DE19603211A1 - Walze für eine Wickelmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Wickelmaschine, insbesondere zum Auf­ wickeln von Papier- oder Kartonbahnen, die dazu vorgesehen ist, beim Aufwickeln unter Druck an Wickelrollen anzuliegen, und eine Wickelmaschine mit einer erfin­ dungsgemäßen Walze.

Zur Herstellung von Wickelrollen aus durch Längsschnitte unterteilten Papier- oder Kartonbahnen werden bekannterweise Wickelmaschinen eingesetzt, die eine oder zwei angetriebene Walzen aufweisen, an denen die Wickelrollen beim Aufwickeln an- oder aufliegen. Die Walzen werden als Tragwalzen bezeichnet, falls sie vollständig das Gewicht der aufliegenden Wickelrollen tragen (DE-A 39 24 612). Wird das Gewicht ganz oder teilweise von in die Hülsen der Wickelrollen eingefahrenen, an Tragarmen gelagerten Führungsköpfen gehalten, bezeichnet man die Walzen als Stützwalzen (DE-C 31 02 894, DE-C 40 12 979).

Weiterhin enthalten Wickelmaschinen eine sogenannte Druckwalze, die entgegen­ gesetzt zur Kontaktlinie zwischen einer Wickelrolle und einer Trag- oder Stützwalze gegen die Wickelrollen zu Beginn des Aufwickelns gedrückt wird, wenn die aus dem Rollengewicht resultierende Anpreßkraft für die gewünschte Wickelhärte noch nicht ausreicht, und die zur Stabilität des Wickelns wesentlich beiträgt (DE-C 37 19 093, EP-C 0410093).

Die für die Qualität der Wickelrollen entscheidende Wickelhärte (= Flächenpressung zwischen den Lagen einer Wickelrolle) ist von der Linienlast und den geometrischen Verhältnissen im Nip zwischen einer Wickelrolle und der Trag- oder Stützwalze abhängig. Als Linienlast wird die auf die Wickelrollenbreite normierte Anpreßkraft, gemessen in N/m, bezeichnet. Bei der Herstellung von Wickelrollen ist man bemüht, bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten eine vorbestimmte, gleichmäßige Wickelhär­ te einzustellen, ohne daß Oberflächenbeschädigungen oder Wickelfehler in der Wickelrolle auftreten. Wickelrollenfehler werden durch Überdehnung der Bahn im Nip verursacht. Da die Dehnung im Nip zwischen einer Tragwalze und einer Wickelrolle mit wachsendem Rollendurchmesser ansteigt, begrenzt ihr Wert den maximalen Enddurchmesser einer fehlerfrei gewickelten Wickelrolle.

Um Wickelrollen mit größerem Durchmesser bei guter Wickelqualität herzustellen, wird in der EP-A-0562266 eine Tragwalzen-Wickelmaschine vorgeschlagen, deren auslaufseitige, nicht von der Bahn umschlungene und gegenüber der einlaufseitigen Tragwalze abgesenkten Tragwalze einen Mantel aufweist, der wesentlich stärker verformbar ist als der Mantel der einlaufseitigen Tragwalze. Nach einer Ausführungs­ form weist die Tragwalze eine äußere Schicht aus Gummi auf, in der Kammern angeordnet sind, die mit dem Innern des aus Stahl bestehenden Tragkörpers ver­ bunden sind. Durch die starke Verformbarkeit soll der Auflagedruck auf den Tragwal­ zen möglichst begrenzt werden, so daß die Wickelhärte nicht unverhältnismäßig hoch ansteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze für eine Wickelmaschine zu schaffen, die beim Einsatz als Trag- oder Stützwalze eine Wicklung mit geringerer Wickelhärte ermöglicht. Beim Einsatz als Druckwalze soll sie Schwankungen in der Gleichmäßigkeit der Wickelrollen, die z. B. aus Bahnprofilschwankungen resultieren, ausgleichen können, um so die Gleichmäßigkeit des Anpreßdrucks zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Trag- oder Stützwalze,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Walze aus Fig. 1,

die Fig. 3 bis 5 verschiedene Gestaltungen der äußeren Mantelschicht der Walze,

Fig. 6 eine Walze, bei der die kompressible Schicht aus einzeln aufgezogenen Ringen besteht, und

die Fig. 7 und 8 die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Tragwalze im Vergleich zu einer Tragwalze nach dem Stand der Technik in einer Tragwalzen-Wickel­ maschine.

