-
Die Erfindung betrifft einen Wickler zum Aufwickeln einer Faserbahn als Rolle um einen Wickelkern herum, wobei der Wickler eine drehend gelagerte Wickeltrommel aufweist, mit deren Drehmoment die zum Wickler gelangende Faserbahn sich auf eine Eingangsspannung spannen lässt und zwischen der Wickeltrommel und der aufzuwickelnden Rolle ein Walzenspaltkontakt zum Erreichen einer Walzenspaltbelastung an der Oberfläche der aufzuwickelnden Rolle gebildet werden kann.
-
Ein Aufwickler ist eine Vorrichtung, die ein als endlose Faserbahn zu erzeugendes Material in Rollenform als Rolle aufwickelt. Beim Produktionsablauf für eine Faserbahn ist das Aufwickeln allgemein ein erster Teilablauf, bei dem die Produktion sequentiell kontinuierlich unterbrochen wird. Die Maschinenrolle wird um eine als Wickelkern dienende Tambourwalze herum gebildet, das heißt, dass eine auf einer Maschinenrolle befindliche Faserbahn einen Anfang und ein Ende besitzt. Der ständige Trend in der Branche ist eine dauernde Zunahme der Größe von Maschinenrollen, was einen ständigen Entwicklungsbedarf für Aufwickler zur Folge hat. Die Bemessung einer Tambourwalze bestimmt in der Praxis die maximale Größe der Maschinenrolle. Da es sich jedoch um eine dynamische Umgebung handelt und die Faserbahn ein für verschiedene Fehler empfindliches aufzurollendes Material ist, kommt der Aufgabe des Aufwicklers als Aufrechterhalter des Nutzungsgrades für eine Papier- oder Kartonmaschine eine erhebliche Bedeutung zu. Als ein Grund für die ständige Zunahme der Größe von Maschinenrollen steht der Wunsch, bei der Produktion einer Faserbahn weniger Anfänge und Enden denn je zu erhalten, die eine Produktion beeinträchtigen oder stören und den Nutzungsgrad senken.
-
Vom Stand der Technik ist die Patentveröffentlichung
FI 74446 bekannt, die einen Aufwickler beschreibt, bei dem in der perforierten Wickeltrommel Saugkästen angeordnet sind, damit der eine Reibung erhöhende Unterdruck zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel auf den Wickelbereich gerichtet werden kann, d. h. vom Ende gesehen auf den Bereich zwischen der Eintrittstangentiallinie der Wickelachse und dem Walzenspaltkontaktpunkt in der Endphase des Wickelns.
-
Aus dem Stand der Technik ist auch die Patentveröffentlichung
FI 98506 bekannt, die eine Saugwickeltrommel für einen Aufwickler beschreibt, der einen perforierten Mantel umfasst, wobei an der Oberfläche des Mantels Nuten gebildet sind und die durch den Mantel gehende Perforierung am Boden dieser Nuten gebildet ist.
-
Aus dem Stand der Technik ist auch die Veröffentlichung
WO 01/42118 A2 bekannt, die einen Antrieb für die in Vorlaufrichtung der Faserbahn befindlichen Unterdruckzonen und Überdruckzonen zum Durchführen eines Einführvorgangs darstellt.
-
Diese vorstehend dargestellten Techniken können auch direkt bzw. mit verhältnismäßig geringen Änderungen in den in unterschiedlichen Anwendungen verwendeten Wicklern verwendet werden, wie zum Beispiel in kontinuierlich arbeitenden Aufwicklern, in einer Aufwickelpartie für einen Rollenschneider, in einem Aufwickler für einen Kalander, in der Aufwickelpartie für einen Zwischenwickler oder in entsprechenden Vorrichtungen. Die vorstehende Erfindung lässt sich auf all diese anwenden, weshalb in der Beschreibung der Erfindung für die das Aufrollen ausführende Vorrichtung der Allgemeinbegriff Wickler verwendet wird.
