DE19851483C2 - Verfahren zum Betreiben einer Rollenwickeleinrichtung und Rollenwickeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben ei­ ner Rollenwickeleinrichtung mit mindestens zwei An­ triebseinrichtungen für mindestens eine Wicklerwalze und eine Materialbahnrolle, die beim Wickeln mit unter­ schiedlichen Antriebskräften auf die Materialbahnrolle wirken, wobei die in die Materialbahnrolle eingeleite­ ten Antriebskräfte ermittelt werden und daraus eine Kraftdifferenz gebildet wird. Ferner betrifft die Er­ findung eine Rollenwickeleinrichtung mit mindestens zwei auf eine Rolle wirkenden Antriebseinrichtungen, wobei eine Meßeinrichtung mit den Antriebseinrichtungen zusammenwirkt, die für jede der Antriebseinrichtungen einen Kraftaufnehmer aufweist, und die Kraftaufnehmer mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind.

Eine derartige Rollenwickeleinrichtung wird beispiels­ weise durch einen Doppeltragwalzenwickler gebildet, der dazu dient, eine Materialbahn zu einer Wickelrolle auf­ zuwickeln. Alternativ dazu kann sie durch einen Kon­ taktwalzenwickler gebildet werden, bei dem die Rolle sowohl durch einen Zentrumsantrieb zentrisch als auch durch eine Kontaktwalze am Umfang angetrieben wird. Die Kontaktwalze kann auch als Stützwalze ausgebildet sind und zumindest einen Teil des Rollengewichts übernehmen. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine derartige Materialbahn und für einen Doppeltragwalzenwickler als Beispiel für die Wic­ keleinrichtung beschrieben. Sie ist jedoch auch für an­ dere Materialbahnen, die auf ähnliche Weise aufgewic­ kelt werden sollen, und für Kontakt- und Stützwalzen­ wickler anwendbar. Die Materialbahnrollen können Brei­ ten im Bereich von 0,4 bis 3,8 m aufweisen. Der End­ durchmesser kann im Bereich von 0,8 bis 2,5 m liegen. Das Gewicht der fertigen Rollen kann im Tonnenbereich liegen.

Wenn Papierbahnen (oder entsprechende Materialbahnen) zu einer Wickelrolle aufgewickelt werden, möchte man Einfluß auf die Wickelhärte der Rolle nehmen können. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Wickelrolle am Umfang anzutreiben und hierbei zwei unterschiedliche Umfangskräfte auf die Wickelrolle wirken zu lassen. Beispielsweise kann man die Wickelrolle auf einem Dop­ peltragwalzenwickler wickeln und die Wicklerwalze, mit der die Materialbahn zuerst in Berührung kommt, mit ei­ nem geringeren Moment antreiben als die andere Walze. Die Differenz der Drehmomente äußert sich in einer in die Materialbahn eingebrachten Spannung, die dann in die Rolle "eingewickelt" wird. Die Erfindung ist aller­ dings nicht auf Doppeltragwalzenwickler beschränkt.

Auch ist der Begriff "Wicklerwalzen" dahingehend zu in­ terpretieren, daß es sich um ein Element mit einer um­ laufenden Oberfläche handelt, auf der die Wickelrolle aufliegt. Die Wicklerwalze kann also auch durch ein um­ laufendes Band gebildet sein. Die Wickelrolle muß auf der Wicklerwalze auch nicht unbedingt aufliegen. Man kann eine derartige Wicklerwalze auch an anderen Stel­ len auf den Umfang der Wickelrolle wirken lassen. Wie oben erwähnt, kann man die Spannung auch über den Zen­ trumsantrieb erzeugen, bei dem die Rolle am Kern ange­ trieben wird und Umfangskräfte gegenüber einer Wickler­ walze, z. B. der Kontakt- oder Stützwalze, aufgebracht werden. Der Begriff der "Antriebskraft" ist immer auf den Umfang der Wickelrolle bezogen, auch wenn die Rolle zentrisch angetrieben ist.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art sind aus DE 451 02 374 A1 bekannt. Hier wird die Zugspannung beim Aufwickeln auf die für die ge­ wünschte Wickelhärte erforderlichen Werte dadurch gere­ gelt, daß zunächst die Abhängigkeit des Gesamtbahnzuges von der Abrollung an einer Leitrolle gemessen wird. Dieser Gesamtbahnzug wird von der Summe der Drehmomente der Antriebe der angetriebenen Walzen bei ausgeschalte­ ten Drehantrieben der Führungsköpfe der Wickelrollen bestimmt. Die Bestimmung der Gesamtbahnzugspannung er­ folgt also in Abhängigkeit von dem Drehmoment eines Stützwalzenantriebs. Diese Abhängigkeit wird entweder rechnerisch oder experimentell ermittelt und in einer Regeleinrichtung als Kennlinie abgespeichert.

DE 44 01 959 A1 zeigt einen Tragtrommelroller für eine Papiermaschine, bei dem die Antriebe der Tragtrommeln derart regelbar sind, daß die gesamte Antriebsleistung willkürlich auf die beiden Tragtrommeln verteilt werden kann, so daß eine der beiden Tragtrommeln im Extremfall 0 oder 100% der Antriebsleistung übernimmt. Ferner ist ein Zentrumsantrieb vorgesehen, wobei die gesamte An­ triebsleistung zwischen den beiden Tragtrommeln und dem Zentrumsantrieb beliebig aufteilbar ist.

