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Die Erfindung betrifft eine Rollenwickeleinrichtung
mit einer ersten Tragwalze, einer zweiten Tragwalze, die mit der
ersten Tragwalze ein Wickelbett bildet, in dem eine Materialbahn
zu einer Wickelrolle wickelbar ist, und einer Belastungswalze.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
einer Papierbahn als Beispiel für
die Materialbahn beschrieben, die zu einer Wickelrolle aufgewickelt
wird. Sie ist aber prinzipiell auch bei anderen Materialbahnen anwendbar.
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Papierbahnen werden in der Regel
endlos und mit relativ großen
Breiten bis zu 10 m produziert. Um später für einen Verwender handhabbar
zu werden, werden sie in einem der letzten Herstellungsschritte
auf die vom Verwender gewünschte
Breite, in der Regel im Bereich von 0,2 bis 5 m, geschnitten, und
zu Wickelrollen aufgewik kelt. Der Enddurchmesser der Wickelrollen
liegt im Bereich von 0,5 bis 2,5 m.
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Beim Herstellen der Wickelrollen
möchte man
einen gewissen Wickelhärteverlauf
erreichen. Die Wickelhärte
sollte von innen nach außen
abnehmen oder zumindest konstant bleiben. Wenn die Wickelhärte einen
ungünstigen
Verlauf hat, kann es zu Hülsenläufern, Falten,
Platzern oder Rissen in der Papierbahn kommen.
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Die Wickelrolle muß beim Wickeln
abgestützt
werden. Bei einer Lagerung im Wickelbett liegt sie beim Wickeln
auf den beiden Tragwalzen auf. Mit zunehmendem Rollendurchmesser
wächst
auch das Gewicht der Wickelrolle an. Dies führt zu dem Problem, daß die Druckspannung
im Auflagenip der Wickelrolle auf den Tragwalzen ansteigt. Diese
Druckspannung ist aber eine Einflußgröße, mit deren Hilfe die Wickelhärte beeinflußt werden
kann. Eine höhere Druckspannung
führt zu
einer höheren
Wickelhärte. Ohne
zusätzliche
Maßnahmen
würde daher
die Wickelhärte
mit zunehmendem Durchmesser der Wickelrolle anwachsen, was unerwünscht ist.
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Man hat daher eine Reihe von Überlegungen angestellt,
wie man die Druckspannung vermindern kann. Eine Möglichkeit
besteht darin, unter der Wickelrolle ein Druckluftpolster aufzubauen,
das einen Teil der Gewichtskraft übernimmt und somit zu einer Verminderung
der Druckspannung im Auflagenip führt. Diese Vorgehensweise ist
aber im Betrieb relativ aufwendig.
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Ein zusätzliches Problem besteht darin,
daß man
die Tragwalzen einerseits so eng benachbart anordnen muß, daß eine Wickelhülse zu Beginn
des Wickelvorgangs zuverlässig
abgestützt
werden kann. Andererseits müssen
die Tragwalzen aber auch in der Lage sein, eine fertige Wickelrolle
mit einem größeren Enddurchmesser
zu unterstützen
und zu halten, so daß sie
nicht aus dem Wickelbett herausspringt. Hierzu ist es bekannt, die
beiden Tragwalzen horizontal auseinander zu fahren, so daß die Wickelrolle
tiefer in das Wickelbett eintauchen kann und dadurch mit höherer Zuverlässigkeit
abgestützt
wird. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, daß die Streckenlasten
in den Auflagenips steigen, was wiederum die Wickelhärte ungünstig beeinflußt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Wickelhärte
der Wickelrolle besser zu steuern.
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Diese Aufgabe wird bei einer Rollenwickeleinrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die zweite Tragwalze auf
einer zur Horizontalen geneigten Führungsbahn von einer unteren Startposition
aus nach oben verfahrbar ist.
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Mit dieser Ausgestaltung ist es zu
Beginn des Wickelvorganges möglich,
die Wickelhülse,
auf der die Materialbahn aufgewickelt wird, zuverlässig in dem
Wikkelbett zu halten, das durch die beiden Tragwalzen gebildet wird.
