DE19910581A1 - Linear-Antriebs-Aggregat - Google Patents
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Abstract
Das Linearantriebs-Aggregat dient zum Bewegen eines Bauteils, insbesondere einer Schneideinrichtung (5), zwecks Durchtrennens einer laufenden Faserstoffbahn (9), vorzugsweise im Bereich einer Wickelmaschine. Das zu bewegende Bauteil (5) ist an eine erste Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) gekoppelt. DOLLAR A In einer Bereitschaftsstellung des zu bewegenden Bauteils (5), aus der die Bewegung (z. B. ein Schneidvorgang) beginnen soll, übt die erste Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) auf das Bauteil (5) eine Beschleunigungskraft aus. Das genannte Bauteil (5) ist zusätzlich an eine zweite Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (2) gekoppelt, die in der Bereitschaftsstellung das Bauteil (5) gegen die Beschleunigungskraft festhält. DOLLAR A Die Anordnung ist derart getroffen, daß eine Hubbewegung der zweiten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (2) das sofortige Bewegen des Bauteils (5) unter der Wirkung der Beschleunigungskraft auslöst (Figur 1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Linear-Antriebs-Aggregat, das zum Bewegen eines Bauteils,
insbesondere einer Schneideinrichtung, dient. Eine solche Schneideinrichtung benützt man
beispielsweise in einer Maschine zum Herstellen oder Veredeln einer Faserstoffbahn, z. B.
Papier- oder Kartonbahn, vorzugsweise am Ende einer solchen Maschine im Bereich eines
Wickelapparates. Dabei wird die laufende Faserstoffbahn mit Hilfe der Schneideinrichtung
quer zur Bahnlaufrichtung durchgetrennt, insbesondere wenn während des laufenden
Betriebes eine auf einem ersten Tambour entstandene Wickelrolle voll geworden ist und
auf einem zweiten Tambour das Bilden einer neuen Wickelrolle beginnt
("Tambourwechsel").
Zum Stand der Technik wird auf die folgenden Druckschriften hingewiesen:
DS 1: DE 27 21 883,
DS 2: US 5 360 179,
DS 3: WO 97/48632,
DS 4: Prospekt "Waterjet Turn-up System" der Firma Beloit Corp.
DS 1: DE 27 21 883,
DS 2: US 5 360 179,
DS 3: WO 97/48632,
DS 4: Prospekt "Waterjet Turn-up System" der Firma Beloit Corp.
Das aus DS 1 bekannte Linear-Antriebs-Aggregat dient zum gegenläufigen Bewegen von
zwei Schneideinrichtungen, welche je ein Kreismesser aufweisen. Die Linearbewegung
erfolgt mittels eines endlosen Seiles, das mittels eines Reibrades angetrieben wird.
Die aus DS 2 bekannte Vorrichtung umfaßt eine oder zwei Flüssigkeitsstrahl-
Schneideinrichtungen, die mit hoher Geschwindigkeit (10 m/sec) quer zu einer laufenden
Faserstoffbahn linear bewegt werden. Einzelheiten über den Linearantrieb sind nicht
beschrieben.
Die DS 3 offenbart eine ähnliche Vorrichtung, wobei der Linear-Antrieb einen
pneumatischen Kolben aufweist.
Zum gleichen Zweck dient gemäß DS 4 ein stangenloser Zylinder; die Hubgeschwindigkeit
beträgt etwa 15,3 m/s.
Moderne Maschinen zum Herstellen oder Veredeln (oder zum sonstigen Verarbeiten) von
Faserstoff-, insbesondere Papier-Bahnen werden mit immer höheren
Arbeitsgeschwindigkeiten betrieben. In vielen Fällen werden Arbeitsgeschwindigkeiten von
2000 m/min angestrebt oder schon überschritten. Dementsprechend muß eine eingangs
beschriebene Schneideinrichtung ebenfalls mit extrem hoher Geschwindigkeit quer zur
Bahn bewegt werden. Denn bei jedem Schneidvorgang wird wenigstens eine diagonal
verlaufende Schnittlinie erzeugt, in deren Bereich das Papier als nicht verkäuflicher
Ausschuß anfällt. Es wurde stets versucht, die Ausschußmenge so gering wie möglich zu
halten.
