DE19825649A1 - Rollenwickler - Google Patents

Abstract

Es wird ein Rollenwickler angegeben mit einer Unterstützungsrollenanordnung (6), die zumindest eine erste und eine zweite Rolle (7-10) aufweist, wobei die zweite Rolle (9, 10) bei einem Wickelvorgang später als die erste Rolle (7, 8) mit einer Wickelrolle (3) in Kontakt kommt. DOLLAR A Bei einem derartigen Rollenwickler möchte man vermeiden, daß bei der Berührung der Wickelrolle Markierungen entstehen. DOLLAR A Hierzu arbeitet die erste Rolle (7, 8) zumindest abschnittsweise generatorisch und erzeugt eine Antriebsleistung für die zweite Rolle (9, 10), die motorisch betreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollenwickler mit einer Unterstützungsrollenanordnung, die zumindest eine erste und eine zweite Rolle aufweist, wobei die zweite Rolle bei einem Wickelvorgang später als die erste Rolle mit einer Wickelrolle in Kontakt kommt.

Ein derartiger Rollenwickler ist aus der nachveröffent­ lichten deutschen Patentanmeldung 198 03 137 bekannt.

Rollenwickler dienen dazu, eine Materialbahn zu einer Wickelrolle aufzuwickeln. Die Erfindung wird im folgen­ den anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Ma­ terialbahn beschrieben. Sie ist aber in gleicher Weise auch für andere Materialbahnen, beispielsweise Karton oder Folien aus Kunststoff oder Metall, anwendbar.

Rollenwickler, die eine Rolle im Bereich ihrer Drehach­ se halten, benötigen ab gewissen Rollendurchmessern ei­ ne Unterstützung der Wickelrolle, da sich die Wickel­ rolle unter dem Einfluß ihres Eigengewichts sonst zu stark durchbiegen würde. Diese Durchbiegung kann zu Beschädigungen der Materialbahn führen. Hierzu ist es aus der oben genannten Patentanmeldung bekannt, eine Unterstützungsrollenanordnung vorzusehen. Da die Wic­ kelrolle zu Beginn des Wickelvorgangs nur einen relativ kleinen Durchmesser aufweist, ist es hierbei durchaus möglich, daß die Wickelrolle zu Beginn des Wickelvor­ ganges nicht auf allen Rollen der Unterstützungsrollen­ einrichtung aufliegt. Erst mit zunehmendem Durchmesser der Wickelrolle kommt eine Auflage auf weitere oder alle Rollen der Unterstützungsrollenanordnung zustande.

Beim Rollenwickler, der aus DE 198 03 137 A1 bekannt ist, verwendet man zu Beginn des Wickelvorganges einen Teil der Unterstützungsrollenanordnung auch dazu, die leere oder nur wenig bewickelte Wickelhülse an eine Andruckwalze anzupressen, um einen gewünschten Wickel­ härteverlauf zu erzeugen.

Auch hier kommt die Wickelrolle erst zu einem späteren Zeitpunkt in Kontakt mit weiteren Rollen der Unterstüt­ zungsrollenanordnung.

Hierbei entsteht das Problem, daß die Wickelrolle die Rollen, mit denen sie zu einem späteren Zeitpunkt in Kontakt kommt, beschleunigen muß. Dies kann zu Markie­ rungen auf der Oberfläche der Wickelrolle oder sogar zu Beschädigungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Markierungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Rollenwickler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die erste Rolle zu­ mindest abschnittsweise generatorisch arbeitet und eine Antriebsleistung für die zweite Rolle erzeugt, die mo­ torisch betreibbar ist.

