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Die
Erfindung betrifft eine Rollenwickelvorrichtung zum Aufwickeln einer
Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf zumindest
eine Wickelhülse
zu wenigstens einer Wickelrolle, die in einem Wickelbett zwischen
mindestens zwei Tragwalzen gelagert ist.
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Eine
Materialbahn, beispielsweise in Form einer Papierbahn, wird in relativ
großer
Breite von derzeit bis zu 12 m und quasi endlos hergestellt. Um für einen
späteren
Verbraucher verwendbar zu sein, muss die Materialbahn in schmalere
Bahnen unterteilt werden. Diese schmaleren Materialbahnen müssen dann
zu Wickelrollen aufgewickelt werden. Hierzu wird eine Rollenwickelvorrichtung
verwendet.
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Bei
einigen Rollenwickelvorrichtungen, die auch als „Wickeleinrichtungen" oder „Rollenschneider" bezeichnet werden,
treten im Betrieb Probleme aufgrund starker Schwingungen auf, deren
Folge schlechte Aufwicklungen, starke Beanspruchung der Maschine
und der Fundamente, Verminderung der Produktionsgeschwindigkeit
oder Rollenschaukeln bis hin zum Rollenauswurf sind.
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Auftretende
Schwingungen mit einhergehender Unrundheitsbildung der Wickelrolle
können
mit der Verarbeitung bestimmter Materialbahnsorten verbunden sein.
Beispielsweise stellen das Reibverhalten oder die Materialbahndicke
relevante Größen dar.
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Man
nimmt an, dass für
die Unrundheitsbildung der Wickelrolle eine Kontaktschwingung zwischen
Wickelrolle und Tragwalze oder Tragwalzen ursächlich ist, wobei die Tragwalze
oder Tragwalzen und die Wickelrolle oder Teile davon, zum Beispiel der äußere Mantel
einer begrenzten Anzahl von Materialbahnlagen, gegeneinander schwingen.
Hierdurch kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau der Wickelrolle
(Dichte-, Steifigkeits-, Dickenvariation, Lufteinschlüsse, sich
verschiebende Materialbahnlagen) kommen, welcher wiederum die Kontaktschwingungen
verstärken
kann.
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Am
Ende des Wickelprozesses werden die Wickelrollen bis zum Stillstand
abgebremst. Durchläuft
die Drehfrequenz der Wickelrolle die Eigenfrequenz der Schwingung
des gesamten Systems, so kann ein Rollenschaukeln auftreten. Die
Wickelrolle schwingt, was bis zu einem Rollenauswurf führen kann.
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Beim
Wickelprozess auftretende Schwingungen werden in zwei Problembereiche
klassifiziert, nämlich
das Rollenbrummen und das Rollenschaukeln.
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Das
Rollenbrummen ist eine Kontaktschwingung zwischen der Wickelrolle
und der Tragwalze oder den Tragwalzen, wobei bei Verwendung von mehreren
Tragwalzen, an denen die Wickelrolle anliegt, die Tragwalzen gegeneinander
schwingen können.
Das Rollenbrummen kann auftreten, wenn sich eine Harmonische der
Drehfrequenz der Wickelrolle oder der Wickelrollen (wenn mehrere
Wickelrollen gleichzeitig gewickelt werden) im Bereich der Eigenfrequenz
der Kontaktschwingung befindet.
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Durch
das Rollenbrummen kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau der Materialbahn
in der Wickelrolle kommen, was wiederum die Kontaktschwingungen
verstärken
kann.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Rollenwickelvorrichtung bereitzustellen,
mit der sich Schwingungen beim Wickeln reduzieren oder sogar vermeiden
lassen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Rollenwickelvorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass vorzugsweise steuer-/regelbare Mittel zur mittigen oder annähernd mittigen
Stützung
wenigstens einer der beiden Tragwalzen in ihrem unteren und/oder
seitlichen Bereich vorgesehen sind.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Durch
die mittige Stützung
von wenigstens einer der beiden Tragwalzen wird deren mittige Durchbiegung,
beispielsweise aufgrund von immer kleiner werdenden Durchmessern
bei möglicherweise
wachsenden Wickelgeschwindigkeiten und größer werdenden Wickelbelastungen,
wirkungsvoll auf ein unschädliches
Maß reduziert
oder gar vermieden. Die „Bananenform" der wenigstens einen
der beiden Tragwalzen wird durch Wegdrückung des Durchhangs beseitigt.
