfluid-Eingang zum Druckfluid-Ausgang erfolgt. Das Druckfluid ist
dann in der Lage, die Wärme
aus einem größeren Bereich
des Mantels der Walze abzutransportieren.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Druckfluid-Eingang und dem Druckfluid-Ausgang ein
Strömungspfad
ausgebildet, der mindestens 50 % des Volumens der Druckkammer beaufschlagt.
Es hat sich herausgestellt, daß der
Strömungspfad
nicht alle Bereiche in der Druckkammer erreichen muß, um einen
Wärmeabtransport
zu ermöglichen.
Bereits der Austausch von etwa 50 % des Volumens des Druckfluids
ermöglicht
nämlich
einen ausreichenden Wärmeausgleich
zwischen dem ausgetauschten Druckfluid und dem in der Druckkammer
verbleibenden Druckfluid. Durch diesen Austausch ist aber ein ausreichender
Abtransport der Wärme
aus der Druckkammer und damit aus dem Mantel sichergestellt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die Druckkammer in Umfangsrichtung und Druckfluid-Eingang
und Druckfluid-Ausgang sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander
angeordnet. Damit erzeugt man eine Strömung zwischen dem Druckfluid-Eingang
und dem Druckfluid-Ausgang in Umfangsrichtung. Die Strömungswege
werden dadurch relativ kurz gehalten. Gleichzeitig wird aber sichergestellt,
daß tatsächlich die
gesamte Walze beaufschlagt werden kann. Die kurzen Strömungswege
stellen sicher, daß das
Druckfluid ausreichend Wärme
aufnehmen und abtransportieren kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß Druckfluid-Eingang
und Druckfluid-Ausgang um 180° zueinander versetzt
sind. In diesem Fall entstehen praktisch zwei Strömungswege,
die in entgegengesetzte Richtungen jeweils um die Hälfte der
Walze herumgeführt sind.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Druckfluid-Eingang
und der Druckfluid-Ausgang
benachbart angeordnet sind, wobei zwischen Druckfluid-Eingang und
Druckfluid-Ausgang eine Trennwand angeordnet ist. Diese Ausgestaltung
ergibt zwar nur einen einzigen Strömungsweg, der um den gesamten
Umfang der Walze herumgeführt
ist. Dafür
wird aber die Anschlußanordnung
etwas vereinfacht.
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Bevorzugterweise
weist der Druckfluid-Ausgang eine Drossel auf. Mit Hilfe der Drossel
kann man dafür
sorgen, daß zwar
Druckfluid aus der Druckkammer abströmen kann, der Druckverlust durch
das abströmende
Druckfluid aber klein bleibt.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Drossel einen veränderbaren
Strömungswiderstand
aufweist und einen Teil der Druckeinstelleinrichtung bildet. Mit
anderen Worten kann man nicht nur am Druckfluid-Eingang Maßnahmen
vorsehen, um den Druck einzustellen, sondern über die veränderbare Drossel auch am Druckfluid-Ausgang.
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Bevorzugterweise
weist die Druckeinstelleinrichtung eine Volumeneinstell-Funktion
auf. Der Wärmetransport
ist unter anderem davon abhängig,
wieviel Druckfluid durch die Druckkammer strömt. Je größer der Volumenstrom ist, desto
größer ist
der Wärmetransport.
Bei einem kleineren Volumenstrom ergibt sich umgekehrt auch nur
eine schwächere Transport-Funktion. Über die
Volumeneinstell-Funktion läßt sich
dementsprechend die Walze "temperieren", d.h. man kann in
gewissen Bereichen die Temperatur des Mantels einstellen.
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Bevorzugterweise
ist der Druckfluid-Eingang mit einem durch einen Walzenzapfen geführten Zuführkanal
verbunden und der Druckfluid-Ausgang mit einem durch einen Walzenzapfen
geführten
Abflußkanal
verbunden. Dadurch läßt sich
das Druckfluid von außen
steuern. Die Härte
des Walzenmantels kann dementsprechend von außen gesteuert werden.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß der
Zuführkanal
in einem anderen Walzenzapfen als der Abflußkanal angeordnet ist. Man
erzeugt in diesem Fall nicht nur eine Durchströmung des Mantels in Umfangsrichtung,
sondern eine entsprechende Durchströmung in axialer Richtung. Diese
Durchströmung
findet dann zwar im Innern der Walze statt. Sie sorgt aber jedenfalls
in gewissen Grenzen für
einen Temperaturausgleich in axialer Richtung.