Die erste Rolle wird von der Wickelrolle angetrieben. Die Wickelrolle muß hierbei ohnehin die Lagerreibung der ersten Rolle überwinden. Es spielt dann keine große Rolle mehr, ob man durch die Rotation der ersten Rolle eine Leistung erzeugt und abführt. Diese Leistung muß zwar durch die Wickelrolle auf die erste Rolle übertra­ gen werden. Dies ist jedoch zumindest in vorbestimmten Wickelabschnitten des Wickelvorganges problemlos mög­ lich, in denen beispielsweise das Eigengewicht der Wic­ kelrolle groß genug ist, um den notwendigen Reibschluß zur ersten Rolle zu erzeugen. Die abgegebene Leistung muß nicht groß sein. Sie muß nur ausreichen, um die noch im Leerlauf befindliche zweite Rolle soweit anzu­ treiben, daß die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Rolle mit der Umfangsgeschwindigkeit der Wickelrolle übereinstimmt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, dann ergeben sich bei der Anlage der Wickelrolle an die zweite Rolle keine Markierungen. Da die generatorisch erzeugte Leistung der ersten Wickelrolle als Antriebs­ leistung für die zweite Rolle verwendet werden kann, ergeben sich zwei Vorteile. Zum einen entfallen mecha­ nische Übertragungsglieder, wie etwa Zahnräder, Ritzel oder Kettentriebe. Zum anderen kann man die Leistungs­ übertragung ohne den Einsatz von mechanischen Kupplun­ gen auf vorbestimmte Wickelabschnitte beschränken, bei­ spielsweise auf solche, die der Anlage der Wickelrolle an die zweite Rolle vorangehen. Sobald die Wickelrolle an der zweiten Rolle anliegt, ist der Antrieb nicht mehr notwendig. Die erste Rolle muß dann auch nicht mehr generatorisch betrieben werden.

Vorzugsweise ist die erste Rolle als Generator und die zweite Rolle als Motor ausgebildet. Man spart sich da­ durch eine mechanische Verbindung von der ersten Rolle zu einem Generator bzw. von der zweiten Rolle zu einem Motor. Die beiden Rollen bilden selbst die entsprechen­ den Maschinen.

Vorzugsweise sind der Generator und der Motor als elek­ trische Maschine ausgebildet. Elektrische Maschinen lassen sich relativ kompakt aufbauen. Ihre Leistung läßt sich unter anderem über ihre axiale Länge stei­ gern, d. h. wenn eine größere Leistung erforderlich ist, dann kann die Maschine eine in Axialrichtung größere Erstreckung einnehmen.

Vorzugsweise sind die elektrischen Maschinen als Syn­ chronmaschinen ausgebildet. Die Frequenz der Spannung ist dann direkt proportional zur Drehzahl der Maschi­ nen. Damit läßt sich ohne weitere Maßnahmen erreichen, daß die Drehzahlen der beiden Rollen ein festes Ver­ hältnis zueinander haben.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die erste und die zweite Rolle den gleichen Durchmesser aufweisen. Damit können beide Rollen mit der gleichen Drehzahl betrieben werden und haben dann automatisch die gleiche Umfangs­ geschwindigkeit. Die einzige zusätzliche Voraussetzung hierbei ist, daß die Polpaarzahl von Generator und Mo­ tor übereinstimmen. Auf diese Weise werden Umsetzungen elektrischer oder mechanischer Art vermieden.

Vorzugsweise sind die elektrische Maschine als perma­ nenterregte Maschinen ausgebildet. Damit lassen sich einerseits ausreichende Leistungen erzielen. Anderer­ seits ist es nicht notwendig, eine elektrische Energie auf den Rotor zu übertragen, was beispielsweise bei einigen Synchronmaschinen oder auch bei Gleichstromma­ schinen notwendig ist. Permanenterregte Maschinen zeichnen sich durch eine hohe Zuverlässigkeit im Be­ trieb bei geringem Wartungsbedarf aus.

Vorzugsweise weist die zweite Rolle ein als Rotor des Motors dienendes Walzenrohr auf. Ein Walzenrohr hat zwar die gleiche Festigkeit, jedoch ein geringeres Trägheitsmoment als eine massive Walze. Dementsprechend ist ein geringeres Drehmoment notwendig, um den Rotor, der das Walzenrohr bildet, anzutreiben. Auch der Gene­ rator kann ein Walzenrohr aufweisen.