-
Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung der Erfindung werden zum Erleichtern der Erklärung folgende Bezeichnungen verwendet: Für die Maschinenrichtung (machine direction, MD) wird die Bezeichnung X-Richtung, für die Querrichtung (cross direction, CD) die Bezeichnung Y-Richtung und für die Höhenrichtung (elevation) die Bezeichnung Z-Richtung verwendet. Für die Einlaufrichtung der Faserbahn wird die Bezeichnung obere Fließrichtung und für die Ablaufrichtung der Faserbahn die Bezeichnung untere Fließrichtung verwendet. Für den Wickelkern werden in verschiedenen Zusammenhängen etwas variierende Bezeichnungen verwendet, wie zum Beispiel im Zusammenhang mit einer Maschinenrolle die Bezeichnung Tambourwalze und im Zusammenhang mit einem Rollenschneider die Bezeichnung Hülse, aber genauso könnten diese auch als Wickelachse bezeichnet werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wickler zu schaffen, der in effektiver Art und Weise das früher bekannte Grundprinzip zum Verbessern der Griffigkeit zwischen der Wickeltrommel und der Faserbahn mittels Unterdrucks anwendet. Aufgabe der Erfindung ist es auch, auf dem Aufwicklersektor eine solche Alternative anzubieten, die sich möglichst vielseitig beim Aufwickeln von verschiedenen, von ihren Eigenschaften her voneinander abweichenden Faserbahnsorten anwenden lässt.
-
Für einen erfindungsgemäßen Aufwickler ist es charakteristisch, dass an beiden Enden der Wickeltrommel im Randbereich der Faserbahn eine Saugzone angeordnet ist, mit der die Griffigkeit zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel im Bereich der Saugzone veränderbar ist.
-
Im Zusammenhang mit der Beschreibung dieser Erfindung ist mit der Eingangsspannung eine solche Spannung der Faserbahn gemeint, die sich reduziert für die gesamte Breite der Faserbahn berechnen lässt und die auf das Faserbahnteil vor der Wickeltrommel wirkt. In der Praxis handelt es sich also um die Gesamtzugkraft der Faserbahn geteilt durch die Breite der Faserbahn, wobei als Einheit am Geeignetsten N/m verwendet werden kann.
-
An beiden Enden der Wickeltrommel ist im Randbereich der Faserbahn eine Saugzone angeordnet. Wenn an beiden Enden der Wickeltrommel eine Saugzone vorhanden ist, kann mit der Saugzone in Hinsicht auf die Mittellinie eine Veränderung der symmetrischen Griffigkeit erreicht werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Saugzone vom Rand der Faserbahn zur Mittellinie (CL) hin gemessen 0 bis 25% der Gesamtbreite der Faserbahn. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Saugzone vom Rand der Faserbahn zur Mittellinie (CL) hin gemessen 0 bis 15% der Gesamtbreite der Faserbahn. Bei der Verwendung des Begriffs ”vom Rand der Faserbahn ... gemessen” ist zu beachten, dass der Rand der Faserbahn in Hinsicht auf die Wickeltrommel kein genau definierbarer Ausgangspunkt ist. Faserbahnen können gemäß dem endgültigen Breitenbedarf in unterschiedlichen Breiten produziert werden oder von der Faserbahn kann ein Randstreifen abgeschnitten werden, wodurch die Faserbahn etwas schmaler als der Mantel der Wickeltrommel ist. Desgleichen können am Endbereich der Wickeltrommel, von der Konstruktion der Wickeltrommel abhängig, verschiedene Endkonstruktionen vorhanden sein, die die äußerste Positionsstelle für die Saugzone festlegen. Somit fängt die Saugzone als physische Konstruktion meistens nicht ganz am Ende der Wickeltrommel an, sondern im Bereich des Mantels der Wickeltrommel ist zuerst ein saugzonenfreier Bereich vorhanden. Entsprechend kann der Rand der Faserbahn schon ab diesem saugzonenfreien Bereich beginnen oder kurz nach dem Beginn der Saugzone. Bevorzugt liegen der Außenrand der Saugzone und der Rand der Faserbahn jedoch an der gleichen Stelle.
-
Nach einigen Ausführungsformen kann die Saugzone auf einem ansaugbaren Unterdruck oder auf einer durch die Geschwindigkeit eines abblasbaren Luftstroms verursachten Druckdifferenz beruhen. Diese Funktionsprinzipien für die Saugzone sind auf dem Faserbahnmaschinensektor verhältnismäßig wohl bekannt, so dass andere mit der Konstruktion der Wickeltrommel verbundene Faktoren in dieser Hinsicht entscheidend sind.