In Fig. 8 ist das Prinzip einer Tragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln einer durch Längsschnitte unterteilten Papier- oder Kartonbahn 1 zu Wickelrollen 2 darge­ stellt, bei der die in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Walze als Tragwalze oder als Druckwalze eingesetzt werden kann. Eine Tragwalzen-Wickelmaschine enthält zwei angetriebene Tragwalzen 3, 4, auf denen die Wickelrollen 2 beim Aufwickeln koaxial und fluchtend aufgereiht aufliegen und die somit das gesamte Wickelrollengewicht tragen. Die Papier- oder Kartonbahn 1 wird bevorzugt von unten, die einlaufseitige Tragwalze 4 teilweise umschlingend durch den Spalt zwischen den Tragwalzen 3, 4 geführt und läuft im Nip zwischen der einlaufseitigen Tragwalze 4 und den Wickelrol­ len 2 auf diese auf.

Eine oder beide Tragwalzen 3, 4 der Tragwalzen-Wickelmaschine sind als Walze nach der Erfindung ausgestaltet. Bevorzugt wird die Walze nach der Erfindung als aus­ laufseitige Tragwalze 3 eingesetzt, die gegenüber der einlaufseitigen Tragwalze 4 so angeordnet ist, daß ihre Kontaktlinie zur Wickelrolle (Nip 5) in gleicher Höhe oder tiefer als die Kontaktlinie zwischen der anderen Wickelrolle 4 und der Wickelrolle verläuft. Die Tragwalze 3 trägt somit den gleichen oder größeren Anteil des Gewichts der Wickelrollen 2. Zusätzlich kann auch die einlaufseitige Tragwalze 4 als erfin­ dungsgemäße Walze ausgestaltet sein.

Oben auf den Wickelrollen 2 liegt eine sich über die Arbeitsbreite der Wickelmaschi­ ne, i.e. die axiale Länge der Tragwalzen 3, 4, erstreckende Druckwalze 6 auf, die zu Beginn der Aufwicklung die Wickelrollen 2 gegen die Tragwalzen 3, 4 drückt, wenn das Wickelrollengewicht für die gewünschte Wickelhärte noch nicht ausreicht.

In den Fig. 1 bis 6 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Walze beim Einsatz als Trag- oder Stützwalze 3 detaillierter dargestellt. Als Trag- oder Stützwalze 3 weist sie eine axiale Länge auf, die der maximalen Breite der zu verarbeitenden Papier- oder Kartonbahn 1 entspricht, die bis zu 10 m betragen kann; ihr Durchmesser beträgt zwischen 500 mm und 1500 mm. Die Trag- oder Stützwalze 3 nach der Erfindung besteht aus einem hohlzylinderförmigen Tragkörper 7 aus einem festen Material, insbesondere aus Stahl, der ausreichend stabil gestaltet ist, um verbiegungsfrei die durch die auf- oder anliegenden Wickelrollen 2 wirkenden Kräfte abstützen zu können. An beiden Stirnseiten des Tragkörpers 7 sind Wellenzapfen 8 befestigt, mit denen die Walze 3 im Gestell der Wickelmaschine gelagert wird. Ein Wellenzapfen 8 jeder Trag- oder Stützwalze 3 ist mit einem Drehantrieb verbunden, mit dem die Walze 3 um ihre Längsachse gedreht wird, um die auf- oder anliegenden Wickelrollen 2 zum Aufwickeln zu drehen.