Somit können überdies
sowohl eine Unrundheitsbildung der Wickelrolle als auch eine damit
einhergehende Kontaktschwingung zwischen Wickelrolle und Tragwalze
oder Tragwalzen vermieden werden. Die bekannten Nachteile des Stands
der Technik können
mit der erfindungsgemäßen Rollenwickelvorrichtung
weitestgehend ausgeräumt
werden.
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Die
Stützung
von wenigstens einer der beiden Tragwalzen ist jedoch erst dann
technisch und wirtschaftlich sinnvoll, wenn die gestützte Tragwalze einen – relativ
zu ihrer Länge – geringen
Durchmesser hat. Somit kann die erfindungsgemäße Realisierung insbesondere
bei einer Rollenwickelvorrichtung mit einer Arbeitsbreite zwischen
8.000 und 12.000 mm, vorzugsweise zwischen 9.000 und 11.500 mm, erfolgen.
Nimmt man nun einen Tragwalzendurchmesser zwischen 1.000 und 1.250
mm an, so ergibt sich ein Verhältnis
von Arbeitsbreite zu Tragwalzendurchmesser im Bereich von 6,4 bis
12,0, vorzugsweise von 8,0 bis 11,0.
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Die
Mittel umfassen in einer ersten bevorzugten Ausführungsform mindestens ein rotierendes Stützelement,
welches zu der zu stützenden
Tragwalze achsparallel angeordnet ist. Das rotierende Stützelement
kann dabei als eine Stützwalze,
ein Stützrad
oder dergleichen ausgebildet sein, so dass eine etwaige Reibung
bzw. ein Verscheiß zwischen den
zwei Funktionsmedien aufgrund der Rotationen weitestgehend vermieden
wird.
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Überdies
ist das rotierende Stützelement
an seiner die zu stützende
Tragwalze berührenden Oberfläche bevorzugt
zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollflächig mit einer Elastomerbeschichtung
versehen. Diese erbringt einerseits den Vorteil einer verbesserten
Laufruhe und eines geringeren Laufgeräusches, andererseits wird auch
die Lebensdauer der beiden Funktionsmedien deutlich verlängert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Mittel mindestens ein umlaufendes und die zu stützende Tragwalze
flächig
stützendes
Stützband,
welches über
mindestens zwei Leitwalzen geführt
ist, wobei zumindest eine Leitwalze angetrieben sein kann. Diese
Ausführung
führt zu kleineren
Flächenbelastungen
im System, wodurch wiederum die Lebensdauer der beiden Funktionsmedien
verlängert
werden kann.
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Und
in einer dritten bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel
mindestens ein Luftlager oder mindestens ein Magnetlager. Diese
beiden Lagerarten zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie
keinen oder nur einen sehr geringen Verschleiß an den Funktionsmedien aufweisen.
Zudem benötigen
sie nur einen sehr geringen technischen Wartungsaufwand.
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Um
die mögliche „Bananenform" wirkungsvoll zu
vermeiden, sind die Mittel entlang der Länge der zu stützenden
Tragwalze bevorzugt mittig angeordnet. Natürlich können sie auch entlang der Länge der
zu stützenden
Tragwalze spiegelbildlich angeordnet sein.
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Weiterhin
können
die Mittel in mindestens zwei achsparallelen Reihen zu der zu stützenden Tragwalze
angeordnet sein, wobei die stützende
Resultierende mittig oder annähernd
mittig wirkt. Damit auf einfache Weise gleiche Stützkräfte in das
System eingebracht werden können,
sind die Reihen der Mittel bevorzugt symmetrisch zur vertikalen
Mittellinie der entsprechenden Tragwalze angeordnet.
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In
weiterer oder alternativer Ausgestaltung können die in den Reihen angeordneten
Mittel entlang der Länge
der zu stützenden
Tragwalze auch zumindest teilweise gegenüberliegend und/oder zumindest
teilweise versetzt zueinander angeordnet sein. Dies erlaubt eine
größere Flexibilität im Hinblick auf
die Gesamtkonstruktion der Rollenwickelvorrichtung.
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Überdies
können
die Mittel einen Aktor zur Lageregelung, eine Feder, eine Dämpfungseinrichtung
und eine Messeinrichtung umfassen. Letztere dient dazu, die Position
der Tragwalze genau festlegen zu können. Die Feder kommt bevorzugt
in Form eines Biegebalkens oder einer Spiralfeder zum Einsatz. Durch
den Einsatz einer Aktorik unter einem federnden Element wird das
Einfedern des aus der Wickelrolle und der mindestens einen Tragwalze
bestehenden Schwingungssystems und damit dessen Anregung verhindert.
