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Die Erfindung betrifft einen Aufroller zum endlosen Aufrollen einer Faserbahn um eine Rollenspule herum in eine Maschinenrolle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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In der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2007 028 769 A1 ist eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn auf einem Tambour beschrieben, bei der die Materialbahn über eine beidseitig in je einem Tragtrommellager gelagerte Tragtrommel geführt ist. Der Tambour ist in einer Primärwickelphase durch Primärarme und in einer Sekundärwickelphase durch Sekundäreinheiten geführt. An jeder Sekundäreinheit ist wenigstens eine Reibdämpfungseinheit zur Absorption von während des Aufwickelns der Materialbahn erzeugten Stoßimpulsen vorgesehen.
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Die
EP 0 959 032 A1 beschreibt eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn auf einen Tambour. Der Tambour wird bezüglich der Laufrichtung der zugeführten Materialbahn zyklisch schräg gestellt, wodurch in der entstehenden Wickelrolle eine Axialchangierung der Materialbahn erzeugt wird. Die verfahrbare Tragtrommel wird zur Aufrechterhaltung des Wickelspalts nachgeführt und die Linienkraft im Wickelspalt wird über die verfahrbare Tragtrommel eingestellt.
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Der Aufroller ist eine Vorrichtung, die ein als endlose Faserbahn produziertes Material in Rollenform als Maschinenrolle aufrollt. Bei dem Produktionsprozess der Faserbahn ist der Aufroller gewöhnlich der erste Teilprozess, bei dem die endlose Produktion unterbrochen wird, um der Reihe nach fortgesetzt zu werden. Die Maschinenrolle wird rund um eine als Aufrollkern funktionierende Rollenspule ausgebildet, d. h. eine sich auf der Maschinenrolle befindliche Faserbahn weist einen Anfang und ein Ende auf. Ein ununterbrochener Trend in diesem Bereich ist die stetige Erhöhung bei der Größe von Maschinenrollen, die eine ununterbrochene Entwicklung für Aufroller erforderlich macht. Die Dimensionierung der Rollenspule spezifiziert in der Praxis die Maximalgröße der Maschinenrolle. Da jedoch die Umgebung dynamisch und die Faserbahn ein aufrollbares Material ist, welches für verschiedene Fehler anfällig ist, ist die Aufgabe des Aufrollers als Aufrechterhalter der Effizienz der Papier- oder Kartonmaschine extrem bedeutungsvoll. Ein Grund für die ununterbrochene Erhöhung der Größe von Maschinenrollen ist der Wunsch, bei der Produktion von Faserbahnen weniger Anfänge und Enden als zuvor zu haben, die die Produktion behindern und die Effizienz verringern.
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Bei modernen Aufrollern werden im Allgemeinen Stellglieder zur Erzeugung von Bewegungen und Kräften verwendet. Die Stellglieder gewinnen ihre Antriebskraft von einem Hydraulikaggregat in Form eines Druckmediums, d. h. druckbeaufschlagtes Hydrauliköl. Typische Ziele sind zum Beispiel unterschiedliche Schlittenbewegungen, Hebel, wie zum Beispiel Arretierklemmelemente, Drehbewegungen, wie zum Beispiel eine primäre Aufrolleinrichtung auf Schienen usw. Bei älteren Pope-Aufrollern wurden auch Pneumatikzylinder als Stellglieder verwendet. Ein Nachteil der Verwendung von Pneumatik ist das niedrigere Kraftniveau, der von den Stellgliedern erhalten wird, der gewöhnlich bei modernen Aufrollern nicht ausreicht. Außerdem wächst die Größe des Stellgliedes mit der Leistungsanforderung, und Hydraulikstellglieder ersetzten in der Praxis Pneumatikstellglieder in Aufrolleranwendungen auf Grund ihrer kleinen Größe und hohen Leistungserzeugungskapazität.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung der Technik der Aufroller derart, dass sich ihre Betriebszuverlässigkeit gegenüber vorher verbessert und sich der Wartungsbedarf bei Vorgängen oder Stellgliedern verringert. Eine Aufgabe besteht außerdem in der Bereitstellung eines Aufrollers, der bei plötzlichen Überlastsituationen unter Anderem robust und dauerhaft ist. Außerdem besteht eine Aufgabe in der Bereitstellung einer umweltfreundlichen Lösung, deren mögliche Umweltgefahren und die während der Lebensdauer produzierte Umweltbelastung besonders klein sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Im Zusammenhang der Beschreibung dieser Erfindung werden die folgenden Begriffe zur Erleichterung der Beschreibung verwendet: die Maschinenrichtung (MD/machine direction) wird als x-Richtung bezeichnet, die Querrichtung (CD/cross direction) wird als y-Richtung bezeichnet, und die Höhe wird als z-Richtung bezeichnet. Die Einlaufrichtung der Faserbahn wird als die stromaufwärtige Richtung und die Auslaufrichtung der Faserbahn als die stromabwärtige Richtung bezeichnet. Ein Aufrollkern wird in diesem Zusammenhang als Rollenspule bezeichnet, könnte jedoch auch als Aufrollwelle bezeichnet werden.