Dabei trägt
die erste Tragwalze den größten Teil
des Gewichts der Wickelrolle, wenn die zweite Tragwalze nach oben
verfahren worden ist. Wenn die zweite Tragwalze auch in der Startposition
höher als
die erste Tragwalze angeordnet ist, was bevorzugt wird, dann trägt die erste
Tragwalze von Anfang an mehr Gewicht oder sogar das gesamte Gewicht
der sich bildenden Wickelrolle. Die zweite Tragwalze hat in der
Startposition mehr die Funktion eines Widerlagers, gegen das die
Wickelhülse
durch die Belastungswalze gedrückt
wird, um zu Beginn des Wickelvorgangs eine gewünschte hohe Wikkelhärte zu erreichen.
Mit zunehmendem Wickelverlauf nimmt der Durchmesser der Wickelrolle
zu. Die zweite Tragwalze trägt
dem Rechnung, indem sie den Abstand zur ersten Tragwalze vergrößert. Sie
wird nämlich
entlang der geneigten Führungsbahn
von unten nach oben verfahren. Dabei wird die Gewichtskraft der
Wickelrolle nach wie vor hauptsächlich
von der ersten Tragwalze aufgenommen. Die zweite Tragwalze übernimmt
nach wie vor hauptsächlich
eine Stützfunktion.
Die Belastungswalze bleibt an der Wickelrolle anliegen. Die Wickelrolle
wird dann in einer Drei-Punkt-Lagerung gehalten, ist also auch bei
höheren
Geschwindigkeiten dagegen gesichert, daß sie aus dem Wickelbett herausspringt.
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Vorzugsweise schließt die Führungsbahn
mit der Horizontalen einen Winkel im Bereich von 30° bis 60° ein. Die
zweite Tragwalze wandert also beim Wickeln schräg nach oben. Durch die Wahl
des Winkels um 45° herum
wird sichergestellt, daß die
Gewichtskraft der Wickelrolle hauptsächlich auf die erste Tragwalze
abgeleitet wird. Durch eine entsprechende Ausbildung der ersten
Tragwalze kann man dafür sorgen,
daß die
Druckspannungen hier nicht zu groß werden.
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Vorzugsweise ist die Führungsbahn
geradlinig ausgebildet. Dies erleichtert die Steuerung der Bewegung
der zweiten Tragwalze.
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Bevorzugterweise ist die Belastungswalze an
einer zur Horizontalen geneigten Bewegungsbahn von einer unteren
Startposition nach oben verfahrbar, wobei die Neigung der Bewegungsbahn
der Neigung der Führungsbahn
entgegengesetzt gerichtet ist. Auch die Belastungswalze trägt also
dem Durchmesserzuwachs der Wickelrolle Rechnung. Wenn man die Belastungswalze
zwar auch nach oben, aber in entgegengesetzte Richtung wie die zweite
Tragwalze verlagert, dann ergibt sich die oben geschilderte Drei-Punkt-Abstützung der
Wickelrolle beim Wickeln.
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Bevorzugterweise ist unterhalb der
Startposition der zweiten Tragwalze neben der ersten Tragwalze eine
Hülsenzufuhreinrichtung
angeordnet. Man kann nun die Tatsache, daß die zweite Tragwalze beim
Wickeln von der ersten Tragwalze weg verlagert wird, in vorteilhafter
Weise dazu ausnutzen, einen Rollenwechsel-Vorgang zu beschleunigen.
Die Hülsenzufuhreinrichtung
kann nämlich
eine Wickelhülse
schon zuführen,
bevor die Wickelrolle vollkommen fertiggestellt wird. Beim Wickeln
wandert die Wickelrolle nämlich
so weit aus dem Wickelbett heraus, daß die neue Wickelhülse zumindest
fast bis an den Platz verlagert werden kann, an dem das Wickeln
bei der neuen Wickelrolle beginnt. Dadurch, daß man den Transport der Wickelhülse zeitlich
in einen Abschnitt verlegen kann, in dem die Wickelrolle noch gewickelt
wird, wird Zeit eingespart.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß die
Hülsenzufuhreinrichtung
eine Rinne aufweist, die an Hebeln gehalten ist, die um die Achse
der ersten Tragwalze verschwenkbar sind. Dies ist eine relativ einfache
Möglichkeit,
die Wickelhülse
in die gewünschte Position
zu verla gern. Eine Rinne ist oben offen. Die Wickelhülse wird
also nur von unten unterstützt,
so daß der
Anfang der Materialbahn für
die neue Wickelrolle leicht an der Wickelhülse befestigt werden kann.