-
Nach einer Ausführungsform ist die Saugzone in Y-Richtung in Sektoren aufgeteilt, wodurch sich die Griffigkeit zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel in Y-Richtung profilieren lässt. Dies kann bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel in der Weise verwirklicht werden, dass die genannten Sektoren in der Wickeltrommel eingebaute Abteilungskonstruktionen oder auf der Breite der Saugzone in Y-Richtung von der Geometrie her ein veränderbares Lochmuster umfassen. Bevorzugt befindet sich in der oberen Fließrichtung der Faserbahn in einem entsprechenden Abstand, kürzer als die zweifache Breite der Faserbahn, vor der Wickeltrommel eine Spannungsmessvorrichtung, die angeordnet ist, um das in Y-Richtung verlaufende Spannungsprofil der Faserbahn zu messen.
-
Die vorstehend dargestellten Ausführungsformen sind insofern unabhängige Anwendungen, als dass diese zu der vom unabhängigen Anspruch festgelegten Erfindung hinzugefügt oder aus diesen entfernt werden können, ohne dass damit eine erwähnenswerte Wirkung auf die anderen Ausführungsformen der Erfindung verbunden ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben, wobei in
-
1 ein Querschnitt eines Aufwicklers dargestellt wird,
-
2 eine Aufwickelpartie für einen Rollenschneider von der Seite gesehen dargestellt wird,
-
3 eine Ausführungsform einer anwendbaren Wickeltrommel der Erfindung dargestellt wird,
-
4 eine Ausführungsform als Endkonstruktion an einer Wickeltrommel dargestellt wird, und
-
5 ein Diagramm über die Wirkung des Saugens auf die Griffigkeit zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel dargestellt wird.
-
In 1 wird ein Wickler 1 zum Aufwickeln für eine Faserbahn W um einen Wickelkern 5 herum als Rolle 6 dargestellt, wobei im Wickler 1 eine drehend gelagerte Wickeltrommel 10 angeordnet ist, mit deren Drehmoment die zum Wickler 1 gelangende Faserbahn W sich auf eine Eingangsspannung Ti spannen lässt und zwischen der Wickeltrommel 10 und der aufzuwickelnden Rolle 6 ein Walzenspaltkontakt N zum Erreichen einer Walzenspaltbelastung an der Oberfläche der aufzuwickelnden Rolle 6 gebildet werden kann. In 2 sind entsprechende Elemente an einer Wickelpartie für einen Rollenschneider vom Trägerwalzentyp angeordnet.
-
In 3 ist eine Ausführungsform genauer dargestellt, in der an beiden Enden 10a, 10b der Wickeltrommel 10 im Randbereich der Faserbahn W eine Saugzone 100 angeordnet ist, mit der sich die Griffigkeit zwischen der Faserbahn W und der Wickeltrommel 10 im Bereich der Saugzone 100 verändern lässt. In der Figur wird die Rolle 6 in der Weise um einen Wickelkern 5 herum aufgewickelt, dass der Wickelkern 5 zum Wickler 1 hin mittels einer Lagerung 58 für den Wickelkern drehend gelagert ist. Die zu bildende Rolle 6 kann mit einem Achsantrieb ausgerüstet sein, der mit einem Drehmoment über eine Kupplung 51 auf den Wickelkern 5 wirkt. In der Figur wird mit einem Pfeil 100w die Breite der Saugzone und die Lage hinsichtlich der Faserbahn und mit einem Pfeil Ww die Breite der Faserbahn W dargestellt.