Ein besonderer Vorteil wird bei dieser Ausgestaltung aber dadurch erzielt, daß die drehmomenterzeugenden Teile des Motors im Walzenrohr aufgenommen sind. Damit kann der Stator an einer oder beiden Stirnseiten des Walzenrohres festgehalten werden. Das den Rotor bilden­ de Walzenrohr wird über den Stator hinweggeführt. Damit ist es möglich, die Rollen bin ihrem axialen Ende hin anzutreiben, ohne daß ein zusätzlicher Bauraum für hervorstehende Teile des Motors benötigt wird. Eine Befestigung der Rolle war bislang ohnehin erforderlich. Bei der hier angegebenen Ausgestaltung benötigt man aber nur unwesentlich mehr Platz als bei der Lagerung einer Rolle mit rotierendem Walzenrohr, das über seinen Walzenboden an einem Ständer abgestützt ist. Das glei­ che gilt für den Generator. Da die Leistung des Motors nur erforderlich ist, um das Walzenrohr im Leerlauf anzutreiben und ein Antrieb der Papierbahn durch die zweite Rolle in der Regel nicht erforderlich ist, reicht der im Innern des Walzenrohres zur Verfügung stehende Platz in der Regel aus, um den Stator des Elektromotors mit ausreichender Antriebsleistung unter­ zubringen.

Vorzugsweise sind die Drehmoment erzeugenden Teile in einem Bereich angeordnet, der sich auf einen axialen Endabschnitt mit vorbestimmter Länge beschränkt. Wenn also die Drehmoment erzeugenden Teile, also der eigent­ liche Generator bzw. Motor, an den axialen Enden (gegebenenfalls reicht auch ein axiales Ende) angeord­ net sind, dann werden die Leitungswege für die Zufuhr der Energie kleingehalten. Man kann das Innere des Wal­ zenrohres durch den Walzenboden verschließen. Der Wal­ zenboden muß hierfür nur etwas in Richtung auf die axiale Mitte des Walzenbodens verschoben werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Rollen­ wicklers und

Fig. 2 einen Endabschnitt einer Rolle mit elektri­ scher Maschine.

Fig. 1 zeigt einen Rollenwickler 1 zum Aufwickeln einer Materialbahn 2, beispielsweise einer Papierbahn, zu einer Wickelrolle 3. Die Wickelrolle 3 ist hier nahezu fertig gewickelt, d. h. sie hat annähernd ihren größten Durchmesser erreicht. Die Wickelrolle 3 wird von einer Rollenhalterung 4 gehalten. Die Rollenhalterung 4 greift dabei von den Stirnseiten der Wickelrolle 3 in einen hier nicht sichtbaren Rollenkern ein, hält also die Wickelrolle 3 zentrisch im Bereich ihrer Drehachse.

Die Wickelrolle 3 wird beim Aufwickeln gegen eine Zen­ tralwalze 5 gepreßt. Der Anpreßdruck gegen die Zentral­ walze 5 ist eine der Haupteinflußgrößen für die Wickel­ härte der Wickelrolle 3.

Ab einem Durchmesser von etwa 800 mm ist das Eigenge­ wicht der Wickelrolle 3 so groß, daß eine Unterstützung von unten notwendig ist. Hierzu ist eine Unterstüt­ zungsrollenanordnung 6 vorgesehen. Die Unterstützungs­ rollenanordnung 6 weist mehrere, im vorliegenden Fall vier, Rollkörper 7-10 auf. Die Rollkörper sind als längliche Rollen ausgebildet. Sie sind um eine Drehach­ se drehbar, die parallel zur Drehachse der Wickelrolle 3 liegt. Sämtliche Rollkörper 7-10 haben eine elasti­ sche Oberfläche 11, die beispielsweise gummiert sein kann.