Die Geometrie des Walzenbetts bleibt somit unter allen Umständen erhalten;
auch die Walzenmitte ändert
ihre Lage bei einer Veränderung der
Federsteifigkeit und der durch die Wickelrolle eingeleiteten Kräfte nicht.
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Die
Mittel können
ferner eine Steuer-/Regeleinrichtung umfassen. Diese sorgt dafür, dass
sich die Walzenmitte der beaufschlagten Tragwalze bei einer Veränderung
der Federsteifigkeit und/oder der Walzenbelastung nicht ändert.
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Letztlich
kann zumindest eine der beiden Tragwalzen starr oder elastisch gelagert
sein. Diese beiden Lagerarten sind dem Fachmann aus einer Vielzahl
von Druckschriften und Anwendungen bestens bekannt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Rollenwickelvorrichtung;
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2 und 3 zwei
weitere schematische Darstellungen von zwei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen
einer Rollenwickelvorrichtung; und
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4 und 5 zwei
schematische Draufsichten auf zwei Ausführungsformen des vorzugsweise
steuer-/regelbaren Mittels zur mittigen oder annähernd mittigen Stützung einer
Tragwalze in ihrem unteren Bereich.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Rollenwickelvorrichtung 1,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Doppeltragwalzen-Wickelmaschine ausgeführt ist. Die Rollenwickelvorrichtung 1 weist
dementsprechend zwei Tragwalzen 2, 3 auf, die
zwischen sich ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine Wickelrolle 5 angeordnet
ist. Die Wickelrolle 5 ist hier mit unterschiedlich großen Durchmessern
dargestellt, um den Fortschritt, also die Durchmesserzunahme, beim
Wickeln sichtbar zu machen.
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Nicht
dargestellt ist eine Materialbahn, die auf die Wickelrolle 5 aufgewickelt
wird, oder eine Vorratsstation, von der die Materialbahn abgezogen wird.
Diese Elemente sind bei einer Rollenwickelvorrichtung an sich bekannt.
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Abweichend
von der Ausgestaltung der 1 kann die
nachfolgend erläuterte
Idee auch bei einer so genannten Stütz- oder Kontaktwalzen-Wickelmaschine
verwendet werden, bei der die Wickelrolle 5 jeweils nur
an einer Walze anliegt, im übrigen aber
zentrisch gehalten wird.
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Bei
der in der 1 dargestellten Rollenwickelvorrichtung
können
in Axialrichtung der beiden Tragwalzen 2, 3 gesehen
mehrere Wickelrollen 5 axial hintereinander im Wickelbett 4 angeordnet
sein. Bei einem Stütz-
oder Kontaktwalzenwickler werden zweckmäßigerweise die einzelnen Wickelrollen 5 dann
auf beiden Seiten der entsprechenden Walze verteilt.
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Üblicherweise
ist eine derartige Rollenwickelvorrichtung 1 auch noch
mit einer Längsschneideinrichtung
versehen, die die zulaufende Materialbahn in mehrere parallel zueinander
laufende Teilbahnen unterteilt. Die Teilbahnen können eine Breite im Bereich
von etwa 0,3 bis 4,8 m aufweisen.
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Nähere Einzelheiten
einer Rollenwickelvorrichtung, wie beispielsweise eine Reiter- oder Belastungswalze
oder Antriebsmotoren für
die Tragwalzen 2, 3 sind hier nicht dargestellt.
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Die
beiden Tragwalzen 2, 3 sind in Walzenlagern 6, 7 starr,
wie dargestellt, oder elastisch drehbar gelagert. Natürlich ist
an dem anderen axialen Ende der beiden Tragwalzen 2, 3 eine
entsprechende Anordnung mit Walzenlagern vorgesehen.
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An
der linken Tragwalze 2 sind vorzugsweise steuer-/regelbare
Mittel 8 in zwei achsparallelen Reihen R1, R2 zur mittigen
oder annähernd
mittigen Stützung
in ihrem unteren Bereich 9 vorgesehen. Die Stützung ist
durch eine stützende
Resultierende R (Pfeil) angedeutet. Selbstverständlich kann das vorzugsweise
steuer-/regelbare Mittel auch nur in einer einzigen Reihe angeordnet
sein, wobei die stützende Resultierende
dann entlang der Längsachse
des vorzugsweise steuer-/regelbaren Mittels verläuft.