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Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Position und Bewegung der Maschinenrolle im Verhältnis zu der Aufrolltrommel mittels elektrischer Stellglieder aufgebaut werden.
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Im Kontext dieser Spezifikation bezieht sich ein elektrisches Stellglied auf eine Vorrichtung, bei der Leistung und Bewegung des Stellgliedes elektrisch bereitgestellt werden, d. h. so, dass elektrischer Strom direkt im Stellglied in Leistung umgewandelt wird. Somit wird elektrischer Strom nicht zuerst in ein Druckmedium umgewandelt und dann zu dem Stellglied übertragen.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Figuren detaillierter beschrieben, wobei:
- 1 einen Aufroller und eine Stellgliedausführungsform seines Aufrollträgerschlittens darstellt und
- 2 eine Feststellhebelausführung des Aufrollträgerschlittens darstellt,
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1 stellt eine Ausführungsform dar, bei der eine sich bewegende Maschinenrolle 6, die um eine Rollenspule 5 herum ausgebildet wird, mittels elektrischer Stellglieder angeordnet wird. Lagergehäuse 57 der Rollenspule 5, die den Kern der Maschinenrolle 6 darstellen, werden mit Feststellhebeln 70a, 70b ergriffen, die weiterhin schwenkbar mit Aufrollträgerschlitten 7 verbunden sind. Die Aufrollträgerschlitten 7 werden dann im Verhältnis zu einem Rahmen 20 mit dem elektrischen Stellglied 71 übertragen, das in dieser Figur einen Drehmomentmotor 710 als Motoreinheit und ein Zahnrad 711 und eine Zahnstange 712 als Übertragungseinheit aufweist. Ein Vorteil des elektrischen Stellglieds im Vergleich zu dem Hydraulikstellglied besteht darin, dass es mehrere mögliche Arten für ein auf einer sich bewegenden Basis angeordnetes Stellglied gibt, die von dem Stellglied benötigte Energie zu transportieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung des Betriebes der Feststellhebel 70a, 70b des Aufrollträgerschlittens 7, welche die Maschinenrolle mit elektrischen Stellgliedern steuern und bewegen. Wie aus 2 ersichtlich, halten die Feststellhebel 70a, 70b gegen die Lagergehäuse 57 der Rollenspule 5, die als Kern der Maschinenrolle wirken und sich zu der Rollenspule 5 neigen, die sich in einer genau richtigen Position im Verhältnis zu den anderen Strukturen und der Aufrolltrommel 10 befindet. Ein Beispiel für die restliche Struktur ist ein möglicher Mittelpunktantrieb 8 (in den Figuren nicht dargestellt), der gewöhnlich mit dem Koppelelement 59 am Ende der Rollenspule 5 verbunden ist. In einem solchen Fall sind die Rollenspule 5 und ein Koppelelement 89 des verbindbaren Antriebes 8 ziemlich genau koaxial zueinander, wodurch ihre Drehachse dieselbe ist. Die Struktur der Koppelelemente 59, 89 wurde gewöhnlich so konzipiert, dass sie eine geringe Winkelveränderungsmöglichkeit zulassen. Die Feststellhebel 70a, 70b stellen die Positionierung der Rollenspule an der genau richtigen Stelle sicher, wobei das Koppelelement mit der Rollenspule 89 verbunden oder davon getrennt werden kann.