Auf die äußere Mantelfläche des Tragkörpers 7 ist eine Schicht 9 aus einem zelligen, eine Vielzahl von mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllte Poren aufweisenden und daher kompressiblen Kunststoffmaterial aufgebracht, das ein Kompressionsmodul K von weniger als 10 MPa aufweist. Wichtig ist, daß eine große Anzahl kleiner Poren mit einer Porengrößer kleiner als 5 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 1 mm, über das Volumen der Schicht 9 gleichmäßig verteilt ist. Vorzugsweise wird für die Schicht 9 ein durch Schäumen hergestelltes zelliges Elastomer, insbesondere Polyurethan, eingesetzt, das ein Kompressionsmodul K von 1 MPa bis 5 MPa auf­ weist. Die radial gemessene Dicke der Schicht 9 beträgt mindestens 10 mm, bevor­ zugt zwischen 10 mm und 40 mm, im Beispiel ca. 25 mm. Die Dichte des Materials der Schicht 9 mit den Poren beträgt weniger als 800 kg/m³, bevorzugt zwischen 350 und 650 kg/m³.

In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, die kompressible Schicht 9 auf den Tragkörper 7 anzuordnen:

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 befindet sich auf der äußeren Mantelfläche des Tragkörpers 7 ausschließlich eine Schicht 9 aus kompressiblem Material, vorzugs­ weise einem zelligen Elastomer. Die Dicke der Schicht 9 beträgt 10 mm bis 40 mm.

In die äußere Oberfläche der Schicht 9 sind eine Vielzahl von umlaufenden, in Fig. 3 nicht dargestellten Nuten mit Abstand voneinander eingearbeitet, falls das Einwickeln von Luft in einer Wickelrolle 2 vermieden oder eine zu große Lärmentwicklung beim Aufwickeln gemindert werden soll.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 befindet sich zwischen der kompressiblen Schicht 9 und dem Tragkörper 7 eine harte Grundschicht 10 aus einem inkompressi­ blen Material, vorzugsweise Gummi, die rutschfest mit dem Tragkörper 7 verbunden ist. Die rutschfeste Bindung kann z. B. durch Vulkanisieren erreicht werden. Um eine verschleißfeste äußere Laufschicht 11 zu bilden, ist außen auf der kompressiblen Schicht 9 eine weitere elastische Schicht befestigt, die erforderlichenfalls genutet ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit umlaufenden Nuten 12 in einer verschleißfe­ sten äußeren Schicht 11. Die kompressible Schicht 9 ist ohne Zwischenschicht direkt auf dem Tragkörper 7 befestigt.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 und 5 mit einer zusätzlichen elastischen, jedoch inkompressiblen Laufschicht 11 ist es wichtig, daß deren Aufbau und Eigen­ schaften so gewählt sind, daß sie als reine Schutzschicht die Verformbarkeit, insbesondere die Kompressiblilität der Mantelfläche der Trag- oder Stützwalze 3 unter der Last einer Wickelrolle 2 nicht wesentlich beeinflußt. Um ihren Einfluß auf die Verformbarkeit zu vermindern, kann die äußere Laufschicht 11 durch quer zu den Nuten 12 verlaufende Einschnitte geschwächt werden.

Fig. 6 zeigt die bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trag- oder Stützwalze, bei der die kompressible Schicht 9 aus einzelnen Ringen 13 besteht. Die Ringe 13 sind entweder unmittelbar aufeinanderfolgend oder mit so geringem Abstand voneinander angeordnet, daß der Spalt zwischen zwei Ringen 13 keine Markierungen auf den Wickelrollen 2 verursacht. Bevorzugt werden Ringe 13 verwendet, die einen um die gewünschte Dicke der Schicht 9 größeren und einen etwas geringeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Tragkörpers 7 aufweisen. Die Ringe 13 werden nacheinander mit durch Dehnung aufgeweitetem Innendurchmesser auf den Tragkörper 7 aufgeschoben, so daß sie anschließend unter Spannung auf den Tragkörper 7 sitzen. Die Spannung gewährleistet einen rutsch­ festen Sitz der Ringe 13 auf dem Tragkörper 7. Ein ausreichend fester Sitz kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, daß die Ringe 13 formschlüssig oder durch Verkleben oder Verklemmen auf dem Tragkörper 7 befestigt werden.