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In
vorliegender Ausführungsform
umfassen die Mittel 8 zwei rotierende Stützelemente 10.1, 10.2 in
Ausgestaltung einer jeweiligen Stützwalze, welche zu der zu stützenden
Tragwalze 2 achsparallel angeordnet sind. Die rotierenden
Stützelemente 10.1, 10.2 können jedoch
auch als Stützräder oder
dergleichen ausgebildet sein.
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Weiterhin
sind die rotierenden Stützelemente 10.1, 10.2 an
ihren die zu stützende
Tragwalze 2 berührenden
Oberflächen 11.1, 11.2 zumindest
bereichsweise, vorzugsweise vollflächig mit einer vorzugsweise
dünnen
Elastomerbeschichtung 12 versehen.
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Die
Mittel 8 umfassen ferner eine Dämpfungseinrichtung 13,
der beide Stützelemente 10.1, 10.2 hinsichtlich
ihrer Lagerung zugeordnet sind. Diese Dämpfungseinrichtung 13 kann
in weitergehender Ausgestaltung mit einem nicht dargestellten Aktor
zur Lageregelung samt Messeinrichtung verbunden sein.
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Auch
an der rechten Tragwalze 3 sind vorzugsweise steuer-/regelbare
Mittel 14 in zwei achsparallelen Reihen R1, R2 zur Stützung vorgesehen.
Jedoch wird diese Tragwalze in ihrem seitlichen, namentlich rechten
Bereich 15 gestützt.
Ansonsten entspricht die Ausgestaltung dieses vorzugsweise steuer-/regelbaren
Mittels 14 der Ausgestaltung des an der linken Tragwalze 2 wirkenden
Mittels 8.
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Die 2 zeigt
in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rollenwickelvorrichtung 1.
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Die
Ausgestaltung dieser Rollenwickelvorrichtung 1 entspricht
im Wesentlichen der Ausgestaltung der in der 1 gezeigten
und beschriebenen Rollenwickelvorrichtung 1, so dass auf
diese verwiesen wird.
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Jedoch
ist an der rechten Tragwalze 3 ein anderes vorzugsweise
steuer/regelbares Mittel 16 zur mittigen oder annähernd mittigen
Stützung
in ihrem unteren Bereich 9 vorgesehen. Die Stützung ist durch
eine stützende
Resultierende R (Pfeil) angedeutet. Selbstverständlich kann die Stützung der rechten
Tragwalze 3 auch alleinig oder ergänzend in einem seitlichen Bereich
erfolgen.
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In
vorliegender Ausführungsform
umfassen die Mittel 16 ein umlaufendes und die zu stützende Tragwalze 3 flächig stützendes
Stützband 17,
welches über
zwei Leitwalzen 18.1, 18.2 geführt ist. Die Leitwalze 18.2 ist
dabei als Antriebswalze für
das Stützband 17 ausgebildet.
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Weiterhin
zeigt die 3 zeigt in schematischer Darstellung
eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Rollenwickelvorrichtung 1.
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Die
Ausgestaltung dieser Rollenwickelvorrichtung 1 entspricht
wiederum im Wesentlichen der Ausgestaltung der in der 1 gezeigten
und beschriebenen Rollenwickelvorrichtung 1, so dass auf diese
verwiesen wird.
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Jedoch
ist an der rechten Tragwalze 3 ein anderes vorzugsweise
steuer/regelbares Mittel 19 zur mittigen oder annähernd mittigen
Stützung
in ihrem unteren Bereich 9 vorgesehen. Die Stützung ist durch
eine stützende
Resultierende R (Pfeil) angedeutet. Selbstverständlich kann die Stützung der rechten
Tragwalze 3 auch alleinig oder ergänzend in einem seitlichen Bereich
erfolgen.
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In
vorliegender Ausführungsform
umfassen die Mittel 19 zwei in zwei achsparallelen Reihen
R1, R2 angeordnete Luftlager 20.1, 20.2. Durch
die Einstellung des Luftdrucks in den Luftlagern 20.1, 20.2 lässt sich
jeweils ihr Anpressdruck an die Tragwalze 3 einstellen.