-
In 4 wird eine sehr vereinfachte Ausführungsform als Endkonstruktion der Wickeltrommel 10 dargestellt. Die Wickeltrommel 10 ist in 4 in Hinsicht auf ihre Drehachse 101 drehend gelagert. Der Mantel 110 der Wickeltrommel stützt sich mit einem Endflansch bzw. Endflanschen 106 auf eine Achse 105, die am Körper des Wicklers 1 drehend gelagert ist (nicht in der Fig. dargestellt). Am Mantel 110 der Wickeltrommel ist eine Saugzone 100 angeordnet, zum Beispiel durch Bohren einer benötigten Anzahl von Bohrlöchern in radialer Richtung der Wickeltrommel durch den Mantel hindurch, über die sich die Unterdruckwirkung zwischen der Wickeltrommel 10 und der Faserbahn anordnen lässt. Am Ende 10a, 10b der Wickeltrommel 10 ist ein nicht drehbares Endstück 102 angeordnet, über welches sich die Unterdruckwirkung für den Bereich der drehbaren Saugzone 100 anordnen lässt. Die Fuge zwischen dem Endstück 102 und dem Ende 10a, 10b der Wickeltrommel ist bevorzugt in der Weise abgedichtet, dass aus dieser nicht übermäßig ansaugbare/abblasbare Luft austritt. Das Saugen kann zum Beispiel über den Block 103 am Endstück 102 angeordnet werden. In der Konstruktion gemäß 4 kann der Endflansch 106 eine zusammenhängende Konstruktion sein, wobei der Unterdruck nicht auf der ganzen Länge der Wickeltrommel angeordnet zu werden braucht, sondern nur ein geringes Volumen an der Stelle der Saugzone genügt.
-
In 5 wird ein Beispiel dargestellt, in dem bei einer Walzenspaltaufwicklung die eingehende Spannung WOT (Wound On Tension) der Rolle typischerweise (unter bestimmten Bedingungen WOT < Ti) größer als die Eingangsspannung Ti der Faserbahn ist, unter anderem vorausgesetzt, dass zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel eine ausreichende Griffigkeit vorhanden ist. In dem Beispiel besteht die Faserbahn aus Papier mit einem Gewicht von 29 g/m2, die Walzenspaltbelastung zwischen der Rolle und der Wickeltrommel beträgt 3 kN/m und die Umfangskraft 300 N/m. Falls die Faserbahn an der Oberfläche der Wickeltrommel rutscht, haben Veränderungen der Walzenspaltkraft und der Umfangskraft keine Auswirkung auf die WOT-Spannung. Aus dem Diagramm kann entnommen werden, dass mit einer Veränderung der Eingangsspannung der zur Rolle gelangenden Faserbahn von 200 → 250 N/m eine große Veränderung der WOT-Spannung erzielt werden kann. Die Eingangsspannung von 250 N/m ist ausreichend, um eine im Bereich eines Wickelwalzenspalts sich bildende WOT-Spannung der betreffenden Faserbahnsorte und unter betreffenden Umständen zu hemmen (nach dem so genannten Riemenreibungsgesetz). Die Eingangsspannung kann vor dem Wickler nicht unbegrenzt erhöht werden, da ein Bruchrisiko für die Faserbahn zunimmt und die Lauffähigkeit der Maschine schwächer wird. Außerdem hebt eine Erhöhung der Eingangsspannung die Spannung im Mittelbereich mehr an als die Spannung an den Rändern.
-
Das Spannungsprofil der von einer Faserbahnmaschine, wie zum Beispiel einer Papiermaschine, kommenden Faserbahn kann schmal sein, wobei die Eingangsspannung der Faserbahn in der Mitte der Faserbahn größer als an den Rändern ist. Wegen der im Randbereich herrschenden niedrigen Eingangsspannung haftet die Wickeltrommel nicht richtig an den Rändern und die WOT-Spannung bleibt an den Rändern nur auf dem Niveau der Eingangsspannung. Die Haftung der Wickeltrommel im Mittelbereich der Faserbahn ist ausreichend und die WOT-Spannung steigt auf ein Niveau von ein- bis zweieinhalb mal die Eingangsspannung abhängig von der Faserbahnsorte, den Betriebsparametern und den Wickeltrommeleigenschaften. Bei einer solchen Situation entsteht am WOT-Profil der Rolle in Y-Richtung gesehen ein starker Gradient an der Grenze des Mittelbereichs und den Rändern.