Prospekt "Rollmaschinen Baureihe Vari-Dur", Jagenberg, JW 90036 beschreibt eine Rollenwickelmaschine, die nach dem Doppeltragwalzenprinzip arbeitet. Hierbei ist es möglich, eine Vor- bzw. Nacheilung der Geschwindigkeit der vorderen Tragwalze zur hinteren Tragwalze einzu­ stellen.

Prospekt "Technische Informationen", Jagenberg III/314 beschreibt eine ähnliche Ausgestaltung zum Einstellen der Wickelhärte. Die Umfangsgeschwindigkeiten der bei­ den Tragwalzen werden unterschiedlich eingestellt, wo­ bei die Voreilung der vorderen Tragwalze und eine Druckwalze gegenüber der angetriebenen hinteren Trag­ walze allmählich verringert wird.

DE 42 14 713 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Aufwickeln einer laufenden Bahn, bei dem die Wickelrolle nicht unmittelbar auf Tragwalzen auf­ liegt, sondern unter Zwischenschaltung eines Bandes, das mit Hilfe einer Spanneinrichtung mehr oder weniger stark gespannt wird. Zu Beginn eines Wickelvorganges ist das Band weniger stark gespannt, so daß eine Wic­ kelhülse relativ tief in das zwischen den beiden Trag­ walzen gebildete Wickelbett eintauchen kann.

"Das Papier", 26. Jahrgang, Heft 5, 1972, Seiten 205- 209 "Umrollerantriebe für die Papierindustrie" be­ schreibt am Beispiel eines Doppeltragwalzenumrollers, wie mit Hilfe von Regelungselektronik verschiedene an den Antrieb gestellten Forderungen erfüllt werden kön­ nen.

"Wochenblatt für Papierfabrikation", 6/1967, Seiten 214 bis 219 beschreibt technologische Effekte im Doppel­ tragwalzenantrieb von Umrollen und Rollenschneidmaschi­ nen durch Ausnutzung einer Leistungsverzweigung. Zwi­ schen dem Antrieb der ersten Tragwalze und dem Antrieb der zweiten Tragwalze ist ein Getriebe vorgesehen, das dazu dient, das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten in den Kontaktstellen gegen die wechselnden Belastungen der Tragwalzen aufrechtzuerhalten.

Es hat sich nun gezeigt, daß es z. B. bei der Inbetrieb­ nahme von Rollenwickeleinrichtungen relativ lange dau­ ert, bis man die beiden Antriebe der Wicklerwalzen so eingestellt hat, daß die gewünschte Wickelspannung und damit der gewünschte Wickelhärteverlauf in der Wickel­ rolle entsteht. Auch im Betrieb entstehen vielfach Pro­ bleme, die nur durch ein Ausprobieren beim Einstellen der Antriebsleistungen für die einzelnen Wicklerwalzen beseitigt werden können. Erschwerend kommt hinzu, daß beim Übergang von einem Material, z. B. einer Sorte oder Qualität, zu einem anderen vielfach auch unterschiedli­ che Wickelverhältnisse gefordert werden, so daß man praktisch für jede Materialart erneut Versuche fahren muß. Da der Konstrukteur und der Betreiber von Rollen­ wickeleinrichtungen nur begrenzte Möglichkeiten hat, die Funktion der Tragwalzenantriebe zu kontrollieren, fehlt meist eine sichere Möglichkeit, die Übereinstim­ mung zwischen vorgegebenen Sollkurven und Istwerten für die Umfangskraftdifferenz als Mittel zur Wickelhärtebe­ einflussung an der Wickelrolle zu überprüfen. Erst wenn sichergestellt ist, daß vorgegebene Sollkurven tatsäch­ lich noch gefahren werden, kann mit der Optimierung der Rollenqualität und der Behebung von Wickelfehlern be­ gonnen werden.

Die Ermittlung der Tragwalzenumfangskräfte aus der elektrischen Antriebsleistung, d. h. dem Motorstrom und der Motorspannung, den Wirkungsgraden von Motor und eventuell vorhandenen Getrieben und den geometrischen Gegebenheiten wie Durchmesser der Wicklerwalzen, Bahn­ geschwindigkeit und ähnliches, ist nicht genau genug, insbesondere in der Beschleunigungsphase. Auch die In­ formationen über den Wirkungsgrad des Motors und des Getriebes sind oftmals nicht genau genug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einstel­ len der Antriebsleistungen der Wicklerwalzen zu er­ leichtern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Antriebskräfte in Form von Umfangskräften an den Wicklerwalzen über eine mit den Wicklerwalzen in Kontakt bringbare Meßeinrich­ tung oder in Form von Umfangskräften an einer Wickler­ walze und einer Antriebskraft am Kernantrieb mit Hilfe einer mit der Wicklerwalze und dem Kernantrieb in Kon­ takt bringbare Meßeinrichtung unmittelbar am Ort der Krafteinleitung der Wicklerwalzen oder der Wicklerwalze und des Kernantriebs in die Materialbahn­ rolle ermittelt werden und daraus eine Kraftdifferenz gebildet wird.