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Vorzugsweise weist die erste Tragwalze
eine weichere Oberfläche
als die zweite Tragwalze auf. Damit trägt man der Tatsache Rechnung,
daß der überwiegende
Teil der Gewichtskraft der Wickelrolle über die erste Tragwalze abgeleitet
wird. Die weichere Oberfläche,
beispielsweise eine nachgiebige Oberflächenschicht, sorgt dann dafür, daß die Druckspannungen
im Auflagenip der Wickelrolle auf der ersten Tragwalze nicht zu
groß werden.
Um die gewünschte
hohe Wickelhärte
am Anfang des Wickelvorgangs zu erhalten, wird die Wickelrolle bzw.
die Wickelrolle mit den darauf gewickelten Materialbahnlagen durch
die Belastungswalze in das Wickelbett gedrückt, so daß sich im Auflagenip zwischen
der Wikkelrolle und der zweiten Tragwalze erhebliche Druckspannungen
aufbauen können.
Die zweite Tragwalze hat eine härtere
Oberfläche,
so daß man auch
mit geringeren Kräften
die gewünschten
höheren
Druckspannungen erhalten kann.
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Bevorzugterweise weist die zweite
Tragwalze einen Verlagerungsantrieb entlang der Führungsbahn
auf. Man kann also die zweite Tragwalze gesteuert bewegen. Sie wird
nicht nur durch den zunehmenden Durchmesser der Wickelrolle nach
oben gedrückt.
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Vorzugsweise ist der Verlagerungsantrieb als
in zwei Richtungen wirkender Antrieb ausgebildet. Die zweite Tragwalze
wird also zu Beginn eines neuen Wickelvorgan ges nicht nur durch
die Schwerkraft nach unten bewegt, sondern sie wird durch den Antrieb
gesteuert nach unten bewegt. Dies erlaubt hohe Geschwindigkeiten
beim Rollenwechsel.
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Auch ist bevorzugt, daß die zweite
Tragwalze einen kleineren Durchmesser als die erste Tragwalze aufweist,
wobei der Durchmesser der zweiten Tragwalze so groß ist, daß sie bei
einer Verlagerung der zweiten Tragwalze zurück in die Startposition die Wickelrolle über den
Scheitel der ersten Tragwalze drückt.
Je kleiner der Durchmesser der zweiten Tragwalze ist, desto größere Druckspannungen
lassen sich erzielen. Andererseits sollte der Durchmesser der zweiten
Tragwalze auch nicht zu klein sein. Die zweite Tragwalze kann nämlich als
weitere Funktion auch den Ausstoß der fertigen Wickelrolle
aus dem Wickelbett übernehmen.
Wenn die zweite Tragwalze nach unten verfahren wird, dann drückt sie
die Wickelrolle aus dem Wickelbett heraus. Bei einer passenden Dimensionierung
wird dabei die Wickelrolle über
den Scheitelpunkt der ersten Tragwalze gedrückt, so daß sie dann aus dem Wickelbett
herausrollen kann.
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Bevorzugterweise ist dem Scheitel
der ersten Tragwalze benachbart eine Ablaufplatte angeordnet, deren
der ersten Tragwalze zugewandte Stirnseite als Schneide ausgebildet
ist. Beim Ausstoßen wird
die Materialbahn an dieser Schneide abgetrennt. Die fertige Wickelrolle
kann dann die Ablaufplatte hinunterrollen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
Rollenwickeleinrichtung zu Beginn eines Wickelvorgangs,
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2 die
Rollenwickeleinrichtung in einem fortgeschrittenen Stadium des Wickelvorgangs,
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3 die
Rollenwickeleinrichtung beim Rollenwechsel,
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4 die
Rollenwickeleinrichtung beim Wechsel zu einem etwas späteren Zeitpunkt
und
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5 verschiedene
Stadien beim Rollenwechsel.
