DE20209537U1

DE20209537U1 - Antriebssystem für eine Wickelmaschine

Info

Publication number: DE20209537U1
Application number: DE20209537U
Authority: DE
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2012-06-21

Description

Antriebssystem für eine Wickelmaschine

Die Erfindung betrifft das Antriebssystem einer Tragoder Stützwalze für eine Wickelmaschine beim Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen mit wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor mit Rotor und Stator, wobei die Trag- oder Stützwalzen in axialer Richtung verlaufen.

Zur Herstellung von Wickelrollen aus durch Längsschnitt unterteilten Papier- oder Kartonbahnen werden bekannterweise Wickelmaschinen eingesetzt, die eine oder zwei in einem Maschinengestell axial angeordnete, rotierbar gelagerte, angetriebene Walzen aufweisen, an denen die Wickelrollen beim Aufwickeln an- oder aufliegen. Die Walzen werden als Tragwalzen bezeichnet, falls sie vollständig das Gewicht der aufliegenden Wickelrollen tragen (DE-A 39 24 612). Wird das Gewicht ganz oder teilweise von in die Hülsen der Wickelrollen eingefah-

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. 3455-

renen, an Tragarmen gelagerten Führungsköpfen gehalten, werden die Walzen als Stützwalzen bezeichnet (DE-C 31 02 894, DE-C 40 12979).

Die Wickelqualität der Wickelrollen wird u.a. entscheidend von der Laufruhe der Trag- oder Stützwalzen beeinflusst. In der Praxis hat es sich gezeigt dass dieses an sich vorteilhafte System beim Aufwickeln von Bahnen mit über die Breite schwankender Dicke an seine Grenzen stößt. Aufgrund des Umstands, dass die Unterschiede im Durchmesser zwischen den Wickelrollen immer größer werden (Querprofilschwankungen), und alle Wickelrollen mit gleicher Bahngeschwindigkeit (= Umfangsgeschwindigkeit der Tragwalze) angetrieben werden, resultiert aus einem unterschiedlichen Wickelrollendurchmesser auch eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit; d.h. Wickelrollen mit kleinerem Durchmesser werden schneller gedreht. Dabei stellt es sich als besonderes Problem heraus, dass es zu Drehschwingungen der Walzen kommt, die zu unerwünschten Effekten, wie Markierungen, Brandflecken oder Wickelfehlern, insbesondere indifferentem Wickelhärteverlauf, und im Extremfall zu einem Rollenauswurf führen können. Weiterhin muss vermieden werden, dass Luft mit in die Wickelrolle eingewickelt wird oder die Bahn seitlich zu ihrer Laufrichtung verläuft. Darüber hinaus führen auch Getriebe und Kupplungen zu weiteren unerwünschten Drehschwingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für gattungsgemäße Wickelmaschinen zu schaffen, das bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten ein papierschonenderes Wickeln ermöglicht.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Rotor des Antriebsmotors und die anzutreibende Walze einer Wickelmaschine mit zumindest einer Trag- oder Stützwalze zum Aufwickeln von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, und mit zumindest einem elektrischen Antriebsmotor mit Rotor und Stator zum Drehen der Walzen, so fest miteinander verbindbar sind, dass sie ein starres Bauteil bilden.

Die Erfindung sieht also vor, dass Rotor und Walze ohne Zwischenschaltung einer Kupplung eine Einheit bilden. Bei der erfindungsgemäßen Maschine ist jede an ihrem Ende angetriebene Walze direkt mit einem Antriebsmotor verbunden. Diese direkte Verbindung bedeutet, dass die Walzen ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit den Antriebsmotoren verbunden sind. Mittels einer entsprechenden Regelung wird eine aktive Drehschwingungsdämpfung erzielt. Dadurch wird ein drehschwingungsfreies Wickeln ermöglicht, insbesondere das Auftreten von Oberflächenbeschädigungen der Papier- oder Kartonbahn und von Wickelfehlern in den Wickelrollen vermindert, eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung ermöglicht, und so vibrations- und schalldämpfend wirkt und welches bei einer vereinfachten Konstruktion eine hohe Produktionsgeschwindigkeit mit hohen Schnittgenauigkeiten und hoher Wickelhärtekonstanz ermöglicht. Als weiteren Vorteil erlaubt das Fehlen von Getriebe und Kupplungen ein Ausregeln der Drehschwingungen.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung: Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Wellen-

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zapfen der Walze in einem lösbaren Presssitz mit dem Rotor verbunden. Dies ermöglicht zum einen eine kraftschlüssige Verbindung für den Betrieb, zum anderen ein einfaches Ablösen des Antriebsmotors von dem Wellenzapfen, beispielsweise falls Lager gewechselt werden müssen. Die Verbindung der Welle mit dem Rotor ist vorzugsweise als Pressverband ausgeführt.