Die Antriebskraft an jeder Wicklerwalze wird also dort ermittelt, wo sie auch auf die Wickelrolle wirkt. Der "Ort" der Krafteinleitung bezieht sich hierbei nicht unbedingt auf die axiale Position, die z. B. bei Trag­ walzen eine gewisse Erstreckung haben kann. Eine bevor­ zugte Stelle, wo die Umfangskraft ermittelt werden kann, ist der jeweilige Umfang der Wicklerwalzen. Es ist aber auch möglich, die Umfangskraft an einer ande­ ren Position der Wicklerwalze zu ermitteln, die mit der Oberfläche in einer im Hinblick auf die Kraftübertra­ gung definierten Verbindung steht. Beispielsweise kann man die Umfangskraft auch an einem Walzenzapfen ermit­ teln, der einen kleineren Durchmesser als der Arbeits­ umfang der Wicklerwalze hat, dessen Oberfläche aber mit der Oberfläche des Arbeitsbereichs starr verbunden ist. Wenn man nun die Umfangskräfte an den Wicklerwalzen un­ mittelbar ermittelt, kann man auch die Kraftdifferenz mit einer hohen Genauigkeit feststellen, mit der Wick­ lerwalzen auf die Wickelrolle wirken. Das gleiche gilt z. B. dann, wenn man die Antriebskräfte direkt an der angetriebenen Kennaufnahme und am Umfang der Kontakt­ walze ermittelt. In diesem Fall ist gegebenenfalls eine Umrechnung der Antriebskraft auf die am Umfang herr­ schenden Verhältnisse erforderlich, was über die be­ kannte Drehmomentbeziehung aber problemlos möglich ist. Die Kraftdifferenz erlaubt dann eine Aussage über die Spannung, mit der die Materialbahn aufgewickelt wird. Da die Kraftdifferenz direkt angezeigt werden kann, ist die Einstellung der Antriebe bzw. der Antriebsleistung relativ einfach. Man kann beispielsweise die Wickler­ walze, die als erste mit der Papierbahn in Kontakt kommt, auf eine gewisse Drehzahl einstellen und die zweite Wicklerwalze dann so antreiben, daß sich die ge­ wünschte Drehmomentendifferenz und damit die gewünschte Kraftdifferenz der Umfangskräfte ergibt.

Vorzugsweise werden die Umfangskräfte außerhalb des Wickelvorgangs ermittelt. Man kann die Ermittlung der Umfangskräfte also bei einer Inbetriebnahme oder beim Auftreten von Störungen vornehmen, ohne daß man hierzu eine Materialbahn benötigt. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen wird kein unnötiger Ausschuß produziert. Zum an­ deren ist keine Störung durch eine sich bildende Ma­ terialbahnrolle zu befürchten.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die zuerst mit der Materialbahn in Kontakt kommende Wicklerwalze gebremst wird. Damit kann man den Bahnzug der ankommenden Ma­ terialbahn simulieren, also ein entgegen der Antriebs­ leistung wirkendes Gegenmoment erzeugen. Ein derartiges Gegenmoment kann beispielsweise über eine an die ent­ sprechende Wicklerwalze angepreßte und mit einem Bremsmoment belasteten Walze aufgebracht werden.

Alternativ oder zusätzlich zu der Ermittlung der Kraft­ differenz außerhalb des eigentlichen Wickelvorganges kann natürlich auch während des Wickelns gemessen wer­ den, wenn sich an den Wicklerwalzen freie Bereiche er­ geben, an denen die Umfangskraft abgenommen werden kann. Derartige freie Bereiche können beispielsweise axial außerhalb der aufgewickelten Rolle vorhanden sein. Man kann aber auch in Umfangsrichtung an solchen Positionen messen, die nicht von der Wickelrolle oder der Materialbahn abgedeckt sind.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Kraftdifferenz als Ist- Wert einem Regelkreis zugeführt wird, der den Antrieb der beiden Wicklerwalzen so regelt, daß die Kraftdiffe­ renz einem vorgegebenen Sollwert entspricht. Damit kann man die Wickelhärte der Wickelrolle regeln.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Sollwert einen vom Durchmesser der Materialbahnrolle abhängigen Ver­ lauf hat. Damit trägt man dem Wunsch Rechnung, daß die Wickelhärte von innen nach außen abnehmen soll. Die Wickelhärte wird natürlich noch durch weitere Faktoren beeinflußt. Diese Faktoren kann man bei der Vorgabe des Verlaufs des Sollwerts berücksichtigen.

Mit Vorteil werden die Reibverhältnisse zwischen der Materialbahn und der jeweiligen Wicklerwalze beim Er­ mitteln der Umfangskräfte nachgebildet. Die Wicklerwal­ zen wirken zwar mit einer gewissen Umfangs- oder Tan­ gentialkraft auf die Wickelrolle. Diese Umfangskraft wird aber, in Abhängigkeit von den Reibungsverhältnis­ sen zwischen der Oberfläche der entsprechenden Wickler­ walze und der Oberfläche der Materialbahn, nicht immer vollständig auf die Wickelrolle übertragen. In manchen Fällen, insbesondere bei sehr glatten Oberflächen der Materialbahn, entsteht ein gewisser Schlupf. Wenn man nun diese Reibverhältnisse beim Ermitteln der Umfangs­ kraft berücksichtigt, dann wird die Messung noch genau­ er, d. h. man kann die tatsächlich auf die Wickelrolle einwirkenden Kräfte und damit die Kraftdifferenz mes­ sen.