Die Rollkörper 7-10 sind jeweils zu Rollenpaaren 12, 13 zusammengefaßt. Innerhalb jedes Rollenpaares 12, 13 sind die Rollkörper 7, 8 bzw. 9, 10 starr zueinander angeordnet. Jedes Rollenpaar 12, 13 ist um eine Schwenkachse 14, 15 gegenüber einer Schwinge 16 ver­ schwenkbar, wobei je ein Hebel zwischen den Rollkörpern und der Schwenkachse vorhanden ist und die Hebel einen Winkel von weniger als 180°, beispielsweise 50°, ein­ schließen. Die Schwinge 16 wiederum ist um eine Schwenkachse 17 verschwenkbar an einem Träger 18 ange­ ordnet. Der Träger 18 wiederum ist um eine ortsfeste Schwenkachse 19 verschwenkbar.

Der Träger 18 ist mit einem Trägerschwenkantrieb 20 um die Schwenkachse 19 herum verschwenkbar, so daß die Schwenkachse 17 einen Kreisbogen um die Schwenkachse 19 herum beschreibt. Für die Schwinge ist ein Schwingen­ schwenkantrieb 21 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Schwinge 16 gegenüber dem Träger 18 verschwenkt werden kann.

Gestrichelt eingezeichnet ist eine Wickelhülse 22, die an der Zentralwalze 5 anliegt und von den ebenfalls gestrichelt dargestellten Rollkörpern 7, 8 dort festge­ halten wird. Gestrichelt dargestellt ist also der Zu­ stand des Rollenwicklers zu Beginn eines Wickelvorgan­ ges. Zu diesem Zweck wird der Träger 18 unter der Wir­ kung des Trägerschwenkantriebs 20 nach oben ver­ schwenkt. Die Schwinge 16 wird gegenüber dem Träger entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, so daß die bei­ den Rollkörper 7, 8 an der Wickelhülse 22 zur Anlage kommen. Die Materialbahn 2 kann dann mit einem vorbe­ stimmten Anpreßdruck aufgewickelt werden, so daß sich die gewünschte Wickelhärte einstellt. Dieses Wickeln erfolgt bis zu einem Durchmesser von etwa 500 mm durch Abstützung der Rollkörper 7, 8, d. h. unter Anpressen der Wickelrolle 3 durch die Rollkörper 7, 8 und die Rollenhalterung 4 an die Zentralwalze 5.

Danach wird die Schwinge 16 weg geschwenkt und der Trä­ ger 18 abgesenkt, so daß sich die Schwinge 16 unterhalb der Wickelrolle 3 befindet. Die Anpreßkraft wird dann nur durch die Rollenhalterung 4 erzeugt. Die beiden äußeren Rollkörper 7, 10 haben einen Abstand zueinan­ der, der höchstens 800 mm beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe der beiden Rollenpaare 12, 13 die Rolle spätestens ab einem Zeitpunkt zu unterstützen, wo die Wickelrolle 3 einen Durchmesser von 800 mm auf­ weist.

Man kann erkennen, daß zu Beginn des Wickelvorganges lediglich die Rollen 7, 8 mit der Wickelhülse 22 in Kontakt steht. Die Rolle 10 beispielsweise liegt nicht an der Wickelhülse 22 bzw. der sich darauf aufbauenden Wickelrolle 3 an. Solange die Rolle 10 nicht von der Wickelrolle 3 berührt wird, kann sie ruhen, d. h. sie muß sich nicht drehen. Wenn die Wickelrolle 3 aber ei­ nen gewissen Durchmesser erreicht hat, dann liegt sie nicht nur am Rollenpaar 7, 8 an, sondern kommt auch mit dem Rollenpaar 9, 10 in Kontakt. Zum Zeitpunkt dieser Berührung sollte die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen 9, 10 mit der Umfangsgeschwindigkeit der Wickelrolle 3 übereinstimmen.

Die Information über die Umfangsgeschwindigkeit der Wickelrolle 3 steht zur Verfügung, weil sich die Rollen 7, 8 mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit drehen.

