DE19529716A1 - Tragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln von Materialbahnen, insbesondere Papierbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragwalzen-Wickelmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Aufwicklung von Materialbahnen, ins besondere Papierbahnen, wird einerseits über den gesamten Wickeldurchmesser eine gleichmäßige Wickelhärte angestrebt, was in der Praxis jedoch besonderer Aufwendungen bedarf, da die Wicklung im unteren Durchmesserbereich weich und im oberen Durchmesserbereich hart ist. Mit Hilfe einer Regelung bzw. Steuerung versucht man, die Auflage kraft der Druck­ walze im Hinblick auf die gewünschte gleichmäßige Wickelhärte zu steuern. Dies geschieht beispielsweise bei der Regelung mit Hilfe eines Meßbolzens, dessen Meßwerte mit einem Sollwert verglichen werden und wobei entsprechend den Meßwerten eine Entlastungskraft in den bzw. die Zylinder der Zylinderkolbeneinheit eingeleitet wird. Bei dieser Regelung bzw. Steuerung, bei der der Druck im unteren Zylinderraum durchmesserabhängig verändert wird und mit einer Beaufschlagung des oberen Zylinderraums der Zylinderkolbeneinheit wird jedoch nicht verhindert, daß unruhig laufende Wickelrollen die Druckwalze nach oben bewegen und dabei die gesamte Lage der Wickelrollen zum Aufwurf freigeben. Das Problem unkontrollierter Rollenauswürfe ist nicht neu und ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß durch ein ungleichmäßiges Dickenprofil der Warenbahn beispielsweise der Papierbahn über der Bahnbreite unterschiedliche große Aufwickelrollen erzeugt werden. Dieses Problem tritt insbesondere bei im Durchmesser kleineren Rollen in der Maschinenmitte auf, da die sonst vorhandene radiale Führung an der Außenseite der Maschine mittels Führungsköpfen bei diesem kleineren mittigen Rollen ganz entfällt. Schließlich kommt es durch ein ungleichmäßiges Dickenprofil in der Papierbahn in Laufrichtung infolge von Pulsationen im Stoffauflauf der Papiermaschine zu unrunden Aufwickelrollen, die zu unkontrollierten Rollenauswürfen führen können. Dabei sind naturgemäß Rollen­ auswürfe bei schnell laufenden Wickelmaschinen häufiger als bei langsam laufenden Maschinen und schließlich sind bei Wickelmaschinen für Materialien, die nur eine kleine Linien kraft zwischen der Druckwalze und der Aufwickelrolle vertragen, wie beispielsweise bei Zeitungspapier, die Auswürfe häufiger als bei Wickelmaschinen für Materialien, die hohe Linienkräfte zulassen, wie beispielsweise Karton.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragwalzen-Wickelmaschine der eingangs genannten Art dahingehend zu schaffen, daß mit einfachen Mitteln einer­ seits eine weitgehend gleichmäßige Wickelhärte beim Aufwickeln erzielt wird und daß andererseits ein unkontrolliertes Wegfahren der Druckwalze bei unruhig laufenden Aufwickelrollen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Für die vorliegende Erfindung ist somit wesentlich, daß der sich bei zunehmendem Durchmesser der Wickelrolle aufgrund der Lageveränderung der Druckwalze ergeben­ de Abfluß auf der Kolbenseite der Zylinderkolbeneinheit auf eine mit einem Gegen­ druck einstellbare Fühlereinrichtung einwirkt. Auf diese Weise kommt man zu einer volumenabhängigen Steuerung der oben liegenden Zylinderkammer der Zylinderkolbe­ neinheit. Die in einem zwischen dem Zylinderanschluß und dem Durchströmelement liegenden Abzweig angeordnete Fühlereinrichtung wird auf der einen Seite mit einem frei wählbaren Gegendruck derart beaufschlagt, daß auf der gegenüber liegenden Seite stets ein vergleichsweise hoher, bis in den Zylinderraum der Zylinderkolben­ einheit wirkender Druck und damit ein konstanter Druck auf die Druckwalze herrscht.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Fühlereinrichtung von einer an die Abzweigleitung der Ablaufleitung angeschlossene Zylinderkolbeneinheit gebildet, die einen auf der dem Einlaß der Abzweigleitung in den Zylinder der Zylinderkolben­ einheit gegenüberliegenden Seite eine zum Aufbau des Gegendrucks liegende Kammer aufweist. Diese Zylinderkolbeneinheit der Fühlereinrichtung ist gegenüber der Zylinderkolbeneinheit an der Druckwalze vergleichsweise klein ausgebildet.