Die Aufgabe wird bei einer Rollenwickeleinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kraft­ aufnehmer am Ort der Einleitung der Kraft in die Rolle angeordnet sind und die Kraftaufnehmer als Umfangskraftaufnehmer ausgebildet sind oder ein Kraftaufnehmer als Umfangskraftaufnehmer ausgebildet ist.

Eine derartige Rollenwickeleinrichtung ist besonders gut zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens geeignet. Dadurch, daß man die Kraft unmittelbar am Ort der Einleitung in die Rolle ermittelt, beispielsweise Umfangskraft unmittelbar an den Wicklerwalzen abnimmt oder die Antriebskraft am Kernantrieb, kann man die Kraftdifferenz, die letztlich auf die jeweils äußere Lage der Materialbahn auf der Wickelrolle wirkt, sehr genau ermitteln. Fehler, die sich durch ungenaue Werte in Übertragungskoeffizienten bei einer Berechnung erge­ ben, werden vermieden. Wenn die Kraftdifferenz aber mit der gewünschten Genauigkeit ermittelt werden kann, dann kann bei der Inbetriebnahme oder auch bei Störungen im Betrieb relativ genau feststellen, wie die einzelnen Antriebsleistungen einzustellen sind, damit das ge­ wünschte Wickelergebnis erzielt wird. Die Auswerteein­ richtung kann beispielsweise durch einen für beide An­ triebe gemeinsamen Sensor gebildet sein, der die Diffe­ renz aus zwei Kräften oder Momenten ermittelt, z. B. eine Drehmomentmeßwelle mit oder ohne nachgeschalteter Anzeige.

Für die Umfangskraftaufnehmer gibt es viele Möglichkei­ ten. Eine bevorzugte Ausgestaltung ist dann gegeben, wenn die Umfangskraftaufnehmer durch Meßrollen gebildet sind, die mit einer Drehmomentmeßwelle verbunden sind. Die Meßrollen, die auch eine gewisse axiale Länge auf­ weisen können und dann als Meßwalzen bezeichnet werden, drehen sich mit praktisch der gleichen Umfangsgeschwin­ digkeit. Dies ist Voraussetzung, weil die beiden Wick­ lerwalzen beim Wickeln der Rolle auch keine größeren Umfangsgeschwindigkeitsdifferenzen aufweisen dürfen. Der Geschwindigkeitsunterschied liegt im Promille- Bereich. Wenn man nun die beiden Meßrollen mit einer Drehmomentmeßwelle verbindet, dann dreht sich die Drehmomentmeßwelle zwar mit. Sie wird aber in Abhängig­ keit von der Differenz der Umfangskräfte in sich ver­ dreht, also einer Torsionsspannung unterworfen. Diese Verdrehung läßt sich ermitteln. Ein einfaches Beispiel hierfür ist die Verwendung von kreuzweise auf dem Um­ fang der Drehmomentmeßwelle angeordneten Dehnungsmeß­ streifen, die elektrisch nach Art einer Brücke zusam­ mengeschaltet sind. Im übrigen ist die Ausbildung von Drehmomentmeßwellen aber grundsätzlich bekannt. Sie können beispielsweise auch optisch arbeiten.

Vorzugsweise sind die Meßrollen und die Drehmomentmeß­ welle in einem gemeinsamen Träger angeordnet. Man kann also diesen Träger, beispielsweise ein Gestell oder ei­ nen Rahmen, als einheitlichen Gegenstand handhaben und ihn dann, wenn es nötig ist, gegen die beiden Wickler­ walzen zur Anlage bringen. Dies erleichtert die Handha­ bung. Die Handhabung kann entweder manuell erfolgen oder durch eine an der Rollenwickeleinrichtung angeordnete Einspannvorrichtung. Natürlich ist es auch mög­ lich, daß die Meßrollen permanent in Anlage an der Wicklerwalzen gehalten werden. Es ist aber auch mög­ lich, die Meßrollen getrennt voneinander mit dem jewei­ ligen angetriebenen Teil der Wickeleinrichtung zu kop­ peln. Bei einer solchen Anordnung können dann die Meß­ rollen mit einem Meßwertaufenhmer über flexible Wellen, elektrische Meßgeneratoren oder entsprechende hydrauli­ sche Aggegrate gekoppelt werden. In den letzten beiden Fällen ist es auch möglich, den Schlupf zwischen den Meßwalzen dynamisch zu verändern.

Mit Vorteil sind die Meßrollen seitlich versetzt mit parallelen Drehachsen zur Drehmomentmeßwelle angeord­ net. Damit ist es möglich, die Umfangskräfte an jeweils gleichen axialen Positionen der Wicklerwalzen zu ermit­ teln. Fehler, die durch Torsionen der Wicklerwalzen oder der Meßrollen erzeugt werden, werden dadurch kleingehalten.

Mit Vorteil sind die Meßrollen über Getriebe mit der Drehmomentmeßwelle verbunden. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen können die Meßrollen eine gewisse Entfernung zur Drehmomentmeßwelle aufweisen. Die Getriebe haben hierzu die Aufgabe, die Drehung der Meßrollen und das damit verbundene Drehmoment auf die Drehmomentmeßwelle zu übertragen. Für diesen Zweck würde es ausreichen, wenn das Getriebe eine Übersetzung von 1 : 1 aufweist. Man kann das Getriebe aber auch noch dazu nutzen, eine gewisse Drehzahl- und Drehmomentübersetzung zu bewir­ ken, so daß man die an der Drehmomentmeßwelle anliegen­ de Drehmomentdifferenz besser auf die Drehmomentmeßwel­ le abstimmen kann. Beispielsweise kann man das Überset­ zungsverhältnis der Getriebe so gestalten, daß sich die Drehmomentdifferenz an der Drehmomentmeßwelle vergrö­ ßert, so daß ein größerer Meßbereich gegeben ist.