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Ein gewünschtes Merkmal der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist die schnelle, genaue und präzise Bewegung des Stellgliedes. Dies ist ein Vorteil elektrischer Stellglieder im Vergleich zu Hydraulikstellgliedern. Bei diesen Ausführungsformen weisen verwendbare elektrische Stellglieder oftmals eine integrierte Anordnung auf, welche die zurückgelegte Entfernung in jeder Situation oder die Anzahl von Steigerungen oder Gleichwertiges kennt. Durch Vergleichen der gleichwertigen Stellglieder der Antriebs- und Bedienungsseite des Aufrollers und von Zustandswerten, die von diesen erhalten werden, kann eine auf beiden Seiten gleichbleibende Bewegung mit großer Zuverlässigkeit ausgeführt werden. Bei hydraulischer Implementierung sollte eine relativ komplexe Anordnung vorhanden sein, bei der sowohl Druck als auch Volumenstrom bekannt sein müssten, und zusätzlich möglicherweise elektrische Sensorik derselben Art, um die Position zu spezifizieren. Mit Letzterer wird ein durch mögliche Lecks verursachter Unsicherheitsfaktor ausgeglichen. Was elektrische Stellglieder betrifft, kann diese Funktionalität besonders gut über Servo-/Schrittmotoren und Gleichwertiges realisiert werden.
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Gemäß einigen Ausführungsformen weist das elektrische Stellglied eine Übertragungseinheit und eine Motoreinheit auf. In diesem Fall können die Merkmale des krafterzeugenden Teils mit denen des bewegungserzeugenden/-wegübertragenden Teils optimal in ein betriebliches Gleichgewicht gebracht werden. Vorteilhafterweise ist die Motoreinheit ein Servomotor, ein Drehmomentmotor, ein Linearmotor oder gleichwertiger Motor, der zu unterbrochenem Drehmoment oder Gegendruck ohne Bewegung in der Lage ist. Das eigentliche Aufrollen ist ein relativ langsamer Prozess im Vergleich zu den herkömmlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der elektrischen Stellglieder, da sich der Radius der Maschinenrolle mit jedem Zyklus nur um die Dicke der Faserbahn W erhöht. Vom Gesichtspunkt der Motoreinheit muss diese in der Lage sein, Drehmoment oder Gegendruck ohne Bewegung zu erzeugen. Weiterhin ist die Übertragungseinheit ein Linearantrieb, der eine Linearbewegung bereitstellt, wie zum Beispiel eine Kugelumlaufschraube, eine Schraubenwinde, ein Walzenrad oder Gleichwertiges, oder ein Antrieb, der eine Drehbewegung bereitstellt, wie zum Beispiel ein Planetengetriebe, ein Zahnradgetriebe, ein Zahnkranz oder Gleichwertiges. Von den Zukunftstechnologien ist insbesondere der Linearmotor, der Leistung ohne Bewegung produziert und mit gutem Wirkungsgrad arbeitet, gut für ein Stellglied geeignet.