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Anstelle
der Luftlager 20.1, 20.2 können auch Magnetlager vorgesehen
sein. Dabei werden die magnetischen Pole der Magnetlager vorzugsweise
so gewählt,
dass sie den magnetischen Polen der von der metallischen Oberfläche der
Tragwalze 3 gebildeten Magnete entgegen gerichtet sind,
so dass die Tragwalze 3 letztendlich nach oben gehoben wird.
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Für die in
den 1 bis 3 dargestellten Rollenwickelmaschinen 1 gilt,
dass die beiden gestützten
Tragwalzen 2, 3 jeweils einen Tragwalzendurchmesser
D zwischen 1.000 und 1.250 mm aufweisen. Ferner weist die Rollenwickelvorrichtung 1 selbst
eine Arbeitsbreite AB (Pfeil) zwischen 8.000 und 12.000 mm, vorzugsweise
zwischen 9.000 und 11.500 mm, auf. Somit ergibt sich bei den dargestellten
Stützungen
ein Verhältnis
von Arbeitsbreite AB (Pfeil) zu Tragwalzendurchmesser D im Bereich
von 6,4 bis 12,0, vorzugsweise von 8,0 bis 11,0.
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Die
beiden 4 und 5 zeigen zwei schematische Draufsichten
auf zwei Ausführungsformen
des vorzugsweise steuer-/regelbaren Mittels 8 zur mittigen
oder annähernd
mittigen Stützung
einer nicht dargestellten Tragwalze in ihrem unteren Bereich 9.
Die mit „8" exemplarisch gekennzeichneten Mittel
können
selbstverständlich
auch wie die Mittel 14, 16, 19 der 1 bis 3 ausgeführt sein.
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In
der Ausführungsform
der 4 sind die Mittel 8 entlang der Länge L2,
L3 der zu stützenden Tragwalzen
mittig angeordnet. Die zu stützenden Tragwalzen
sind symbolisch durch jeweils eine Mittellinie M2, M3 dargestellt,
wohingegen ihre Längen L2,
L3 durch zwei beabstandete und parallele Strichpunktlinien S12,
S22; S13, S23 dargestellt sind.
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Hingegen
sind in der Ausführungsform
der 5 die Mittel 8 entlang der Länge L2,
L3 der zu stützenden
Tragwalzen spiegelbildlich angeordnet. Die zu stützenden Tragwalzen sind wiederum
symbolisch durch jeweils eine Mittellinie M2, M3 dargestellt, wohingegen
ihre Längen
L2, L3 erneut durch zwei beabstandete und parallele Strichpunktlinien S12,
S23; S13, S23 dargestellt sind. Insgesamt umfassen die Mittel 8 jeweils,
das heißt
pro Tragwalze, drei Stützelemente.
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Die
beiden dargestellten Ausführungsformen stellen
lediglich eine Auswahl aus einer Vielzahl von Möglichkeiten dar, die dem Fachmann
in einem gewissen Maße
bekannt sind. So können
die in den Reihen angeordneten Mittel entlang der Länge der
zu stützenden
Tragwalze auch zumindest teilweise gegenüberliegend und/oder zumindest
teilweise versetzt zueinander angeordnet sein.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die Erfindung eine Rollenwickelvorrichtung
der eingangs genannten Art geschaffen wird, mit der sich Schwingungen
beim Wickeln reduzieren oder sogar vermeiden lassen.
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- 1
- Rollenwickelvorrichtung
- 2
- Tragwalze
- 3
- Tragwalze
- 4
- Wickelbett
- 5
- Wickelrolle
- 6
- Walzenlager
- 7
- Walzenlager
- 8
- Mittel
- 9
- Unterer
Bereich
- 10.1
- Stützelement
- 10.2
- Stützelement
- 11.1
- Oberfläche
- 11.2
- Oberfläche
- 12
- Elastomerbeschichtung
- 13
- Dämpfungseinrichtung
- 14
- Mittel
- 15
- Rechter
Bereich
- 16
- Mittel
- 17
- Stützband
- 18.1
- Leitwalze
- 18.2
- Leitwalze
- 19
- Mittel
- 20.1
- Luftlager
- 20.2
- Luftlager
- AB
- Arbeitsbreite
(Pfeil)
- D
- Tragwalzendurchmesser
- L2
- Länge
- L3
- Länge
- M2
- Mittellinie
- M3
- Mittellinie
- R
- Resultierende
(Pfeil)
- R1
- Reihe
- R2
- Reihe
- S12
- Strichpunktlinie
- S22
- Strichpunktlinie
- S13
- Strichpunktlinie
- S23
- Strichpunktlinie