Vorzugsweise weisen die Meßrollen eine Oberfläche auf, die der Oberfläche der Materialbahn im Hinblick auf die Reibung gegenüber den Wicklerwalzen ähnlich ist. Damit kann man zumindest annähernd den Schlupf zwischen den Wicklerwalzen und der Materialbahn nachbilden und noch besser ermitteln, welche Umfangskraft tatsächlich in die Wickelrolle eingeleitet wird.

Hierzu ist es besonders bevorzugt, wenn die Meßrollen einen Oberflächenbelag aus dem Material der Material­ bahn aufweisen. Wenn also eine bestimmte Materialbahn gewickelt werden soll, dann werden die Meßrollen oder -walzen ein- oder mehrlagig mit der Materialbahn umwic­ kelt. Die Materialbahn kann beispielsweise auf den Meß­ rollen festgeklebt werden. Wichtig ist, daß die dann aus der Materialbahn gebildete Oberfläche auf die glei­ che Weise mit den Wicklerwalzen zusammenwirken kann, wie die Wickelrolle auch.

Vorzugsweise weist die Meßeinrichtung eine Bremsein­ richtung auf, die an einer Wicklerwalze anliegt. Mit dieser Bremseinrichtung, z. B. einer Belastungswalze, läßt sich dann bei leerlaufender Wickeleinrichtung ein Bahnzug simulieren. Es ist aber auch möglich, eine Wal­ ze der Meßeinrichtung mit einem zusätzlichen Antrieb zu treiben, um auf diese Weise in entsprechender Weise Vorgänge beim Abwickeln einer Rolle simulieren zu kön­ nen. In diesem Fall arbeitet die "Bremseinrichtung" mit umgekehrtem Vorzeichen.

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

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Rol­ lenwickeleinrichtung mit Doppeltragwalzen,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausgestal­ tung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Meßeinrichtung und

Fig. 4 eine Darstellung einer Rollenwickeleinrich­ tung mit Zentrumsantrieb.

Eine Wickeleinrichtung 1 weist eine erste Tragwalze 2 mit einem schematisch dargestellten Antrieb 3 und eine zweite Tragwalze 4 mit einem ebenfalls schematisch dar­ gestellten Antrieb 5 auf. Zwischen den beiden Tragwal­ zen ist ein Wickelbett 6 gebildet, in dem eine gestri­ chelt angedeutete Wickelrolle 7 liegt. Die Wickelrolle 7 wickelt eine Materialbahn 8 auf, beispielsweise eine Papierbahn.

Die Materialbahn 8 gelangt hierbei zunächst auf die er­ ste Tragwalze 2. Da die Tragwalze 2 angetrieben ist, wird die Materialbahn 8 durch Reibung ebenfalls ange­ trieben und in Richtung auf die zweite Tragwalze 4 vor­ geschoben. Die Tragwalze 4 ist ebenfalls angetrieben. Beide Tragwalzen 2, 4 wirken zusammen, um die Wickel­ rolle 7 in Drehung zu versetzen.

Beim Aufbau der Wickelrolle 7 möchte man einen bestimm­ ten Wickelhärteverlauf erzielen. Der Wickelhärteverlauf ist von einer Reihe von Faktoren abhängig. Eine Mög­ lichkeit, um den Wickelhärteverlauf zu beeinflussen, ist es, beide Tragwalzen 2, 4 mit unterschiedlichen Drehmomenten anzutreiben. In diesem Fall entstehen an den Oberflächen der Tragwalzen 2, 4 unterschiedliche Umfangskräfte. Die Papierbahn wird also im Bereich zwi­ schen den Auflagestellen an den Tragwalzen 2, 4 mit ei­ ner Kraftdifferenz beaufschlagt, die zu einer Zugspan­ nung in der äußeren Lage der Rolle führt. Diese Zugs­ pannung in der Papierbahn 8 wird dann in die Rolle 7 "eingewickelt".

Um die Zugspannung, also die durch die Umfangskraftdif­ ferenz erzeugte Bahnspannung, steuern zu können, ist es wichtig, die Differenz der Umfangskräfte möglichst ge­ nau ermitteln zu können.

Hierzu ist eine Meßeinrichtung 9 vorgesehen, die unmit­ telbar an der Oberfläche der Tragwalzen 2, 4 die Um­ fangskräfte ermittelt. Diese Umfangskräfte sind damit identisch mit den Umfangskräften, die auf den Umfang der Wickelrolle 7 wirken. Die Meßeinrichtung 9 kann al­ so wie und anstelle der Wickelrolle 7 in die Wickelein­ richtung eingelegt werden, um die Verspannkraft zwi­ schen den beiden Tragwalzen 2, 4 zu messen.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Meßeinrichtung eine erste Meßwalze 10 auf, die an der ersten Tragwalze 2 anliegt, und eine zweite Meßwalze 11, die an der zweiten Tragwalze 4 anliegt. Beide Meß­ walzen 10, 11 sind in einem gemeinsamen Träger 12 gela­ gert, der an beiden Stirnseiten die Form eines Dreiecks hat. An den Eckpunkten der beiden Dreiecke sind die beiden Meßwalzen 10, 11 gelagert und zwar an der Basis des Dreiecks. An der Spitze 13 des Dreiecks ist eine Drehmomentmeßwelle 14 gelagert. In nicht näher darge­ stellter Weise weist der Träger 12 noch weitere Ver­ steifungen auf, um einer Verwindung der beiden Dreiecke gegeneinander entgegen zu wirken. Denkbar ist auch z. B. eine gestreckte oder waagrechte Anordnung Walze- Meßwelle-Walze, wenn genügend Platz zur Verfügung steht.