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Vorteilhafterweise ist ein sich zurücksetzender Überlastschutz in diesen oben beschriebenen Ausführungsformen in Verbindung entweder mit dem elektrischen Stellglied oder in die Struktur oder den Vorgang integriert angeordnet. Im Kontext dieser Spezifikation bezieht sich der zurücksetzende Überlastschutz auf eine solche bauliche Anordnung, die das Nachgeben und Zurücksetzen in ihre ursprüngliche Position ohne Bruch ermöglicht, wenn die Last von einer normalen Last in die Situation geändert wird, bis zu einem spezifischen Grenzwert einer Überlast. Der Grenzwert der Überlast ist zum Großteil ein Dimensionierungskriterium, welches die Lebensdauer der Struktur beeinflusst, aber auch ein Faktor, der vom Gesichtspunkt der Funktionalität und der Qualität der geformten Maschinenrolle wichtig ist. Bei Aufrollern werden oftmals Überlastsituationen produziert, wenn die Faserbahn W reißt, wobei durch den Walzenspalt zwischen der Maschinenrolle 6 und der Aufrolltrommel 10 ein vielfach gefaltetes Bündel der Faserbahn W hindurchgeht. Die Art einer solchen Überlastsituation ist sehr schnell, die Dauer beträgt nur wenige Millisekunden. Mittels des rückstellenden Überlastschutzes kann die Qualität der sich bereits auf der Maschinenrolle befindlichen Faserbahn gut aufrecht erhalten werden. Dies ist deshalb der Fall, weil die Struktur genau passend nachgiebig ist und die durch das Bündel verursachte Kraft nicht die Faserbahn auf der Maschinenrolle ruinieren kann und die Beschädigung der mechanischen Strukturen des Aufrollers verhindert.
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Bei der ersten Ausführungsform ist in jedem Aufrollträgerschlitten 7 das Stellglied 71 angeschlossen, das ebenfalls den zurücksetzenden Überlastschutz aufweist. Der Aufrollträgerschlitten 7 mit seinen erforderlichen Strukturen, möglichen Antrieben usw. ist oftmals eine Einheit aus relativ schweren Strukturen. Dann bietet die große Masse außerdem eine große Trägheitsmasse, die in Überlastfällen nicht so einfach ihre Position ändert, wobei jedoch ein anderer Punkt nachgiebig sein wird. An dieser Stelle ist es dann vorteilhaft, ein aktives Element als Überlastschutz zu verwenden, da das aktive Element in den meisten Situationen gut einstellbar ist.
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Bei der zweiten Ausführungsform können die Feststellhebel 70a, 70b nur aus dem oben genannten Grund um einen begrenzten Betrag nachgeben, d. h. um nicht das Koppelelement 59, 89 zu beschädigen, welches das Zentralmoment bzw. Mittenmoment zwischen der Rollenspule 5 und dem Antrieb 8 in einer Überlastsituation liefert. In diesem Kontext ist der Feststellhebel auf der stromaufwärtigen Seite mit dem Bezugszeichen 70a und der Feststellhebel auf der stromabwärtigen Seite mit dem Bezugszeichen 70b bezeichnet. Bei diesem Ziel ist eine Anordnung gut anwendbar, bei der die Öffnungs-/Schließbewegung des Stellgliedes, d. h. des Feststellhebels, elektrisch ausgeführt wird. Weiterhin ist im Rahmen dieser elektrisch implementierten Bewegung vorteilhafterweise ein Überlastschutz angeordnet, der die kontrollierte Öffnung des Feststellhebels so ermöglicht, dass die Strukturen in einer möglichen Überlastsituation nicht beschädigt werden. Zusätzlich kann in Verbindung mit dem elektrischen Stellglied ein passiver und aktiver Überlastschutz vorhanden sein, der z. B. so mit Abstufungen versehen sein kann, dass das passive Element zu kleinen Überlasten und das aktive Element zu größeren Überlasten neigt. Bei einer Konstruktion kann z. B. das Stellglied des Feststellhebels 70b auf der stromabwärtigen Seite auf der Grundlage eines Servo-/Drehmomentmotors ausgewählt werden, wobei der Servo-/Drehmomentmotor selbst die Überlast identifiziert und um den maximal zulässigen Betrag nachgibt. In den meisten Fällen, wenn ein Bündel durch den Walzenspalt N hindurchgeht, versucht die Drehachse der Maschinenrolle, sich von der Aufrolltrommel weg zu bewegen. Dann geht es in Richtung des Feststellhebels 70b auf der stromabwärtigen Seite, der versucht, eine Verlagerung in Richtung der offenen Position durchzuführen. Andererseits tritt eine gleichartige Situation während der Rückkehrbewegung mit dem Feststellhebel 70a auf der stromaufwärtigen Seite ein.