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Vorzugsweise
sind mehrere Druckkammern vorgesehen, die parallel zueinander vom
Druckfluid durchströmbar
sind. Damit wird erreicht, daß sämtliche
Teile des Mantels der Walze zuverlässig von dem Druckfluid-Strom
erreicht werden, so daß durch
ungünstige
Strömungsverhältnisse
keine lokalen heißen
Stellen entstehen können.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Druckkammern axial nebeneinander angeordnet sind. Die Druckkammern
sind also nach Art von nebeneinander angeordneten Fahrradreifen
ausgebildet, so daß sich
Ringe ergeben, deren Druck eingestellt werden kann. In diesen Ringen
wird die Strömung
des Druckfluids in Umfangsrichtung aufrechterhalten.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Druckkammern in Druckkammerkörpern
angeordnet sind, die radial außen
durch einen axial durchgehenden Schutzbezug abgedeckt sind. Dieser
Schutzbezug dient zu einer Vergleichmäßigung der Oberfläche.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch
eine Rollenwicklerwalze,
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2 eine erste Ausbildungsform
und
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3 eine zweite Ausbildungsform
von Strömungswegen.
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1 zeigt eine Rollenwicklerwalze 1 mit
einem Walzenkörper 2 der
an seinen beiden axialen Enden jeweils einen Walzenzapfen 3, 4 aufweist.
Die Walze 1 kann mit Hilfe der Walzenzapfen 3, 4 in
nicht näher
dargestellter Weise drehbar gelagert werden.
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Die
Walze 1 weist eine Oberfläche 5 auf, auf der
im Betrieb eine Wickelrolle aufliegt, beispielsweise eine Papierrolle,
auf die eine Papierbahn aufgewickelt wird.
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Um
diese Oberfläche 5 nachgiebig
zu machen und mit veränderbarer
Härte auszugestalten, sind
auf der Trommel 2 mehrere in Axialrichtung nebeneinander
angeordnete, die Trommel 2 umgebende Druckkörper 6 angeordnet,
die von einem Schutzbezug 7 abgedeckt sind. Der Schutzbezug 7 ist
zwar in gewisser Hinsicht nachgiebig und flexibel. Er weist aber
eine Steifigkeit auf, die ausreicht, um in Lücken 8, die zwischen
benachbarten Druckkörpern 6 gebildet
sind, keine Rillen entstehen zu lassen.
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Jeder
Druckkörper 6 umschließt eine
Druckkammer 9, die in Umfangsrichtung des Walzenkörpers 2 geschlossen
ist. Die Druckkammer 9 bildet also einen Ringraum um den
Walzenkörper 2.
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Der
Walzenkörper 2 weist
für jeden
Druckkörper 6 einen
Druckeingang 10 auf, der einen Druckanschluß 11 mit
der Druckkammer 9 verbindet. Im Druckanschluß 11 bzw.
einer Zuführleitung
dazu ist ein Druckeinstellventil 12 angeordnet, das mit
Hilfe einer Handhabe 13 ein Druckfluid, beispielsweise Druckluft,
unter einem mehr oder weniger großen Druck von einer nicht näher dargestellten
Druckversorgung in die Druckkammer 9 gelangen läßt.
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Zusätzlich weist
der Walzenkörper 2 für jede Druckkammer
einen Druckausgang 14 auf, der mit einem Ausgangsanschluß 15 verbunden
ist. Im Ausgangsanschluß 15 oder
einer damit verbundenen Leitung ist eine verstellbare Drossel 16 angeordnet, deren
Drosselwiderstand über
eine Handhabe 17 einstellbar ist.
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Die
Druckeingänge 10 für alle Druckkammern 9 und
die Druckausgänge 4 für alle Druckkammern 9 sind
jeweils parallel an den Druckanschluß 11 bzw. an den Ausgangsanschluß 15 angeschlossen. Es
ist auf diese Weise relativ einfach möglich, in allen Druckkammern 9 den
gleichen Druck einzustellen.