In dieser Hinsicht soll durch die vorliegende Erfindung ein noch besseres Ergebnis erzielt
werden. Mit anderen Worten: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten
Linearantriebs-Aggregate dahingehend zu verbessern, daß bei ihrer Anwendung zum
Bewegen einer Schneideinrichtung einer Papiermaschine noch weniger Ausschuß als
bisher anfällt.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Linearantriebs-Aggregat gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es in manchen Anwendungsfällen für ein
Linearantriebs-Aggregat, insbesondere beim Bewegen einer eingangs beschriebenen
Schneideinrichtung, nicht nur auf eine extrem hohe Geschwindigkeit ankommt, sondern
daß zusätzlich dafür gesorgt werden muß, daß diese hohe Geschwindigkeit beim Start der
Bewegung in möglichst kurzer Zeit erreicht wird. Das heißt, es muß für eine extrem hohe
Beschleunigung gesorgt werden. Dieses Ziel wird in erster Linie dadurch erreicht, daß in
dem erfindungsgemäßen Linearantriebs-Aggregat eine Bereitschaftsstellung geschaffen
wird, in welcher die erste Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung auf das zu bewegende
Bauteil schon in dessen Ruhestellung eine hohe Beschleunigungskraft ausübt.
In diesem Zustand hält jedoch gemäß der Erfindung eine Halteeinrichtung das zu
bewegende Bauteil noch in seiner Ruhestellung fest. Wenn nun zu einem wählbaren
Zeitpunkt die Haltevorrichtung gelöst wird, dann wirkt die hohe Beschleunigungskraft vom
ersten Augenblick an auf das zu bewegende Bauteil. Im Ergebnis wird die
Höchstgeschwindigkeit des zu bewegenden Bauteils in viel kürzerer Zeit erreicht als bei
den bekannten Vorrichtungen. Vorzugsweise ist die Halteeinrichtung als eine zweite
Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung ausgebildet, wobei die zwei Hochgeschwindigkeits-
Hubeinrichtungen in sinnvoller Weise zusammenarbeiten, wie dies weiter unten im
einzelnen beschrieben wird.
Die erste Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung ist, wie schon bekannt, vorzugsweise ein
stangenloser Pneumatikzylinder. Dessen Vorteil besteht hauptsächlich darin, daß seine
Länge nur wenig größer zu sein braucht als die Länge der Laufstrecke des zu bewegenden
Bauteils. Außerdem ist die zu beschleunigende Masse sehr klein, woraus eine extrem hohe
Beschleunigung resultiert. Im Falle der Schneideinrichtung einer Papiermaschine hängt die
Länge der Bewegungsstrecke ab von der Breite der durchzuschneidenden Bahn
(Größenordnung 10 Meter).
Wenn zwei gegenläufige Schneideinrichtungen vorgesehen werden, beträgt die Länge der
Laufstrecke nur ungefähr die Hälfte der Bahnbreite. Alternativ zu einem stangenlosen
Pneumatikzylinder könnte evtl. eine nach dem Prinzip eines Raketenantriebs wirkende
Antriebseinrichtung vorgesehen werden.
Die zweite Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung ist vorzugsweise als eine sogenannte
"Mechanische Lineareinheit" ausgebildet, lieferbar beispielsweise von der Firma NEFF
Antriebstechnik Automation GmbH. Ein Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, daß mit
hoher Beschleunigung eine sehr hohe Bewegungsgeschwindigkeit möglich ist und daß
Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen gut steuerbar sind. Als eine weniger günstige
Alternative kommt auch ein Hydraulikzylinder in Betracht, wie weiter unten beschrieben ist.
Die Unteransprüche umfassen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und
Merkmale eines Tambourwechselsystems, bei dem die Erfindung anwendbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt schematisch die für zwei gegenläufige Schneideinrichtungen
vorgesehenen Linearantriebs-Aggregate mit je einer ersten und einer zweiten
Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung.
Die Fig. 2 zeigt ein alternatives Detail aus der Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Wickelmaschine in Seitenansicht, mit einem
erfindungsgemäßen Linearantriebs-Aggregat.