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Der Überlastschutz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein passives Element auf. Am Vorteilhaftesten ist das passive Element derart beschaffen, dass es eine klare Abstufung zwischen Normallast und Überlast gibt. Dann wird das Element auf Grund der Wirkung der Normallast überhaupt nicht nachgeben, sondern erst dann, wenn die Last einen eingestellten Grenzwert überschreitet. Im Prinzip wird bei der Anordnung eine Art von Vorspannungskraft verwendet, die so eingestellt ist, dass sie dem unteren Grenzwert der Überlast entspricht. Auf diese Art weist die Struktur eine eindeutige, genaue Reaktion bei der Übertragung der Walzenspaltlast auf, die jedoch eine extrem schnelle und genaue Reaktionsfähigkeit in einer Überlastsituation darstellt. Zur Bereitstellung der schnellen Reaktionsfähigkeit ist das passive Element vorteilhafterweise so nahe wie möglich an einer Verbindungsstelle zwischen der als Kern der Maschinenrolle arbeitenden Rollenspule und der Struktur des dagegegenhaltenden Aufrollers angeordnet. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet in Verbindung mit den Feststellhebeln 70a, 70b, die in dem Kapitel weiter oben beschrieben wurden. Die Feststellhebel 70a, 70b stehen direkt in Kontakt mit dem Lagergehäuse der Rollenspule und befinden sich daher entlang der Aufrolltrommel 10, dem ersten Teil des Aufrollers, der die Überlast „zu spüren“ bekommt. Das passive Element kann am Ende des Feststellhebels 70a, 70b implementiert werden, der das Lagergehäuse 57 hält, oder in Verbindung mit einem Drehpunkt oder Stellglied des Feststellhebels.
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Der Überlastschutz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein elektrisches aktives Element auf. Dieses wird am Vorteilhaftesten implementiert, indem ein elektrischer Überlastschutz in Einrichtungen angeordnet wird, welche die Maschinenrolle in ihrer Position halten, oder Einrichtungen, die für die Übertragung der Maschinenrolle verantwortlich sind, oder Einrichtungen, die Walzenspaltlast erzeugen, am Vorteilhaftesten in Zusammenhang mit Vorgängen des Aufrollträgerschlittens 7. Dies kann z. B. ein Momentbegrenzer oder Gleichwertiges sein, der in Verbindung mit dem Servomotor angeordnet ist. Bei der Konzeption der Struktur des Überlastschutzes, der mit der Einrichtung verbunden ist, welche die Walzenspaltlast erzeugt, sollten die Elastizitäten der restlichen Struktur berücksichtigt werden. Oftmals sind diese Einrichtungen, die für die Übertragung verantwortlich sind, nicht in der unmittelbaren Nähe der oben beschriebenen Verbindungsfläche, wobei die Elastizitäten der übrigen Struktur die Reaktionszeit des Betriebes des aktiven Elementes beeinflussen, das unter Anderem durch Strukturmassen, Trägheitsmomente, unterschiedliche Hebelarme usw. beeinflusst ist.