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Der
Druckanschluß 11 ist
in dem einen Walzenzapfen 3 angeordnet und der Ausgangsanschluß 15 ist
in dem anderen Walzenzapfen 4 angeordnet. Druckfluid, beispielsweise
Druckluft, das vom Druckanschluß 11 zum
Ausgangsanschluß 15 strömt, durchströmt daher
die Walze 1 in axialer Richtung.
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Zusätzlich durchströmt das Druckfluid
jede Druckkammer 9 in Umfangsrichtung, wie dies in 2 schematisch dargestellt
ist. In der Druckkammer 9 ergeben sich zwei Strömungspfade 18, 19,
deren Strömungsrichtung,
die durch Pfeile angedeutet sind, einander entgegengerichtet sind
und die den Walzenkörper 2 um
etwa 180° umgeben.
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In 3 ist eine alternative Ausgestaltung vorgesehen.
Hier ist in der Druckkammer zwischen dem Druckeingang 10 und
dem Druckausgang 14 eine Trennwand 20 angeordnet,
so daß sich
ein Strömungspfad 21 ergibt,
der praktisch über
360° um
den Walzenkörper 2 herumgeführt ist.
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Die
Walze 1 kann nun wie folgt betrieben werden:
Durch
eine Veränderung
des Strömungswiderstands der
Drossel 16 und durch eine entsprechende Einstellung der
Druckeinstellvorrichtung 12 läßt sich in den Druckkammern 9 ein
Druck einstellen. Der Druck wird dabei so eingestellt, daß die Oberfläche 5 der Walze 1 in
gewünschter
Weise nachgiebig ist. Zu Beginn eines Wickelvorgangs, wenn die zu
wickelnde Rolle noch einen kleinen Durchmesser und damit ein geringes
Gewicht hat, wird der Druck relativ groß eingestellt, so daß die Oberfläche 5 der
Walze 1 hart ist. Mit zunehmendem Rollengewicht wird der
Druck in den Druckkammern 9 abgesenkt.
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Der
Druck in den Druckkammern 9 wird allerdings nicht durch
ein statisches Luftkissen erzeugt, bei dem lediglich Druckfluid,
beispielsweise Druckluft in die Druckkammer 9 eingespeist
und bei Bedarf wieder abgelassen wird. Man erzeugt vielmehr einen stetigen
Druckmittelstrom vom Druckanschluß 11 zum Ausgangsanschluß 15.
Diese Strömung
des Druckfluids durch die Walze 1 hindurch nimmt Wärme auf,
die sich beim Walken des aus den Druckkörpern 6 und dem Schutzbezug 7 gebildeten
Mantels 22 bildet, und führt sie nach außen ab.
Damit kann die Temperatur des Mantels 22 in vertretbaren
Grenzen gehalten werden.
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Durch
das Zusammenwirken der Druckeinstellvorrichtung 12 mit
der verstellbaren Drossel 16 läßt sich aber nicht nur der
Druck in den Druckkammern 9 einstellen, sondern auch ein
Volumenstrom, mit dem das Druckfluid die Walze 1 durchströmt. Wenn
ein größerer Volumenstrom
gewünscht
wird, dann muß der
Strömungswiderstand
der Drossel 16 verringert werden und gleichzeitig der Zustrom
durch die Druckeinstellvorrichtung 12 in einem stärkeren Maß freigegeben
werden. Je größer der
Volumenstromen des Druckfluids durch die Walze 1 ist, desto mehr
Wärme kann
das Druckfluid abtransportieren.
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Natürlich ist
es auch möglich,
in einer Druckkammer mehrere Strömungspfade
einzurichten. In diesem Fall wird man mehr als einen Druckeingang 10 und
gegebenenfalls mehr als einen Druckausgang 14 vorsehen.
Es ist auch nicht erforderlich, daß ein Strömungspfad 18, 19 oder 21 jeden
Punkt in der Druckkammer 9 erreicht. Man muß nur insgesamt
dafür sorgen,
daß ein
Austausch von Druckfluid in ausreichendem Maße vorkommt. Auch das Druckfluid, das
selbst nicht ausgetauscht wird, kann seine Wärme an das durchströmende Druckfluid
abgeben. In der Regel wird sich aber durch Verwirbelungen oder andere
Effekte ohnehin der gewünschte
Austausch ergeben.