In Fig. 1 erkennt man ein Stück aus einer laufenden Faserstoffbahn 9, die sich in Richtung
des Pfeiles P bewegt. Vorgesehen sind zwei Schneideinrichtungen 5, in Form von
Flüssigkeitsstrahldüsen, die in ihrer Ruhestellung im Bereich der Bahnmitte in geringer
Entfernung von der Bahn 9 angeordnet sind. Ihre Strahlrichtung verläuft ungefähr senkrecht
zur Zeichenebene, also im wesentlichen senkrecht auf die laufende Bahn 9 oder unter
einem Winkel zur Senkrechten. Das Zuführen von Schneidflüssigkeit erfolgt mittels einer
Hochdruckpumpe 10, die einen Flüssigkeitsdruck in der Größenordnung bis 2000 bar oder
mehr erzeugen kann. Die Pumpe 10 ist über ein Leitungssystem 11 mit einem Schaltventil
12 und über Hochdruck-Schlauchleitungen 3 mit den Schneideinrichtungen 5 verbunden.
Die Fig. 1 zeigt den Zustand kurz nach Öffnen des Schaltventils 12; der Schneidvorgang
hat also gerade begonnen, wobei die Schneideinrichtungen 5 noch in ihrer Ruhestellung
sind. Dadurch entstehen zunächst zwei Schnittlinien 18, 19, die sich parallel zur
Bahnlaufrichtung erstrecken. Wenn kurze Zeit später die Schneideinrichtung 5 in Richtung
der Pfeile 5a zu den Bahnrändern bewegt werden, ergibt sich der bekannte diagonale
Schnittlinien-Verlauf (siehe Fig. 10 von DS 1 oder Fig. 8 von DS 3). Abweichend von Fig. 1
können die Schneideinrichtungen 5 auch derart angeordnet werden, daß sich die
diagonalen Schnittlinien kreuzen (Fig. 6 von DS 3) oder daß die Schneideinrichtungen
unmittelbar hintereinander liegen (Fig. 7 von DS 3).
Jede Schneideinrichtung 5 ist mechanisch an den Kolben 6 eines stangenlosen
Pneumatikzylinders 1 gekoppelt; dieser bildet die im Anspruch 1 genannte erste
Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung. Jeder Pneumatikzylinder 1 ist an einem seiner
beiden Enden über eine Druckleitung 7 (mit großem Strömungsquerschnitt) mit einem
Druckspeicher 8 verbunden, an den ein Drucklufterzeuger 8a angeschlossen ist.
Das eine Ende der Hochdruck-Schlauchleitung 3 ist an die Schneideinrichtung 5 gekoppelt,
das andere Ende ist - zwecks Verbindung mit dem Leitungssystem 11 - an ein ortsfestes
Bauteil 13 gekoppelt. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die
Hochdruck- Schlauchleitung 3 mittels einer Umlenkeinrichtung 4 um ungefähr 180 Grad
umgelenkt. Die Umlenkeinrichtung 4, vorzugsweise als Umlenkrolle ausgebildet, ist an dem
beweglichen Element 2a einer zweiten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung 2 befestigt.
Dies ist in Fig. 1 dadurch realisiert, daß die Umlenkrolle 4 in einem Lager 4a drehbar
gelagert ist, das mit der Kolbenstange 2a eines Hydraulikzylinders 2 gekoppelt ist.
Eine bevorzugte Alternative hierzu ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist die Umlenkrolle 4
drehbar auf dem linear beweglichen Element 21 gelagert, welches Bestandteil einer
insgesamt mit 2 bezeichneten mechanischen Lineareinheit ist. Darin ist das linear
bewegliche Element 21 mittels eines endlosen Zahnriemens 22 (geführt über
Riemenscheiben 23) an einen Antriebsmotor 24 gekoppelt.
In beiden Varianten der zweiten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung 2 bzw. 2' ist durch
das Führen des Schlauches 3 über die Umlenkrolle 4 dafür gesorgt, daß bei der Bewegung
einer der Schneideinrichtungen 5 über die Wegstrecke a das bewegliche Element 2a bzw.
21 nur die Hälfte dieser Strecke, nämlich die Strecke b zurücklegen muß. Wenn man den
Schlauch 3 nicht nur über eine einzige Umlenkrolle 4 führt sondern (nach Art eines
Flaschenzuges) über mehrere Umlenkrollen, so ist das Verhältnis der Wegstrecken a/b
größer als 2.