Die erste Meßwalze 10 ist über einen Zahnriemen 15 mit einem axialen Ende der Drehmomentmeßwelle 14 verbunden. Die andere Meßwelle 11 ist über einen zweiten Zahnrie­ men 16 mit dem anderen Ende der Drehmomentmeßwelle 14 verbunden.

Beide Meßwalzen 10, 11 weisen den gleichen Umfang auf. Da die beiden Tragwalzen 2, 4 beim Wickeln der Wickel­ rolle 7 die gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweisen müssen, haben die beiden Meßwalzen 10, 11, wenn sie an den Tragwalzen 2, 4 zur Anlage gebracht werden, die gleiche Drehzahl. Da beide Meßwalzen 10, 11 mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis auf die Drehmomentmeß­ welle 14 wirken, dreht sich die Drehmomentmeßwelle ent­ sprechend. Allerdings wirken auf beide Enden der Drehmomentmeßwelle 14 unterschiedliche Drehmomente, die von den unterschiedlichen Drehmomenten der Tragwalzen 2, 4 verursacht werden, so daß die Enden der Drehmo­ mentmeßwelle gegeneinander verdreht werden. Den Dreh­ winkel kann man messen. Er ist ein Maß für die Drehmo­ mentdifferenz.

Natürlich kann man über die Zahnriemen 15, 16 bzw. die mit den Zahnriemen 15, 16 verbundenen Zahnräder oder Ritzel auch andere Übersetzungsverhältnisse bewirken. Die Zahnriemen 15, 16 mit ihren Ritzeln bilden also Ge­ triebe, die man auch dazu ausnutzen kann, die Drehmo­ mentmeßwelle 14 mit einer kleineren Geschwindigkeit an­ zutreiben, wobei dann eine größere Drehmomentdifferenz auf die beiden Enden der Drehmomentmeßwelle 14 wirkt. Der Meßbereich kann also gegebenenfalls etwas gespreizt werden.

Die Meßwalzen 10, 11 rotieren um Rotationsachsen, die parallel zur Rotationsachse der Drehmomentmeßwelle 14 ausgerichtet sind. Dadurch ist es möglich, die Meßwal­ zen 10, 11 seitlich versetzt neben der Drehmomentmeß­ welle 14 anzuordnen. Die Baulänge der Meßeinrichtung 9 kann dadurch kurz gehalten werden. Man kann die Meßein­ richtung 9 daher auch im Betrieb einsetzen, wenn bei­ spielsweise an einem der axialen Enden der Tragwalzen 2, 4 eine kleine Strecke frei ist, d. h. dort keine Wic­ kelrolle 7 aufliegt.

Die Drehmomentmeßwelle 14 weist einen Sender auf, der durch einen Pfeil 17 dargestellt ist. Es kann sich bei­ spielsweise um einen Infrarotsender handeln. Eine Steu­ ereinrichtung 18 ist mit einem ebenfalls durch einen Pfeil 19 symbolisierten Empfänger versehen. Die Steuer­ einrichtung 18 wirkt auf die Antriebe 3, 5 der Tragwal­ zen 2, 4. Es ist dabei möglich, mit Hilfe der Steuer­ einrichtung 18 und der Meßeinrichtung 9 die Umfangs­ kraftdifferenz im Betrieb auf einen bestimmten Sollwert einzustellen. Es ist sogar möglich, den Sollwert im Be­ trieb zu ändern, ihn beispielsweise einem vorgegebenen Verlauf folgen zu lassen. Die Meßeinrichtung ist dann Bestandteil eines Regelkreises, der dafür sorgt, daß beim Wickeln ständig die gewünschte Umfangskraftdiffe­ renz vorhanden ist.

Dieser Verlauf kann abhängig sein vom Durchmesser der Wickelrolle 7, der relativ einfach zu ermitteln ist.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung, bei der glei­ che Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Meßeinrichtung 9 ist diesmal nicht mit einer Steuerein­ richtung 18 verbunden, sondern mit einer Anzeigeein­ richtung 20. Die Steuereinrichtung, die auf die Antrie­ be 3, 5 wirkt, ist manuell betätigbar. Hier wird die Meßeinrichtung 9 zum Einstellen einer Umfangskraftdif­ ferenz vor dem eigentlichen Wickelvorgang verwendet. Die Meßeinrichtung 9 wird hierzu mit Hilfe einer Kol­ ben-Zylinder-Einrichtung 21 in Anlage an die Tragwalzen 2, 4 gebracht. Eine Bedienungsperson liest dann an der Anzeigeeinrichtung 20 die Umfangskraftdifferenz ab und stellt mit Hilfe der Steuereinrichtung 18 die Antriebe 3, 5 so ein, daß eine gewünschte Kraftdifferenz oder ein entsprechendes Drehmoment an der Drehmomentenmeß­ welle 14 erscheint.