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1 zeigt
eine Rollenwickeleinrichtung 1 mit einer ersten Tragwalze 2 und
einer zweiten Tragwalze 3, die zusammen ein Wickelbett 4 bilden,
in dem eine Wickelrolle 5 gebildet wird. Die Wickelrolle 5 entsteht,
indem eine Materialbahn 6 auf eine Wickelhülse 7 aufgewickelt
wird.
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Die erste Tragwalze 2 hat
einen größeren Durchmesser
als die zweite Tragwalze 3. Der Durchmesser der ersten
Tragwalze 2 liegt im Bereich von 1200 bis 1500 mm. Die
erste Tragwalze 2 weist eine elastische Oberflächenschicht 8 auf,
die weicher ist als eine Oberflächenschicht 9 an
der zweiten Tragwalze.
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Die erste Tragwalze 2 ist
stationär
in einem Maschinengestell 10 gelagert. Sie weist in nicht
näher dargestellter
Weise einen Antrieb auf, mit dem die erste Tragwalze 2 gedreht
werden kann. Die an der ersten Tragwalze 2 anliegende Wickelhülse 7 bzw.
die sich dar auf bildende Wickelrolle 5 wird dann gedreht.
Die Materialbahn ist außen
um die erste Tragwalze 2 herumgeführt und verläuft von
oben in das Wickelbett 4.
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Die zweite Tragwalze 3 ist
an einem Schlitten 11 gelagert, der an einer Führungsbahn 12 unter
der Wirkung eines Verlagerungsantriebs verfahren werden kann. Die
Führungsbahn 12 verläuft unter
einem Winkel von etwa 50° zur
Horizontalen. Am unteren Ende der Führungsbahn 12 ist
ein Anschlag 14 vorgesehen, der eine Startposition für die zweite
Tragwalze 3 definiert. Wenn der Schlitten 11 am Anschlag 14 anliegt,
dann hat die zweite Tragwalze 3 die größte Annäherung an die erste Tragwalze 2.
Anstelle eines Anschlags sind natürlich auch andere Steuermittel
möglich,
beispielsweise Endlagenschalter für den Verlagerungsantrieb 13,
der in zwei Richtungen wirkt, die zweite Tragwalze 3 also
schräg
nach oben oder schräg
nach unten verfahren kann.
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Auch die zweite Tragwalze 3 kann
in nicht näher
dargestellter, aber an sich bekannter Weise einen Rotationsantrieb
aufweisen.
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Eine Belastungswalze 15 ist
entlang einer Bewegungsbahn. 16 verlagerbar. Die Belastungswalze 15 weist
einen Druckantrieb 17 auf, beispielsweise in der Form einer
pneumatischen oder hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung. Der Druckantrieb 17 dient
einerseits zur Verlagerung der Belastungswalze 15 entlang
der Bewegungsbahn 16. Er ist aber auch in der Lage, die
Belastungswalze 15 mit einem gewissen Druck an der Wickelhülse 7 bzw.
der sich darauf aufbauenden Wickelrolle 5 auszuüben. Auch
die Belastungswalze 15 kann in nicht näher dargestellter, aber an
sich bekannter Weise einen Drehantrieb aufweisen.
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Die Materialbahn 6 durchläuft vor
dem Auftreffen auf die erste Tragwalze noch eine Schneideinrichtung 18,
wo sie in mehrere parallel laufende Teilbahnen unterteilt wird.
Die Teilbahnen werden dann im Wickelbett 4 nebeneinander
zu nebeneinander liegenden Wickelrollen 5 aufgewickelt.
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Zu Beginn des Wickelvorgangs, der
in 1 dargestellt ist,
werden die beiden Tragwalzen 2, 3 so dicht zueinander
gefahren, daß die
Wickelhülse 7 von
beiden Tragwalzen 2, 3 abgestützt wird, wenn sie durch die
Belastungswalze 15 in das Wickelbett 4 hineingedrückt wird.