Die Fig. 1 zeigt die Bereitschaftsstellung des Linearantriebs-Aggregates. In jeder der
beiden ersten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtungen steht der Kolben 6 auf der Seite
des Druckspeichers 8 schon unter Druck. Die mit dem Kolben 6 verbundenene
Schneideinrichtung 5 wird noch durch die zweite Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung 2
über den Schlauch 3 festgehalten.
Sobald jedoch die zweite Hubeinrichtung 2 bzw. 2' aktiviert wird, beispielsweise durch
Zuführen von Hydraulik-Druck über das Leitungssystem 14 mit Steuerventil 15, oder besser
durch Aktivieren des Antriebsmotors 24 (im Falle der Fig. 2), wird die Schneideinrichtung 5
mit hoher Beschleunigung in Bewegung gesetzt.
Abweichend von Fig. 1 kann die Bereitschaftsstellung derart sein, daß jeder der Kolben
sich unmittelbar am Ende des Pneumatikzylinders 1 (am Anschluß der Druckleitung 7)
befindet. In diesem Fall können die Schneideinrichtungen 5 sich kreuzende Schnittlinien
erzeugen (Fig. 6 von DS 3). Außerdem ist es möglich, daß man die Düsen 5 erst dann mit
der Hochdruck-Schneidflüssigkeit beaufschlagt, nachdem sie ein Stück ihrer Wegstrecke
zurückgelegt haben, z. B. wenn sie ungefähr den mittleren Bereich der Papierbahn erreicht
haben.
In Fig. 1 und 2 liegen die Drehachsen der Umlenkrollen 4 senkrecht zur Papierbahn 9.
Günstiger ist es jedoch, die Anordnung derart zu treffen, daß die Drehachsen der
Umlenkrollen 4 parallel zur Papierbahn 9 liegen, so daß sich jede der (zweiten)
Hubeinrichtungen 2 bzw. 2' (in der Ansicht gemäß Fig. 1) oberhalb der betreffenden
Schneideinrichtung 5 befindet. Dadurch können die beiden Schneideinrichtungen 5 näher
aneinander gerückt werden (d. h. der Abstand c kann verkleinert werden).
Wesentliche Bauteile der in Fig. 3 dargestellten Wickelmaschine sind eine antreibbare und
horizontal verschiebbare Andrückwalze 30 und ein ebenfalls antreibbarer Tambour 31.
Während eines normalen Wickelvorganges läuft die Papierbahn 9 über eine Leitwalze 32
und über die Andrückwalze 30 auf eine (im Durchmesser ständig anwachsende) Wickelrolle
33. Diese entsteht durch Bewickeln des Tambours 31, wobei sie mit der Andrückwalze 30
in Kontakt steht (strichpunktiert dargestellter Zustand).
Dabei wird der Tambour 31 zusammen mit der Wickelrolle 33 ständig entsprechend dem
Durchmesser-Zuwachs - in der Ansicht gemäß Fig. 3 nach rechts - verlagert, z. B. mittels
eines Spindelantriebes 34. Zur Vorbereitung eines Tambourwechsels (wenn die Wickelrolle
33 nahezu den gewünschten Durchmesser erreicht hat) wird der Tambour 31 mit der
Wickelrolle 33 von der Andrückwalze 30 entfernt in die mit vollen Linien dargestellte
Position. Dabei drückt eine Hilfswalze 35 die ankommende Bahn 9 gegen die Wickelrolle
33. Nun wird ein neuer, noch leerer Tambour 36 in die Wickelmaschine eingelegt.
Vorzugsweise wird der neue Tambour in einer derartigen Position mit der Andrückwalze 30
in Kontakt gebracht, daß die noch zur Wickelrolle 33 laufende Papierbahn 9 den neuen
Tambour 36 ein Stück weit umschlingt; der entstehende Umschlingungswinkel ist mit 8
bezeichnet. Vorzugsweise in dem mit 40 bezeichneten Bereich, also zwischen Leitwalze 32
und Andrückwalze 30 - oder oberhalb der Andrückwalze 30 oder zwischen Andrückwalze
30 und Hilfswalze 35 - ist eine Schneideinrichtung vorgesehen, mit einem oben
beschriebenen Linear-Antriebs-Aggregat. Man kann eine einzige Schneideinrichtung
vorsehen, welche die gesamte Papierbahn vom einen Bahnrand bis zum anderen
Bahnrand durchschneidet oder es werden gemäß Fig. 1 zwei Schneideinrichtungen
vorgesehen. In jedem Fall wird dafür gesorgt, daß der an der Schnittlinie gebildete neue
Bahnanfang auf den neuen Tambour 36 überführt wird, so daß dort das Bilden einer neuen
Wickelrolle beginnen kann.