Eine andere Möglichkeit, die kompressible Schicht 9 auf dem Tragkörper 7 auf­ zubringen, besteht darin, ein kompressibles Bandmaterial schraubenlinienförmig auf dem Tragkörper 7 aufzuwickeln. Der rutschfeste Sitz der Schicht 9 kann mit den vorstehend beschriebenen Techniken erreicht werden, z. B. durch Aufwickeln des Bandes in vorgespanntem Zustand. Die Walze besteht dann aus einem Tragkörper 7 mit einer kompressiblen Schicht 9 aus einem schraubenlinienförmig aufgebrachten bandförmigen Material.

Der vorteilhafte Einfluß einer Trag- oder Stützwalze 3 gegenüber bekannten Trag- oder Stützwalzen 14 mit einer elastischen, jedoch inkompressiblen Mantelfläche (z. B. aus Vollgummi) wird in den Fig. 7 und 8 erläutert:

Fig. 7 zeigt eine Tragwalzen-Wickelmaschine nach dem Stand der Technik, bei der die auslaufseitige Tragwalze 14 eine elastische, jedoch inkompressible Mantelfläche aufweist. Unter der Auflagelast der Wickelrolle 2 verformt sich die Tragwalze 14 im Nip 5 elastisch. Das ausweichende elastische Material bildet an beiden Enden des Nips 5 Wülste 15, die radial gegenüber der übrigen Mantelfläche hervorstehen. Die Wülste 15 an dem die Wickelhärte wesentlich beeinflussenden Nip 5 vergrößern den wirksamen Radius der Tragwalze 14, so daß die äußerste Lage der Wickelrolle 2 in diesem Bereich beschleunigt wird. Diese Beschleunigung vergrößert die sogenannte nipinduzierte Dehnung der äußeren Lage, d. h. die Wickelhärte steigt an. Der durch die elastische äußere Schicht beabsichtigte positive Effekt, durch eine Verbreiterung des Nips 5 den Auflagedruck und damit die vom Auflagedruck abhängige Wickelhärte zu senken, wird entscheidend vermindert und kann sogar ins Gegenteil verkehrt werden.

Fig. 8 stellt die Verhältnisse beim Aufwickeln mit einer Tragwalzen-Wickelmaschine unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Tragwalze 3 dar:

Unter dem Auflagegewicht der Wickelrollen 2 wird die kompressible Schicht 9 komprimiert, ihr Volumen verringert sich. Es entsteht ein breiter Nip 5 ohne Wülste oder mit vernachlässigbar kleinen Wülsten an beiden Enden. Der Auflagedruck auf der Tragwalze 3 sinkt aufgrund des verbreiterten Nips 5 ab, und die nipinduzierte Dehnung der äußersten Lage auf der Wickelrolle 2 wird reduziert. Gegenüber den bekannten Wickelmaschinen kann somit bei gleichem Auflagegewicht pro Meter Walzenlänge mit geringerer Wickelhärte aufgewickelt werden. Dies ermöglicht das Aufwickeln von Wickelrollen mit größerem Enddurchmesser, ohne daß die Papier- oder Kartonbahn beschädigt wird oder in der Wickelrolle 2 Wickelfehler auftreten.

Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Walze ist nicht auf den Einsatz als Tragwalze in Tragwalzen-Wickelmaschinen beschränkt, sondern sie kann auch vorteilhaft bei anderen Wickelmaschinentypen als an den Wickelrollen unter Druck anliegende Kon­ taktwalze eingesetzt werden, um Wickelrollen mit großem Durchmesser und hoher Qualität bei großer Produktionsgeschwindigkeit herzustellen. Insbesondere ist ihr Einsatz als Stützwalze in sogenannten Stützwalzen-Wickelmaschinen vorteilhaft, bei denen beidseits einer zentralen Stützwalze Wickelstationen in zwei Wickellinien angeordnet sind, denen die Einzelbahnen wechselweise zugeführt werden. Jede Wickelrolle wird - wie z. B. in der DE-PS 36 29 024 beschrieben - von zwei an Wickelböcken der Wickelstationen gelagerten Führungsköpfen gehalten, die einen Teil des Wickelrollengewichts aufnehmen. Den restlichen Teil nimmt die zentrale Stütz­ walze auf, an der jede Wickelrolle anliegt.