Wenn man nun die Rollen 7, 8 (im Grunde genommen reicht auch eine einzelne Rolle 7 oder 8 aus) als Generator ausbildet, der als elektrische Synchronmaschine ausge­ bildet ist, dann steht eine Ausgangsspannung zur Verfü­ gung, die man einem Motor zuführen kann, der die Rolle 10 antreibt. Das gleiche gilt natürlich auch für die Rolle 9. Wenn dieser Motor ebenfalls als Synchronmotor ausgebildet ist und die Rollen 7-10 alle den gleichen Durchmesser haben, dann haben sie dann, wenn die von der Rolle 7 generatorisch erzeugte Spannung zur Versor­ gung des Antriebs der Rollen 9, 10 verwendet wird, au­ tomatisch die gleiche Umfangsgeschwindigkeit.

Da man die meisten elektrischen Maschinen sowohl als Generator als auch Motor betreiben kann, werden im fol­ genden die beiden Rollen 7, 10 anhand von Fig. 2 be­ schrieben. Den gleichen Aufbau können selbstverständ­ lich auch die Rollen 8 und 9 haben.

Die Rolle 7, 10 nach Fig. 2 weist ein Walzenrohr 32 auf, das von einem elastischen Belag 33 umgeben sein kann. Das Walzenrohr weist einen Walzenboden 34 auf, der einen Lagerzapfen 35 trägt. Der Lagerzapfen 35 ist über ein Wälzlager 36 in einem Statorgehäuse 37 gela­ gert. Das Statorgehäuse 37 ist in einem schematisch dargestellten Ständer 38 befestigt.

Der Walzenboden 34 ist axial um eine kleine Strecke d nach innen verschoben worden, so daß ein stirnseitig offener Raum 39 gebildet ist. In diesem Raum 39 ist an der radialen Innenseite des Walzenrohres 32 eine Perma­ nentmagnetanordnung 40 befestigt. Das Statorgehäuse 37 trägt eine Wicklung 41, die in nicht näher dargestell­ ter Weise, die von elektrischen Maschinen allgemein bekannt ist, eine elektrische Leistung erzeugt (Rolle 7) bzw. mit elektrischer Leistung beschickt werden kann (Rolle 10). Beispielsweise kann die Wicklung ein Dreh­ feld erzeugen. Damit ist an dem axialen Ende des Wal­ zenrohres 32 ein elektrischer Generator bzw. Motor ge­ bildet, der im vorliegenden Fall als permanentmagneter­ regter Synchrongenerator bzw. -motor ausgebildet ist. Selbstverständlich kann am gegenüberliegenden Ende des Walzenrohres 32 ein gleichartiger Generator oder Motor vorgesehen sein. Dies ist aber in vielen Fällen gar nicht notwendig. Dort ist dann lediglich eine einfache Lagerung vorgesehen.

Die Permanentmagnetanordnung 40 bildet zusammen mit der Statorwicklung 41 die drehmomenterzeugenden Teile des Generators/Motors. Aus Fig. 2 ist klar ersichtlich, daß die drehmomenterzeugenden Teile 40, 41 im Innern des Walzenrohres 32 aufgenommen sind, so daß kein zusätzli­ cher Bauraum benötigt wird. Gleichzeitig sind die drehmomenterzeugenden Teile 40, 41 vor äußeren Einflüs­ sen weitgehend geschützt. Der Generator/Motor ist ein Generator/Motor mit außenliegendem Rotor. Die vom Motor zu erzeugenden mechanischen Leistungen sind relativ gering. Es reicht aus, wenn das Walzenrohr 32 mit dem Belag 33 im Leerlauf auf die gewünschte Drehzahl ge­ bracht werden kann, so daß die Wickelrolle 3, die nach der Beschleunigung des Walzenrohres 32 am Belag 33 zur Anlage kommt, keine Markierungen oder sonstigen Beschä­ digungen erhält.