Claims (11)
1. Linearantriebs-Aggregat mit den folgenden Merkmalen:
- a) das Linearantriebs-Aggregat dient zum Bewegen eines Bauteils, insbesondere einer Schneideinrichtung (5) zwecks Durchtrennens einer laufenden Faserstoffbahn (9), z. B. Papier- oder Kartonbahn, vorzugsweise im Bereich einer Wickelmaschine
- b) das zu bewegende Bauteil, z. B. die Schneideinrichtung (5), ist an eine "erste" Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) gekoppelt, die sich z. B. quer zur Bahnlaufrichtung über die Faserstoffbahn erstreckt;
- 1. in einer Bereitschaftsstellung des zu bewegenden Bauteils, z. B. der Schneideinrichtung (5), aus der die Bewegung, (z. B. ein Schneidvorgang) beginnen soll, übt die "erste" Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) auf das Bauteil (5) eine Beschleunigungskraft aus;
- 2. das genannte Bauteil, z. B. die Schneideinrichtung (5) ist zusätzlich an eine Halteeinrichtung (2; 2') gekoppelt, die in der Bereitschaftsstellung das Bauteil (5) gegen die Beschleunigungskraft festhält;
- 3. die Anordnung ist derart getroffen, daß ein Lösen der Halteeinrichtung (2; 2') das sofortige Bewegen des Bauteils (5) unter der Wirkung der genannten Beschleunigungskraft auslöst.
2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) ein an sich bekannter, vorzugsweise
stangenloser Pneumatikzylinder ist, dessen Kolben (6) in der Bereitschaftsstellung
mit Druck beaufschlagt ist.
3. Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte
Halteeinrichtung eine "zweite" Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (2; 2') ist.
4. Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am beweglichen Elemen
(2a; 21) der zweiten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (2; 2') mindestens eine
Umlenkeinrichtung (4) für einen flexiblen Strang (3) befestigt ist, dessen eines EndE
an das zu bewegende Bauteil (5) gekoppelt ist und dessen anderes Ende ortsfest
gehalten ist, so daß er in der Bereitschaftsstellung unter Zugspannung steht.
5. Aggregat nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- a) das zu bewegende Bauteil ist eine Flüssigkeitsstrahl-Schneideinrichtung (5) mit wenigstens einer Flüssigkeitsstrahldüse;
- b) der genannte flexible Strang (3) ist als eine Hochdruck-Schlauchleitung ausgebildet, die zum Zuführen der Schneidflüssigkeit zur Schneideinrichtung (5) dient.
6. Aggregat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu
bewegende Bauteil ein Teil einer Laserstrahl-Schneideinrichtung ist.
7. Aggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kolben (6) der ersten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) dauernd mit dem
Inneren eines Pneumatik-Druckspeichers (8) in Verbindung steht.
8. Aggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (2') als eine an sich bekannte
mechanische Lineareinheit ausgebildet ist, dessen linear bewegliches Element (21)
mittels eines Zahnriemens (22) an einen Antriebsmotor (24) gekoppelt ist (Fig. 2).
9. Aggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hubgeschwindigkeit oder die Hub-Beschleunigung der ersten
Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (1) mit Hilfe der genannten Umlenkrolle (4)
mindestens das 2-fache der Hubgeschwindigkeit bzw. der Hub-Beschleunigung der
zweiten Hochgeschwindigkeits-Hubeinrichtung (2; 2') ist.
10. Tambourwechsel-System für eine kontinuierlich arbeitende Papier- oder Karton-
Herstell- oder Veredelungsmaschine mit zwei gegenläufig beweglichen
Schneideinrichtungen (5), dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenläufig wirkende
Linearantriebs-Aggregate gemäß einem der Ansprüche 1-9 vorhanden sind.
11. Tambourwechsel-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schneideinrichtungen (5) als Hochdruck-Flüssigkeitsstrahldüsen für einen
Flüssigkeitsdruck im Bereich von 1000 bis 2000 bar oder darüber ausgebildet sind.
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