Weiterhin steht gemäß der Erfindung die Fühlereinrichtung über eine Steuereinrich­ tung mit einem Steuerungseingangsglied des Durchströmelements in Wirkverbindung verbunden. Das Durchströmelement kann von einer Förderpumpe, vorzugsweise einer Zahnradpumpe oder aber auch von einem steuerbaren Servoventil gebildet sein, beispielsweise einem 4/3- oder 3/2-Wegeventil.

Zur Einschränkung des Regelbereichs der Förderpumpe ist zweckmäßigerweise ein in einer das Durchströmelement strömungsmäßig umgehenden Umgehungsleitung angeordnetes Bypassventil vorgesehen, das bei Erreichen eines vorbestimmbaren Wickelrollendurchmessers und einer vorbestimmbaren Bahnlaufgeschwindigkeit aus seiner Offenstellung in seine Schließstellung gelangt und das beim schnellen Heben und Absenken der Druckwalze den Druckmittelabfluß ermöglicht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung.

Eine Warenbahn 1 wird auf einer Wickelrolle 2, die von zwei angetriebenen Tragwal­ zen der im einzelnen nicht dargestellten Tragwalzen-Wickelmaschine getragen wird, aufgewickelt. Auf dem Scheitel der Wickelrolle 2 liegt eine Druckwalze 5 mit ihrem Eigengewicht und dem Gewicht einer nicht dargestellten Halterung auf. Die mit einem Meßbolzen 6 versehene Druckwalze 5 ist beidendig mit einer Kolbenstange 7 einer doppeltwirkenden Zylinderkolbeneinheit 8 verbunden. Ein unten liegender Zylin­ derraum 9 der Zylinderkolbeneinheit 8 kann über ein in einer Leitung 11 eingebautes Mehrwege-Steuerventil 12 und eine Druckleitung 10′ durch eine motorangetriebene Hydropumpe 10 mit veränderlichem Verdrängungsvolumen mit Druckmittel beauf­ schlagt werden. Die Einstellung des Druckes in der Leitung 11 bzw. im unteren Zylinderraum 9 erfolgt in Abhängigkeit von am Meßbolzen 6 festgestellten Meßwer­ ten und einer im einzelnen nicht dargestellten Steuereinrichtung, die nach einer vor­ gegebenen Kurve entsprechend dem wachsenden Durchmesser der Wickelrolle 2 für eine Entlastung des Auflagedrucks der Druckwalze 5 auf der Wickelrolle 2 sorgt.

An das Steuerventil 12 ist ferner eine zu einem Flüssigkeitsbehälter 10′′ führende Leitung 11′ angeschlossen, über die bei entsprechender Stellung des Steuerventils 12 der untere Zylinderraum 9 entlastet werden kann.