Wenn die Rolle 7 an der Wickelrolle 3 anliegt, dann arbeitet die Rolle 7 generatorisch, d. h. sie wird von der Wickelrolle 3 angetrieben und erzeugt elektrische Energie. Die Permanentmagnetanordnung 40 induziert in der Statorwicklung 41, die als Drehfeldwicklung ausge­ bildet sein kann, eine mehrphasig elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung hat eine Frequenz proportio­ nal zur Drehzahl des Walzenrohres 32. Die elektrische Spannung wird verwendet, um die Rolle 10 anzutreiben. Da der Generator der Rolle 7 und der Motor der Rolle 10 gleich aufgebaut sind, treibt die von der Rolle 7 er­ zeugte Spannung die Rolle mit der gleichen Drehzahl an. Dementsprechend haben beide Rollen die gleiche Umfangs­ geschwindigkeit, so daß bei der Berührung mit der Wic­ kelrolle 3 keine Relativbewegungen zwischen der Wickel­ rolle 3 und den beiden Rollen 9, 10 auftritt und Mar­ kierungen vermieden werden.

Wie oben ausgeführt, reicht es im Grunde genommen aus, wenn eine der beiden Rollen 7, 8 als Generator ausge­ bildet ist. Da die beiden Rollen 9, 10 nur im Leerlauf auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht werden müs­ sen, ist nämlich auch nur eine relativ geringe An­ triebsleistung erforderlich. Aus Gründen der Sicherheit und der Redundanz und auch aus Gründen der Vorratshal­ tung ist es aber empfehlenswert, die Rollen 7 bis 10 alle gleich auszubilden.

Vorgestellt wurde eine Ausbildung, bei der die Rollen 7, 8 als elektrische Generatoren und die Rollen 9, 10 als elektrische Motoren ausgebildet sind. Es ist natür­ lich genauso denkbar, die Rollen 7, 8 als hydraulische Generatoren, also als Pumpen, auszubilden und die Rol­ len 9, 10 als hydraulische Motoren auszubilden. Auch mit einem pneumatischen Generator-Motor-System lassen sich die gewünschten Drehzahlen der Rollen 9, 10 erzie­ len. In allen Fällen sind lediglich Leitungen für den elektrischen Strom, die Hydraulikflüssigkeit oder das Druckgas erforderlich, um die Antriebsleistung von den Rollen 7, 8 zu den Rollen 9, 10 zu übertragen.

Claims (9)

1. Rollenwickler mit einer Unterstützungsrollenanord­ nung, die zumindest eine erste und eine zweite Rol­ le aufweist, wobei die zweite Rolle bei einem Wic­ kelvorgang später als die erste Rolle mit einer Wickelrolle in Kontakt kommt, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Rolle (7, 8) zumindest ab­ schnittsweise generatorisch arbeitet und eine An­ triebsleistung für die zweite Rolle (9, 10) er­ zeugt, die motorisch betreibbar ist.

2. Rollenwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Rolle (7, 8) als Generator und die zweite Rolle (9, 10) als Motor ausgebildet ist.

3. Rollenwickler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Generator und der Motor als elektri­ sche Maschinen ausgebildet sind.

4. Rollenwickler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektrischen Maschinen als Synchronma­ schinen ausgebildet sind.

5. Rollenwickler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Rolle (7-10) den gleichen Durchmesser aufweisen.

6. Rollenwickler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrischen Maschi­ nen permanent erregt sind.

7. Rollenwickler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Rolle ein als Rotor des Motors dienendes Walzenrohr aufweist.

8. Rollenwickler nach Anspruch 7 ??, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomenterzeugenden Teile des Motors (10, 11; 14) im Walzenrohr aufgenommen (2) sind.

9. Rollenwickler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehmoment erzeugen­ den Teile (10, 11; 14) in einem Bereich angeordnet sind, der sich auf einen axialen Endabschnitt (9) mit vorbestimmter Länge (D) beschränkt.