Beim Einsatz als Druckwalze, die in den Fig. 7 und 8 mit der Bezugsziffer 6 versehen ist, ist bei kleinen axialen Längen die Walze entsprechend den Fig. 1 bis 6 in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaut. Da Druckwalzen frei drehbar gelagert und nicht angetrieben sind, greift an den Wellenzapfen 8 kein Drehantrieb an. Bei Druckwalzen mit großer axialer Länge, wie sie z. B. bei Tragwalzen-Wickelma­ schinen eingesetzt werden, baut sich die Druckwalze bevorzugt aus einzeln drehbar gelagerten Segmenten auf, um eine unabhängige Drehbarkeit der einzelnen Segmente zu ermöglichen. Druckwalzen haben Durchmesser, die im Bereich von 200 bis 400 mm liegen, also üblicherweise geringere Durchmesser als Trag- oder Stützwal­ zen.

Claims (13)

1. Walze für eine Wickelmaschine, insbesondere zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen (1), mit einem hohlzylinderförmigen Tragkörper (7) aus einem festen Material, auf dessen Mantel eine verformbare Schicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Schicht (9) aus einem zelligen Kunststoffmaterial mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten Poren besteht, deren Porengröße weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 1 mm, beträgt, und das ein Kompressionsmodul K von weniger als 10 MPa aufweist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (9) aus einem zelligen Elastomer, insbesondere Polyurethan, mit einem Kompres­ sionsmodul zwischen 1 MPa und 5 MPa besteht.

3. Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (9) mindestens 10 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 40 mm beträgt.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf die kompressible Schicht (9) eine verschleißfeste, elastische Lauf­ schicht (11) aufgebracht ist.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Mantelschicht (9, 11) Nuten (12) aufweist.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der kompressiblen Schicht (9) und dem Tragkörper (7) eine harte Grundschicht (10) aus einem inkompressiblen Material angeordnet ist, die rutschfest mit dem Tragkörper (7) verbunden ist.

7. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressible Schicht (9) aus einzelnen Ringen (13) zusammengesetzt ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressible Schicht (9) aus einem schraubenlinienförmig aufgebrachten bandförmigen Material besteht.

9. Verfahren zur Herstellung einer Walze nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Ringe (13) mit einem geringeren Innenradius als der Außenradius des Tragkörpers (7) mit durch Dehnung aufgeweitetem Innendurchmesser nachein­ ander auf den Tragkörper (7) aufgeschoben werden.

10. Trag- oder Stützwalze (3) für eine Wickelmaschine, insbesondere zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen (1), mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 8.

11. Druckwalze für eine Wickelmaschine, insbesondere zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen (1), mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 8.

12. Wickelmaschine zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen (1), mit einer oder mehreren Trag- oder Stützwalzen (3, 4) und/oder Druckwalzen (6), dadurch gekennzeichnet, daß als Trag- oder Stützwalze (3, 4) und/oder Druckwalze (6) eine Walze gemäß einem oder mehrerer der Patentansprüche 1 bis 8 verwendet wird.

13. Tragwalzen-Wickelmaschine nach Anspruch 12 mit zwei das Wickelrollengewicht tragenden Tragwalzen (3, 4), wobei eine der beiden Tragwalzen (3, 4), bevorzugt die auslaufseitige, nicht von der Bahn (1) umschlungene Tragwalze (3) so angeordnet ist, daß ihre Kontaktlinie (5) mit den Wickelrollen (2) tiefer verläuft als die Kontaktlinie der anderen Tragwalze (4), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Tragwalze (3) mit tiefer verlaufender Kontaktlinie (5) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 aufgebaut ist.