Durch das mit zunehmendem Wickelrollendurchmesser erfolgende Ansteigen der Druckwalze 5 kann aus einem oberen, auf der der Kolbenstange 7 gegenüber­ liegenden Seite der Zylinderkolbeneinheit 8 gelegenen Zylinderraum 13 Druckflüssig­ keit über eine Ablaufleitung 14 abfließen. Die Ablaufleitung 14 steht einerseits mit einer Rücklaufleitung 36 und andererseits mit der Druckleitung 10′ in Verbindung, in die eine Mehrwegesteuerventil 15 eingebaut ist. Letzteres steht über eine Rück­ laufleitung 15′ mit dem Flüssigkeitsbehälter 10′′ in Verbindung.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in die Ablaufleitung 14 eine Förderpumpe, vorzugsweise eine Zahnradpumpe 16 installiert, die gegebenenfalls unter Zwi­ schenschaltung eines Getriebes von einem Elektromotor 18 angetrieben werden kann. Zwischen der Zahnradpumpe 16 und dem oberen Zylinderraum 13 zweigt von der Ablaufleitung 14 eine Abzweigleitung 19 ab, die in einen Zylinder 21 einer Zylinderkolbeneinheit 22 einer Fühlerereinrichtung 23 einmündet. Im als eigentlichen Fühlerzylinder ausgebildeten Zylinder 21 ist eine Kolbenstange 24 geführt, die über eine weitere Kolbenstange 25 mit einem Sollwertgeberzylinder 26 verbunden ist. Auf seiner der Kolbenstange 25 gegenüber liegenden Seite kann in einer Kammer 26′ der Sollwertgeberzylinder 26 von einer Druckquelle 28, beispielsweise einer Pneumatik-Druckquelle über ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 27 auf einen vorbestimm­ baren Gegendruck, zum Beispiel 5 bar eingestellt werden. Durch entsprechende Bemessung des Fühlerzylinders 21 und/oder der Kolbenstange 24 ist es möglich, daß in der Abzweigleitung 19 und damit über die Ablaufleitung 14 im oberen Zylin­ derraum 13 der Zylinderkolbeneinheit 8 ein konstanter Druck von zum Beispiel 10 bar herrscht.

An der Kolbenstange 24 bzw. 25 ist ein Abgriffelement 29 angeordnet, das ent­ sprechend der Relativbewegung der Kolbenstange 24, 25 in den Zylindern 21, 26 den Abgriff an einem Potentiometer 31 verstellt. Der am Potentiometer 31 jeweils abgegriffene Spannungswert, der nach unten hin gegen Null geht und oben bei­ spielsweise 10 Volt sowie in der Mittenlage 5 Volt beträgt, dient als Eingangssignal für den Antrieb des Elektromotors 18. Zur Umgehung und zur Beschränkung des Regelbereichs der Zahnradpumpe 16 ist in einer Umgehungsleitung 32 ein Bypass­ ventil 33 angeordnet, das bei Erreichen eines vorbestimmbaren Wickelrollendurch­ messers, beispielsweise 550 mm und einer vorbestimmbaren Bahnlaufgeschwindig­ keit, beispielsweise 1 500 in/min aus seiner normalerweise geöffneten Stellung in seine Schließstellung gelangt.

Zur Absicherung der gesamten Anlage ist in einer Rücklaufleitung 36 ein beispiels­ weise auf 120 bar eingestelltes Überdruckventil 34 angeordnet.

Beim schnellen Absenken der Druckwalze 5, beispielsweise beim Rollenwechsel, strömt das Druckmittel über das Steuerventil 12 und die Leitung 11. Ein schnelles Anheben der Druckwalze 5 erfolgt über die Leitung 11 und das Steuerventil 12. In beiden Fällen ist die Zahnradpumpe 16 grundsätzlich nicht in Betrieb, das Druckmittel strömt über das Bypassventil 33. Beim normalen Wickelbetrieb und unterhalb vor­ gegebener Verfahrensparameter, zum Beispiel wenn der Wickeldurchmesser <550 mm und die Bahnlaufgeschwindigkeit < als 1500 m/min betragen, bleibt das Bypassventil 33 in seiner Offenstellung.

Erst wenn die vorgenannten Werte erreicht werden, gelangt das Bypassventil 33 automatisch in seine Schließstellung. In jedem Fall ist ab dann die Zahnradpumpe 16 in Betrieb. Sie kann im Hinblick auf ihre vergleichsweise kleine Volumenförderung bereits grundsätzlich vorher in Betrieb sein. Wenn die Zahnradpumpe genau die Ölmenge fördert, die aufgrund der Verstellbewegung der Druckwalze 5 aus dem oberen Zylinderraum 13 abgegeben wird, so ändert sich der eingestellte Gegendruck nicht. Bei ungestörtem Wickeln nimmt der Volumenstrom aus dem oberen Zylin­ derraum 13 mit zunehmendem Durchmesser der aufgewickelten Wickelrolle stetig ab.