Um hierbei einen Bahnzug zu simulieren, der durch die einlaufende Materialbahn 8 im Betrieb auf die erste Tragwalze 2 ausgeübt wird, ist ferner eine Belastungs­ walze 22 mit dem Träger 12 verbunden. Die Belastungs­ walze 22, die man auch als Bremsrolle bezeichnen kann, ist gebremst. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die An­ triebsmomente für die Tragwalze 2 noch näher an die im Betrieb vorliegenden Werte anzunähern. Die Funktion der Belastungswalze 22 kann auch von einer der Meßwalzen übernommen werden.

Um das Reibungsverhalten zwischen der Oberfläche der Tragwalzen 2, 4 und der Materialbahn 8 zu simulieren, kann es sinnvoll sein, die Meßwalzen 10, 11 mit der Ma­ terialbahn 8 zu umwickeln. Man nimmt also ein kleines Stück der Materialbahn 8 und klebt es auf den Umfang der Meßwalzen 10, 11 fest. Damit ist dieser "Testbelag" drehfest mit den Meßwalzen 10, 11 verbunden. Die Trag­ walzen 2, 4 wirken dann aber mit einem Schlupf auf die Meßwalzen 10, 11, der in etwa dem Schlupf entspricht, mit dem die Tragwalzen 2, 4 auch auf die Wickelrolle 7 wirken.

Die gleiche Meßeinrichtung 9 kann man natürlich auch dann verwenden, wenn anstelle der beiden Tragwalzen 2, 4 eine Tragwalze und ein Walzenpaar mit Bändern zum Ab­ stützen der Wickelrolle 7 verwendet wird. Die Meßein­ richtung 9 und die damit verbundene Messung läßt sich auch dann verwenden, wenn eine Umfangskraftdifferenz nicht mit den beiden Tragwalzen 2, 4, sondern mit ande­ ren Walzen eingebracht wird, beispielsweise einer Stützwalze und einer Andruckwalze.

Wenn man die Meßeinrichtung 9 auf die Oberfläche der Tragwalzen 2, 4 aufsetzt, dann hat man die wenigsten Störungen zu befürchten, weil die gemessenen Werte den auf die Wickelrolle 7 wirkenden Kräften am besten ent­ sprechen. Falls hier jedoch kein Platz zur Verfügung steht, ist es auch möglich, die Meßeinrichtung 9 an ei­ ner anderen Stelle zu verwenden, bei der Voraussetzung ist, daß die dort vorliegende Oberfläche in eindeutiger Drehmoment übertragender Verbindung mit der Auflageflä­ che der Tragwalzen 2, 4 steht. Vorstellbar ist bei­ spielsweise, daß die Meßeinrichtung 9 auf Walzenzapfen aufgesetzt wird, die die Lager der Tragwalzen 2, 4 durchragen. Hierbei ist aber eine genaue Beachtung aller Umstände erforderlich, um beispielsweise Torsions­ spannungen zwischen den Walzenzapfen und der Oberfläche der Tragwalzen 2, 4 nicht zu Fehlern werden zu lassen.

Anstelle des Getriebes, das mit den Zahnriemen 15, 16 und den damit zusammenwirkenden Ritzeln gebildet ist, ist es natürlich auch möglich, eine Abfolge von Zahnrä­ dern zu verwenden. Im Grunde genommen reicht es, wenn zwei Zahnräder miteinander kämmen, von denen eines an der jeweiligen Meßwelle 10, 11 und das andere an der Drehmomentmeßwelle 14 befestigt ist. Man kann auch eine Kardanwelle oder eine Königswelle zur Übertragung der Drehmomente von den Meßwalzen 10, 11 zur Drehmomentmeß­ welle verwenden.

Fig. 4 zeigt eine Rollenwickeleinrichtung 30, die nach dem Kontakt- oder Stützwalzenprinzip arbeitet. Der An­ trieb einer nicht näher dargestellten Wickelrolle er­ folgt hierbei über eine angetriebene Kernaufnahme 31, die von beiden Seiten in den Rollenkern eingeführt und dort verspannt wird. Weiterhin ist eine Kontaktwalze 32 vorgesehen, die ebenfalls einen Antrieb 33 aufweist. Um nun die Kraftdifferenzen zu ermitteln, die auf eine spätere Wickelrolle wirken, ist die Meßeinrichtung 34 so ausgebildet, daß sie eine Meßrolle 35 aufweist, die an der Kontaktwalze 32 angelegt werden kann und in die­ sem Zustand von ihr angetrieben wird. Die Meßeinrich­ tung 34 weist ferner eine zweite Meßrolle 36 auf, in die die Kernaufnahmen 31 eingeführt werden können. Die Kernaufnahmen 31 treiben dann, gegebenenfalls über ein nicht näher dargestelltes mechanisches oder hydrauli­ sches Getriebe die Meßrolle 36 an. Zwischen den beiden Meßrollen 35, 36 kann, wie dies gestrichelt eingezeich­ net ist, eine Drehmomentmeßwelle 37 angeordnet sein. Es ist aber alternativ dazu auch möglich, daß jede Meßrolle 35, 36 einen Meßgenerator 38 (nur für die Meßrolle 35 dargestellt) antreibt, von dem aus elektrische Lei­ tungen 39 zu einer Steuereinrichtung 40 gehen, die ih­ rerseits wieder den Antrieb der später zu wickelnden Wickelrolle, d. h. die Kernaufnahmen 31 und den Antrieb 33, steuert. Anstelle eines elektrischen Generators 38 kann man auch einen hydraulischen Generator verwenden, so daß die Signalübertragung über hydraulische Leitun­ gen erfolgt, die anstelle der elektrischen Leitungen 39 verwendet werden können.