-
An einer breiten Rolle können als Wechselwirkung von Gravitation (Durchbiegen der Wickelachse, welche die auf diese gewickelte Faserbahn hemmt) und Drehen hinsichtlich der Rolle quer gerichtete Scherbeanspruchungen entstehen. Quergerichtete Schlupfbewegungen können von der Mitte zu den Rändern hin zunehmen. Um Schlupfbewegungen zwischen den Schichten der Rolle zu verhindern, wird eine ausreichende Druckspannung vor allem in den Randbereichen benötigt. Druckspannung mal Reibungsfaktor zwischen den Faserbahnschichten hemmt die inneren Scherbeanspruchungen der Rolle.
-
Es wurde festgestellt, dass eine Druckspannung in radialer Richtung der Rolle in Korrelation zur WOT-Spannung steht. In der Mitte einer breiten Rolle ist die Situation in Ordnung, aber die Randbereiche können über die ganze Dicke der Rolle ”weich” bleiben, wobei die die Rolle bildenden Faserbahnschichten gegenüber den inneren Schlupfbewegungen der Rolle anfällig sind. In einem solchen Fall kommen mögliche Wickelfehler hauptsächlich in den Randbereichen der Maschinenrolle vor.
-
Beispiel:
-
Berechnung einer mit Unterdruck erzielbaren zusätzlichen Griffigkeit an den Rändern:
Es wird angenommen, dass das Druckniveau im Inneren der Wickeltrommel 5.000 Pa beträgt, der Reibungsfaktor zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel beträgt 0,2.
-
Ein Faserbahnstreifen mit einer Länge l = 0,5 m (in Umfangrichtung der Wickeltrommel), auf die der vorstehend genannte Unterdruck gerichtet ist, hemmt einen Schlupf mit einer Reibungskraft = p·I·μ = 5000 × 0,5 × 0,2 = 500 N/m.
-
Eine solche zusätzliche Griffigkeit ist somit ein bedeutender Faktor zum Verhindern von Schlupf und zum Erreichen einer möglichst gleichmäßigen Struktur der Rolle auch in den vorstehend beschriebenen Situationen, in denen das Spannungsprofil der Faserbahn nicht ganz optimal ist.
-
Die vorstehend dargestellte Konstruktion kann auch als Hilfe beim Einführen der Faserbahn und beim Wechseln der Maschinenrolle verwendet werden, wenn der betreffende Wickler ein kontinuierlich arbeitender Aufwickler ist. Hierbei ist beim Einführen erwünscht, dass der Einführungsstreifen und die Faserbahn der Oberfläche der Wickeltrommel bis zu einem Pulper für den Wickler folgen, ohne dass diese vorzeitig unkontrolliert zu einer leeren Tambourwalze gelangen, und die Faserbahn beim Wechseln der Maschinenrolle wieder möglichst leicht um eine leere Tambourwalze herumlaufen sollte. Hier kann die Saugwirkung in der Weise angewendet werden, dass mittels Saugens die Griffigkeit zwischen der Faserbahn und der Wickeltrommel gerade im gewünschten Moment erhöht oder vermindert wird.
-
Dem Fachmann ist klar, dass die Erfindung und deren Ausführungsformen sich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken. Beschreibende Ausdrücke von vorhandenen Merkmalen, die in den Ansprüchen enthalten sind, wie zum Beispiel ”der Aufwickler weist eine drehend gelagerte Wickeltrommel auf”, sind in der Weise offen, dass die Darstellung der Merkmale nicht das Vorhandensein von derartigen anderen Merkmalen ausschließt, die nicht in den unabhängigen oder abhängigen Ansprüchen dargestellt sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Aufwickler
- 10
- Wickeltrommel
- 10a
- Wickeltrommelende
- 10b
- Wickeltrommelende
- 100
- Saugzone
- 100w
- Saugzonenbreite
- 101
- Drehachse
- 102
- Endstück
- 103
- Block
- 106
- Endflansch
- 110
- Wickeltrommelmantel
- 5
- Wickelkern
- 51
- Kupplung
- 58
- Lagerung der Wickelachse
- 6
- Rolle
- CL
- Mittellinie
- N
- Walzenspalt
- W
- Faserbahn
- Ww
- Faserbahnbreite
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- FI 74446 [0003]
- FI 98506 [0004]
- WO 01/42118 A2 [0005]