In besonders einfacher und zweckmäßiger Weise wird der Kraftschluss dadurch gebildet, dass der Rotor und der Wellenzapfen der Walze zumindest teilweise konisch ausgebildet sind und in Richtung der gemeinsamen Rotationsachse gegeneinander verspannt sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine der beiden Walzen an ihren beiden Enden durch jeweils einen Antriebsmotor angetrieben ist. Nach einer anderen Ausführungsform werden sowohl die erste als auch die zweite Walze jeweils durch einen Antriebsmotor angetrieben. Durch die erfindungsgemäße starre Verbindung ist es möglich, jede der Walzen durch einen einzelnen Antriebsmotor anzutreiben, ohne dass es zu Instabilitäten, insbesondere Drehschwingungen, kommt.

Hierbei ist es aus steuerungstechnischen Gründen besonders zweckmäßig, wenn der Antriebsmotor der einen Walze und der Antriebsmotor der anderen Walze jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Maschine angeordnet sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine werden beide Walzen an ihren beiden Enden durch jeweils einen Antriebsmotor ange-

trieben. Dies ermöglicht eine hohe Leistung bei geringer Motorengröße und damit verbunden eine schmalere Maschine mit entsprechender Gewichts-, Raum- und Materialeinsparung. Die Regelung erfasst die Drehzahl, ermittelt entsprechende Abweichungen und regelt die Motorfrequenz sowie das Drehmoment nach.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Darstellung eines besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Tragwalzen-Wickelmaschine mit einem Antriebssystem nach der Erfindung,

Fig. 2 ausschnittsweise einen Querschnitt durch die Walze aus Figur 1,

Fig. 3 die Wirkungsweise einer Tragwalzen-Wickelmaschine nach dem Stand der Technik in einem Querschnitt,

Eine in Fig. 3 im Prinzip dargestellte Tragwalzen-Wickelmaschine weist zwei angetriebene Tragwalzen 1, auf, die ein Wickel- oder Walzenbett bilden, in dem die Wickelrollen 35 beim Aufwickeln auf den Tragwalzen 1, aufliegen. Eine Papier- oder Kartonbahn 34 wird durch

-&bgr;Spalt zwischen den Tragwalzen 1, 2 in das Walzenbett geführt, wo sie auf fluchtend aufgereihte Hülsen gewickelt wird. Die Bahngeschwindigkeit liegt bei bis zu 3000m/min. Die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen reicht bis 1200 Umdrehungen/min, bei einer Zugkraft von ca. 4 N/cm.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist nicht auf den Einsatz bei Tragwalzen 1,2 in Tragwalzen-Wickelmaschinen beschränkt, sondern kann auch vorteilhaft bei anderen Wickelmaschinentypen für an den Wikkelrollen unter Druck anliegende Kontaktwalzen eingesetzt werden, um Wickelrollen mit großem Durchmesser und hoher Qualität bei großer Produktionsgeschwindigkeit herzustellen. Insbesondere ist sein Einsatz bei Stützwalzen in sogenannten Stützwalzen-Wickelmaschinen vorteilhaft, bei denen beidseits einer zentralen Stützwalze Wickelstationen in zwei Wickellinien angeordnet sind, denen die Einzelbahnen wechselweise zugeführt werden. Jede Wickelrolle wird - wie z. B. in der DE-PS 36 29 024 beschrieben - von zwei an Wickelböcken der Wickelstationen gelagerten Führungsköpfen gehalten, die einen Teil des Wickelrollengewichts aufnehmen. Den restlichen Teil nimmt die zentrale Stützwalze auf an der jede Wickelrolle anliegt.

Die Trag- oder Stützwalzen 1,2 an Wickelmaschinen dienen dazu, durch Längsschnitte unterteilte Papier- oder Kartonbahnen von bis zu 10 m Breite zu einzelnen Wikkelrollen aufzuwickeln. Die axiale Länge der Trag- oder Stützwalzen 1,2 entsprechen der maximalen Breite der zu verarbeitenden Papier- oder Kartonbahn. Ihr Durchmesser beträgt zwischen 500 mm und 1500 mm.

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Jede Walze 1, 2 besteht aus einem walzenförmigen Grundkörper, an dessen Stirnseiten Wellenzapfen 9, 10, 11, 12 befestigt sind. Die Wellenzapfen 9, 10, 11, 12 sind über Radiallager 13, 14, 15, 16, vorzugsweise Wälzlager, rotierbar in Seitenteilen 3, 4 eines Maschinengestells gelagert. Um eine Ankopplung der Wellenzapfen 11, 12 der einen Walze 1 an elektrische Antriebsmotoren 21, 22 zu ermöglichen, ist an jedem Wellenzapfen 11,12 jeweils ein konusförmiges Verlängerungsstück 23, 24 drehfest befestigt. Die Verlängerungsstücke 23, 24 sind jeweils in das Innere des Rotors 25, 26 des Antriebsmotors 21, 22 eingebaut. Dieser Einbau erfolgt so, dass die Rotationsachse 5 der Walze 1 mit den Rotationsachsen der Rotoren 25, 26 übereinstimmt. Die Verlängerungsstücke 23, 24 weisen vorzugsweise eine konische Form auf, um die an ihrer Innenseite ebenfalls zumindest teilweise konisch geformten Rotoren 25, 26 in einem lösbaren drehfesten Presssitz auf ihnen zu befestigen. Die hier dargestellte konische Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie ein besonders leichtes Abziehen der Motoren 21, 22 ermöglicht, beispielsweise zum Auswechseln der Lager 15, 16.