Die Belastungswalze 15 wirkt dabei mit einer erhöhten Kraft
auf die Wickelhülse 7 bzw.
die sich darauf bildende Wickelrolle, so daß sich zu Beginn des Wickelvorganges
in den Nips zwischen der Wickelrolle 5 und den beiden Tragwalzen 2, 3 eine
ausreichende Streckenlast aufbauen kann, die dafür sorgt, daß die Wickelrolle 5 zu
Beginn des Wickelns mit einer relativ großen Wickelhärte gewickelt wird. Da die
zweite Tragwalze 3 einen relativ kleinen Durchmesser und
eine relativ harte Oberfläche
hat, werden insbesondere in dem Berührungsnip zwischen der Wickelrolle 5 und
der zweiten Tragwalze 3 entsprechend große Druckspannungen
erzeugt.
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Wenn der Wickelvorgang weiter fortschreitet, nimmt
der Durchmesser der Wickelrolle 5 zu, wie dies aus 2 ersichtlich ist. Mit zunehmendem Durchmesser
der Wikkelrolle 5 wird die zweite Tragwalze 3 schräg nach oben
verfahren. In gleicher Weise wird auch die Belastungs walze 15 schräg nach oben
verfahren, allerdings mit einer entgegengesetzten horizontalen Richtungskomponente.
Die Bewegungssteuerung der zweiten Tragwalze 3 und der Belastungswalze 15 ist
dabei so, daß die
Achse der Wikkelrolle 5 höchstens so hoch liegt wie die
Achsen der zweiten Tragwalze 3 und der Belastungswalze 15.
In der Regel werden aber die Achsen der zweiten Tragwalze 3 und
der Belastungswalze 15 in vertikaler Richtung höher liegen
als die Achse 19 der Wickelrolle 5. Dies führt dazu,
daß praktisch
die gesamte Gewichtskraft der Wikkelrolle 5 von der ersten
Tragwalze 2 übernommen
wird. Die zweite Tragwalze 3 übernimmt eher eine Stützfunktion.
Natürlich
wird auch im Berührungsnip
zwischen der zweiten Tragwalze 3 und der Wickelrolle 5 eine
gewisse Streckenlast herrschen. Diese ist aber weitaus geringer
als die entsprechende Streckenlast zwischen der Wickelrolle 5 und
der ersten Tragwalze 2. Dementsprechend bleiben die Druckspannungen
in dem Nip zwischen der zweiten Tragwalze 3 und der Wickelrolle 5 klein.
Als dritte Stütze
wird die Belastungswalze 15 verwendet. Die beiden Tragwalzen 2, 3 und
die Belastungswalze 15 spannen also ein Dreieck auf, in
dem die Wickelrolle 5 gelagert ist. Durch diese Drei-Punkt-Lagerung hat
die Wickelrolle 5 beim Wickeln eine sehr große Stabilität. Es besteht
praktisch keine Gefahr, daß die Wickelrolle 5 aus
dem Wickelbett 4 herausspringt.
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An der ersten Tragwalze 2 ist
eine Hülsenzufuhreinrichtung 20 vorgesehen,
die eine Rinne 21 aufweist, die an Hebeln 22 befestigt
ist, die um die Achse 23 der ersten Tragwalze 2 herum
verschwenkbar sind. Die Rinne 21 ist oben offen. In die
Rinne 21 kann man daher eine vorbereitete Wickelhülse 7 (oder
eine Reihe von nebeneinan der liegenden Wickelhülsen 7) einlegen,
die notwendig ist, um eine neue Wickelrolle 5 beginnen
zu können,
wenn die "alte" Wickelrolle voll
ist, also ihren Enddurchmesser erreicht hat.
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Die Vorbereitung der neuen Wickelhülsen 7 kann
bereits während
des Wickelvorgangs erfolgen. Man kann die Wikkelhülse 7 in
die Rinne 21 einlegen, während sich die Wickelrolle 5 noch
dreht. Hierzu kann gegebenenfalls die Rinne 21 in nicht
näher dargestellter
Weise noch entgegen dem Uhrzeigersinn weiter nach unten verschwenkt
werden, um für
einen Bediener zugänglich
zu sein.