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Weiterhin weist der Überlastschutz gemäß einer Ausführungsform ein passives Element und ein elektrisches aktives Element auf, die in Reihe geschaltet sind. Dann ist die Reaktionszeit genau an dem Zeitpunkt am Optimalsten, an dem die Fähigkeit der Struktur besonders ausgeprägt ist, auf unterschiedliche Überlastprofile zu reagieren. Im Prinzip ist die Walzenspaltlast des Aufrollers am Häufigsten eine Größe, die proportional zu dem Drehwinkel der Maschinenrolle oder der Aufrolltrommel verläuft. Ein Bündel, welches eine Lastspitze verursacht, kann auf einmal durch den Walzenspalt hindurchgehen und dann auf den Boden fallen, es kann fest auf der Oberfläche der Maschinenrolle bleiben. Weiterhin kann die Form des Bündels scharfkantig, mit glatten Kanten usw. sein. Dies alles verursacht eine leicht unterschiedliche Lastwirkung auf die Struktur. Die Fähigkeit der passiven und aktiven Elemente, auf diese Situationen zu reagieren, ist etwas unterschiedlich, wobei die optimalste Ausführungsform nach Ansicht der Anmelderin durch die Verbindung der Elemente in Reihe erhalten wird. In der Praxis kann dies z. B. so angeordnet werden, dass in Verbindung mit den Feststellhebeln ein passives Element als Überlastschutz vorhanden ist, welches eine kleine Bewegung ermöglicht, die kleiner als die Elastizität ist, die von dem Koppelelement 59, 89 zugelassen wird. Dann veranlassen die kleinen erzwungenen Verlagerungen, die durch die Überlast verursacht sind, das Nachgeben der Feststellhebel 70a, 70b. Da die erzwungene Verlagerung größer ist als diejenige, die von den Feststellhebeln 70a, 70b zugelassen wird, tendiert ein aktives Element, das mit dem Stellglied des Aufrollträgerschlittens 7 verbunden ist, zu dem Rest der erforderlichen Öffnungsbewegung. Die Steuerschaltung dieses aktiven Elementes erhält eine Warnung im Voraus, wenn das passive Element zu arbeiten beginnt, wodurch der Betrieb der Struktur vom Gesichtspunkt der Einheit besonders gut ausgeglichen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind alle Hydraulkstellglieder des Aufrollers in Übereinstimmung mit dem durch die Erfindung beschriebenen Gedanken gegen elektrische Stellglieder austauschbar. Dann weist der Aufroller somit im Wesentlichen nur elektrische Stellglieder auf und der Aufroller ist somit im Wesentlichen ohne Hydraulik. Elastizität bei plötzlicher Überlast wurde als Vorteil von Hydraulikstellgliedern angesehen. Die Elastizität ist bei schnellen Hüben nicht mehr optional, da die Trägheit des Systems den Betrag der Elastizität begrenzt. Die Elastizität kommt zum größten Teil z. B. von den Schläuchen des Hydraulikkreislaufes. Bei einem Aufroller ohne Hydraulik ist eine neue Art bzw. Möglichkeit zur Implementierung von technischer Planung mittels mechanischer und Servo-/Elektromotoren kombiniert. Dadurch wird es ermöglicht, passive elastische Elemente in die Struktur zu integrieren, um sicherzustellen, dass z. B. in Situationen mit schneller und plötzlicher Überlast keine Fehlfunktionen auftreten. Außerdem kann der Überlastschutz (Momentbegrenzung) des Servo-/Drehmomentmotors effektiv genutzt werden. Andere mögliche Ziele, die durch elektrische Stellglieder ersetzbar sind, sind unter Anderem die Übertragung von leeren Rollenspulen von dem Lager zu einem Startpunkt des Aufrollens, die Bewegungen unterschiedlicher Andruckrollenkonstruktionen, die Stellglieder unterschiedlicher anderer Vorrichtungen in Zusammenhang mit dem Maschinenrollenwechsel, wobei der Aufroller eine sich bewegende Aufrolltrommel 10, die dieselben bewegenden Vorrichtungen usw. aufweist.
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In den Figuren verwendete Bezugszeichen:
- 1
- Aufroller
- 10
- Aufrolltrommel
- 20
- Rahmen
- 5
- Rollenspule
- 57
- Lagergehäuse
- 59
- Koppelelement
- 6
- Maschinenrolle
- 7
- Aufrollträgerschlitten
- 70a
- Feststellhebel
- 70b
- Feststellhebel
- 71
- Aufrollträgerschlittenstellglied
- 710
- Drehmomentmotor
- 711
- Getrieberad
- 712
- Zahnstange
- 8
- Antrieb
- 89
- Koppelelement
- F
- Walzenspaltlast
- W
- Faserbahn