Ein vorgegebener Regelalgorithmus sieht vor, daß die Drehzahl der Zahnradpumpe 16 nicht ansteigt. Ein Ansteigen der Pumpendrehzahl ist nur dann vorgesehen, wenn die Geschwindigkeit der Maschine an sich erhöht wird. Falls aufgrund einer geringeren Steiggeschwindigkeit der Druckwalze 5 und damit eines geringeren Ausflusses aus dem oberen Zylinderraum 13 der Volumenstrom der Zahnradpumpe geringfügig ab­ weicht, bleibt der Druck solange erhalten, bis der Kolben der Kolbenstange 24 des Fühlerzylinders 21 die obere Endlage erreicht hat. Die Stellung des Kolbens wird dazu benutzt, den Antriebsmotor 18 der Zahnradpumpe 16 so zu steuern, daß der Kolben nach Art einer Lageregelung in der Mittenlage verbleibt. Sollte es aufgrund unruhig laufender Wickelrollen zu plötzlich auftretenden Kräften an der Druckwalze 5 kom­ men, so baut sich ein höherer Druck als 10 bar auf, wodurch ein Wegfahren der Druckwalze 5 nach oben verhindert wird. Sobald die Überlastung beendet ist, stellt sich im Zylinder 21 wieder der ursprüngliche Druck ein.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle der Zahnradpumpe 16 ein den Durchfluß steuerndes Servoventil 35 vorgesehen, das ebenso wie die Zahnradpumpe mit der Fühlereinrichtung 23 in Wirkverbindung steht und eine ähnliche Aufgabe wie die Zahnradpumpe 16 übernimmt.

Claims (7)

1. Tragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln von Materialbahnen, insbesondere Papierbahnen, mit einer an einer auf Tragwalzen (3, 4) gewickelten Wickelrolle (2) aufliegenden Druckwalze (5), deren Lage und Aufliegedruck in Abhängigkeit vom wachsenden Wickelrollendurchmesser über wenigstens eine Zylinderkolbeneinheit (8) und eine damit über ein Leitungssystem verbundene Steuer- bzw. Regeleinrichtung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine mit einem auf der Kolbenseite der Zylinderkolbeneinheit (8) gelegenen Zylin­ derraum (13) leitungsmäßig verbundene, auf den durch die Lageveränderung der Druckwalze (5) aus dem Zylinderraum (13) abfließenden Volumenstrom ansprechende und auf einen vorbestimmbaren Gegendruck einstellbare Fühlereinrichtung (23) und ein dadurch steuerbares, den Ablaufstrom regelndes Durchströmelement (16, 35) aufweist.

2. Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fühlereinrichtung (23) von einer an einer Abzweigleitung (19) der Ablaufleitung (14) angeschlossenen Zylinderkolbeneinheit (22) gebildet ist, die einen auf der dem Einlaß der Abzweigleitung (19) in den Zylinder (21) der Zylinderkolben­ einheit (22) gegenüberliegenden Seite eine zum Aufbau des Gegendrucks dienende Kammer (26′) aufweist.

3. Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gegendruckkammer (26′) innerhalb eines vom eigentlichen Fühlerzylinder (21) getrennt ausgebildeten Sollwertgeberzylinders (26) angeordnet ist.

4. Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fühlereinrichtung (23) über eine Steuereinrichtung (29, 31) mit einem Steuereingangsglied des Durchströmelements (16, 35) in Wirkverbindung steht.

5. Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchströmelement von einer Förderpumpe (16), vor­ zugsweise einer Zahnradpumpe gebildet ist.

6. Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchströmelement von einem Steuerventil (35) gebildet ist.

7. Tragwalzen-Wickelmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein in einer das Durchströmelement (16, 35) strö­ mungsmäßig umgehenden Umgehungsleitung (32) angeordnetes Bypassventil (33), das bei Erreichen eines vorbestimmbaren Wickelrollendurchmessers und einer vor­ bestimmbaren Bahnlaufgeschwindigkeit aus seiner Offenstellung in seine Schließ­ stellung gelangt und das beim schnellen Heben und Absenken der Druckwalze (5) den Druckmittelabfluß ermöglicht.