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Wenn die Wickelrolle 5 ihren
Enddurchmesser erreicht hat, dann wird die Belastungswalze 15 von
der Wickelrolle 5 abgehoben. Die zweite Tragwalze 3 wird
wieder nach unten verfahren in ihre Startposition. Der Durchmesser
der zweiten Tragwalze 3 ist dabei so bemessen, daß sie bei
der Abwärtsbewegung
die Wickelrolle 5 über
den Scheitelpunkt 24 der ersten Tragwalze 2 hinausdrückt, so
daß die Wickelrolle 5 über die
erste Tragwalze hinwegrollt und auf eine Ablaufplatte 25 gelangt,
die an ihrem der ersten Tragwalze 2 zugewandten Ende eine
Schneide 26 aufweist. Die Materialbahn 6 wird,
wie dies aus 4 zu erkennen
ist, an dieser Schneide 26 durchtrennt, wenn die Wickelrolle 5 die
Ablaufplatte 25 hinabrollt. Die Wickelrolle 5 wird
dann durch einen Fänger 27 gestoppt.
Sobald die Wickelrolle 5 dort angekommen ist, ist wieder
der Ausgangszustand für
das Wikkeln einer neuen Wickelrolle 5 erreicht, wie er
in
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1 dargestellt
ist.
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Mit der beschriebenen Vorgehensweise
läßt sich
also erreichen, daß die
Wickelrolle 5 bei kleinem Durchmesser sehr hart angewickelt
werden kann und zwar unter der Wirkung der Belastungswalze 15 und der
zweiten Tragwalze 3 mit kleinem Durchmesser und harter
Oberfläche.
Mit fortschreitendem Durchmesser der Wickelrolle 5 und
damit einhergehender Vergrößerung des
Eigengewichts wird die Belastung durch die Belastungswalze zunehmend
zurückgenommen
und das Gewicht der Wickelrolle 5 wird zum allergrößten Teil
von der ersten Tragwalze 2 übernommen, die mit ihrem relativ
großen
Durchmesser und der weichen Oberfläche die Druckspannungen klein
hält, so
daß die
Wickelhärte
hier nicht übermäßig groß wird.
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Zusätzlich läßt sich mit der Rollenwickeleinrichtung 1 ein
relativ schneller Rollenwechsel erreichen, wie dies noch einmal
anhand von 5 erläutert werden
soll. Gleiche Teile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen wie
in den 1 bis 4 dargestellt.
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5a zeigt
die Bewegung der vollen Wickelrolle 5 über den Scheitelpunkt 24 der
ersten Tragwalze 2 hinweg, der durch die Abwärtsbewegung
der zweiten Tragwalze 3 verursacht wird. Die Wickelhülse 7 liegt
bereits in der Rinne 21.
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Sobald die Wickelrolle 5 den
entsprechenden Platz freigemacht hat, werden die Hebel 22 verschwenkt,
so daß die
Wickelhülse 7 in
das Wickelbett 4 gelangt und zwar in die richtige Position
(5b). Die zweite Tragwalze 3 wird
sodann in die Startposition verfahren. Die Wickelhülse 7 liegt
unter Zwischenlage der Rinne 21 an den beiden Tragwalzen 2, 3 an
(5c). Durch Zurück schwenken
der Hebel 22 (5d)
läßt sich
nun die Rinne 21 aus dem Wickelbett 4 herausziehen.
Die Wickelhülse 7 liegt
dann an den beiden Tragwalzen 2, 3 an. Die Rinne 21 ist
dabei verformbar, beispielsweise können sich die beiden Seitenwände, die
die Rinne 21 bilden, aneinander anlegen, so daß die Rinne 21 durch
den Spalt zwischen den beiden Tragwalzen 2, 3 geführt werden kann.
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Während
dieser Zeit rollt die Wickelrolle 5 über die Ablaufplatte 25 aus
dem Wickelbett 4 heraus. Die Materialbahn 6 wird
an der Schneide 26 durchtrennt (5e). Die Materialbahn 6 wird
dann mit nicht näher
dargestellten, aber an sich bekannten Mitteln weiter zur neuen Wickelhülse 7 transportiert, so
daß der
Wikkelvorgang wieder beginnen kann.
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Da das Ausstoßen der vollen Wickelrolle 5 und
das Einbringen der neuen Wickelhülse 7 praktisch
gleichzeitig erfolgen kann, kann die Wechselzeit sozusagen halbiert.
werden.