Jeder Stator 27, 28 eines Antriebsmotors 21, 22 ist jeweils im Gehäuse 29, 30 des Antriebsmotors 21, 22 fest gelagert. Die Verlängerungsstücke 23, 24 durchdringen vorzugsweise die Rotoren 25, 26 und sind jeweils in einem im Motorgehäuse 29, 30 an dem der Walze 1 abgewandten Ende angeordneten Radiallager 31, 32 gelagert.

Zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität der erfindungsgemäßen Maschine trägt auch eine geeignete HaI-

terung für die Antriebsmotoren 21, 22 bei, mit der sie an den Seitenteilen 3, 4 des Maschinengestells befestigt sind. Die Halterung eines Antriebsmotors 21, 22 erfolgt jeweils über einen Motorflansch 31, wie in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist. Die Flansche 31 sind über Schrauben 32 jeweils fest mit einem flanschartigen Vorsprung 33 eines Seitenteils 3, 4 an dem Maschinengestell befestigt. Da die Wellenzapfen 9, 10 der Walze 2 bis in den Bereich der flanschartigen Vorsprünge 33 reichen, können diese und die zugehörigen Motorflansche 31 nicht in einem Vollkreis gestaltet werden, wie es für eine optimale stabile Befestigung zweckmäßig wäre. Die Motorflansche 31 und die zugehörigen flanschartigen Vorsprünge 33 enden mit einem gewissen Abstand von dem Bereich der Wellenzapfen 9, 10 der Walze 2, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden sowohl synchron als auch asynchron betriebene Drehstrommotoren verwendet. Es ist ebenfalls möglich, Zwei-Phasen-Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren einzusetzen.

Mittels einer entsprechenden Steuerung werden die Rotationsgeschwindigkeiten der Antriebsmotoren 21, 22 beim Umlauf so geregelt, dass sie während des Wickeins mit konstanter drehschwingungsfreier Geschwindigkeit drehen .

Je nach Anwendungsfall und vorhandenem Bauraum können verschiedene Motorenanordnungen eingesetzt werden:

Neben der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit zwei Antriebsmotoren 21, 22 für die Walze 2 ist es auch

möglich, vier Antriebsmotoren einzusetzen, so dass jeder Wellenzapfen 9, 10, 11, 12 mit einem Antriebsmotor verbunden ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Motoren mit relativ kleiner Leistung eingesetzt werden können.

Eine steuerungstechnisch vorteilhafte Motorenanordnung besteht darin, dass sowohl die Walze 1 als auch die Walze 2 jeweils von einem Antriebsmotor angetrieben werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die sogenannte Z-Anordnung, bei der der Antriebsmotor für die Walze 1 an der anderen Maschinenseite als der der Walze 2 angeordnet ist.

Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Antriebssystems für Trag- oder Stützwalze bei der Herstellung von Wickelrollen aus Papier- oder Karton hat eine Vielzahl von Vorteilen:

0 - es werden Oberflächenbeschädigungen (Markierungen) an der Papier- oder Kartonbahn vermieden, das Einwickeln von Luft in die Wickelrolle wird vermindert,
es findet ein Ausgleich von Profilschwankungen im Querprofil der Papier- oder Kartonbahn statt, so dass Wickelfehler in der Wickelrolle vermieden werden,

die Wickelgeschwindigkeit lässt sich anheben, - es findet kein Verlaufen der Bahn quer zur Laufrichtung statt, d. h. die Wickelrollen werden an ihren Stirnseiten plangewickelt, und es lässt sich vibrations-, drehschwingungs- und sehr geräuscharm aufwickeln.

Claims

1. Wickelmaschine mit zumindest einer Trag- oder Stützwalze (1, 2) zum Aufwickeln von Materialbahnen, insbesondere Papier- oder Kartonbahnen, und mit zumindest einem elektrischen Antriebsmotor (21, 22) mit Rotor (25, 26) und Stator (27, 28) zum Drehen der Walzen (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (25, 26) und die Walze (1, 2) so fest miteinander verbindbar sind, dass sie ein starres Bauteil bilden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (25, 26) und die Walze (1, 2) durch Kraftschluss miteinander verbindbar sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss dadurch bewirkt wird, dass der Rotor (25, 26) und die Walze (1) in Richtung der gemeinsamen Rotationsachse (5) gegeneinander verspannt sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste Walze (1) als auch die zweite Walze (2) jeweils eigene Antriebsmotoren aufweisen.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor für die erste Walze (1) an der anderen Maschinenseite als der zweiten Walze (2) angeordnet ist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Walzen (1, 2) an ihren beiden Enden durch Antriebsmotoren angetrieben ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wellenzapfen (11, 12) der Walze (1) ein Verlängerungsstück (23, 24) befestigt ist, das wenigstens teilweise in den Rotor (25, 26) eindringt.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsstücke (23, 24) und die Innenseiten der Rotoren (25, 26) zumindest teilweise konisch geformt sind.