In der Steuereinrichtung 40 kann dann noch eine Umrech­ nung erfolgen, die nötig werden kann, weil die Zentrum­ santriebe 31 mit einer anderen Drehzahl arbeiten als der Antrieb 33 der Kontaktwalze 32.

Claims (18)

1. Verfahren zum Betreiben einer Rollenwickeleinrich­ tung (1) mit mindestens zwei Antriebseinrichtungen (3, 5, 33) für mindestens eine Wicklerwalze (2, 4) und eine Materialbahnrolle (7), die beim Wickeln mit unterschiedlichen Antriebskräften auf die Ma­ terialbahnrolle (7) wirken, wobei die in die Ma­ terialbahnrolle (7) eingeleiteten Antriebskräfte ermittelt werden und daraus eine Kraftdifferenz ge­ bildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebskräfte in Form von Umfangskräften an den Wicklerwalzen (2, 4) über eine mit den Wicklerwalzen (2, 4) in Kontakt bringbare Meßeinrichtung (9) oder in Form von Umfangskräften an einer Wicklerwalze (32) und einer Antriebskraft am Kernantrieb (31) mit Hilfe einer mit der Wicklerwalze (32) und dem Kernantrieb (31) in Kontakt bringbare Meßeinrich­ tung (34) unmittelbar am Ort der Krafteinleitung der Wicklerwalzen (2, 4) oder der Wicklerwalze (32) und des Kernantriebs (31) in die Materialbahnrolle (7) ermittelt werden und daraus eine Kraftdifferenz gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskräfte außerhalb des Wickelvorgangs ohne eine Materialbahn ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zuerst mit der Materialbahn in Kontakt kommende Wicklerwalze (2, 4) gebremst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kraftdifferenz während des Wic­ kelvorganges an freien, nicht von der Materialbahn bedeckten Bereichen der Wicklerwalzen (2, 4, 32) gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftdifferenz als Ist-Wert einem Regel­ kreis zugeführt wird, der den Antrieb (3, 5) der beiden Wicklerwalzen (2, 4) so regelt, daß die Kraftdifferenz einem vorgegebenen Sollwert ent­ spricht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert einen vom Durchmesser der Ma­ terialbahnrolle (7) abhängigen Verlauf hat.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibverhältnisse zwischen der Materialbahn und der jeweiligen Wicklerwalze (2, 4) beim Ermitteln der Antriebskräfte nachgebil­ det werden.

8. Rollenwickeleinrichtung (1) mit mindestens zwei auf eine Rolle (7) wirkenden Antriebseinrichtungen, wo­ bei eine Meßeinrichtung (9, 3, 4) mit den An­ triebseinrichtungen (2-5, 31-33) zusammenwirkt, die für jede der Antriebseinrichtungen (2-5, 31-33) ei­ nen Kraftaufnehmer (10, 11; 35, 36) aufweist, und die Kraftaufnehmer (10, 11; 35, 36) mit einer Aus­ werteeinrichtung (14, 18, 20) verbunden sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnehmer (10, 11; 35, 36) am Ort der Einleitung der Kraft in die Rolle (7) angeordnet sind und die Kraft­ aufnehmer (10, 11) als Umfangskraftaufnehmer ausgebildet sind oder ein Kraftaufnehmer (35) als Umfangskraft­ aufnehmer ausgebildet ist.

9. Rolllenwickeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskraftaufnehmer durch Meßrollen (10, 11) gebildet sind, die mit einer Drehmomentmeßwelle (14) verbunden sind und die an freien, nicht von der Materialbahn bedeckten Berei­ che der Wicklerwalzen (2, 4; 32) zur Anlage bring­ bar sind.

10. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrollen (10, 11) und die Drehmomentmeßwelle (14) in einem gemeinsamen Träger (12) angeordnet sind.

11. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrollen (10, 11) seitlich versetzt mit parallelen Drehachsen zur Drehmomentmeßwelle (14) angeordnet sind.

12. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrollen (10, 11) über Getriebe (15, 16) mit der Drehmoment­ meßwelle (14) verbunden sind.

13. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrollen (10, 11) eine Oberfläche aufwiesen, die der Ober­ fläche der Materialbahn (8) im Hinblick auf die Reibung gegenüber den Wicklerwalzen (2, 4) ähnlich ist.

14. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrollen (10, 11) einen Oberflächenbelag aus dem Material der Materialbahn (8) aufweisen.

15. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrich­ tung (9) eine bremsbare Belastungswalze (22) auf­ weist, die an einer Wicklerwalze (2) anliegt.

16. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftaufnehmer als Umfangs­ kraftaufnehmer wirkende Meßrolle (35) und der ande­ re Kraftaufnehmer als mit einem Kernantrieb (31) verbindbare Meßrolle (36) ausgebildet ist.

17. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernantrieb (31) die Meß­ rolle (36) über ein Getriebe antreibt.

18. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßrolle (35, 36) einen Meßgenerator (38) antreibt.