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Vorrichtung zum Führen einer sich bewegenden Bahn.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gleichmäßigen
Führen einer sich bewegenden Materialbahn in bezug auf eine feststehende Mittellinie.
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Es sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, die zum Kantenführen und
Zentrieren einer sich bewegenden Materialbahn in bezug auf eine feststehende Mittellinie
ausgelegt sind.
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Einige der herkömmlichen Vorrichtungen weisen zusammenwirkende Walzen
auf, die in Richtung der Bewegung der Materialbahn im Winkel geneigt sind und gegenüberliegende
Flächen eines Randbereiches der Bahn berühren. Diese Walzen Uben in verschiedener
Weise Seitenkräfte auf die Bahn aus, um dabei die Materialbahn in bezug auf eine
feststehende Mittellinie in tage zu bringen. Viele solcher Vorrichtungen mit zusammenwirkenden
Walzen benötigen einen mechanischen Finger, einen
Luftstrahl, eine
Photozelle oder andere Tastelemente, um die Anwesenheit oder die Abwesenheit der
Bahnkante anzuzeigen und einen Luftzylinder, ein elektrisches Solenoid oder eine
elektrische Magnetspule oder dergleichen anzusprechen, um den Druck am Walzenspalt
zu variieren und so die Führung der im Winkel angeordneten Walzen zu bewirken. Solche
Tasteinrichtungen und diesen zugeordnete Mechanismen zum Variieren des Walzendruckes
komplizieren die Führungsvorrichtungen, deren Konstruktion je nach der Ausführung
mehr oder weniger komplex wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der
eine sich bewegende Materialbahn in bezug auf eine vorbestimmte Mittellinie automatisch
zentriert wird, wobei nur zusammenwirkende Führungswalzen verwendet werden, ohne
daß Kantenabtastfinger, Luftstrahlen, Photozellen oder dergleichen Einrichtungen
erforderlich sind, die auf Mechanismen ansprechen, welche die Walzen steuern.
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Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin
zu sehen, daß zwei zusammenwirkende Führungswalzenpaare im gleichen Abstand von
einer gewählten Mittellinie der sich bewegenden Materialbahn eingestellt sind, um
diese Bahn zu führen und automatisch zu zentrieren. Die Führungswalzen bzw.
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die Walzenpaare berühren gegenüberliegende Flächen einer sich bewegenden
Materialbahn entlang eines Randbereiches dieser Bahn. Die Walzensind in Bewegungsrichtung
der Materialbahn geneigt. Eine Walze dreht um eine feststehende Welle, während die
andere Walze um eine Welle dreht, die außerhalb der Kante der Materialbahn derart
angelenkt ist, daß sie in einer einzigen Ebene geschwenkt werden kann, in der auch
die feststehende Welle liegt. Ein einstellbares, federndes Spannglied ist vorgesehen,
das die um die schwenkbare Welle drehende
Walze gegen die um die
feststehende Achse drehende Walze spannt. Jede Walze ist mit einem zweiteiligen
Mantel versehen, der aus einem am Außenende der Walze angeordneten Mantelteil aus
einem verhältnismäßig harten, einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisenden
Material, und einem am Innenende der Walze angeordneten Mantelteil aus einem verhältnismäßig
weichen, einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisenden Material besteht. Als Außenende
der Walze wird das von der Mittellinie abgekehrte und als Innenende das der Mittellinie
zugekehrte Ende bezeichnet. Die beiden Mantelteile einer jeden Walze stoßen aneinander,
und zwar entlang einer kreisförmigen Verbindungslinie, die zwischen den Enden der
Walzen verläuft. Die innen liegenden Mantelteile der Walzen eines Walzenpaares üben
bei Berührung mit einem Kantenbereich der sich bewegenden Materialbann eine seitlich
nach außen auf die Bahn wirkende Kraft aus, die dazu neigt, die eine Kante nach
außen von der vorbestimmten Mittellinie weg zu bewegen. Wenn jedoch die Kante der
Materialbahn unter den harten, einen niedrigen Reioungskoeffizienten aufweisenden
Mantelteilen bewegt wird, werden die Walzen auseinandergespreizt, so daß der Kantenbereich
der Materialbahn nicht mehr durch die innen liegenden Mantelteile berührt wird.
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Die geringe Reibung der außen liegenden Mantelteile der Walzen gestattet,
daß der Kantenbereich der Materialbahn aus dem Bereich zwischen diesen Mantelteilen
wegrutscht, und zwar aufgrund einer von dem gegenüberliegenden Paar der Führungswalzen
herrührende, seitlich nach innen gerichtete Kraft. Die Führungswalzen, die auf die
eine Kante wirken, werden dann durch das federnde Spannglied gegeneinander gedrückt,
bis die innen liegenden Mantelteile wieder eine seitlich nach außen wirkende Kraft
ausüben, Die zyklische Arbeit der beiden Paare der zusammenwirkenden Walzen auf
gegenüberliegende Kantenbereiche der sich bewegenden Materialbahn, die
auf
die Neigung der Walzen in bezug auf die Bewegungsrichtung der Bahn zurückzuführen
ist, die schwenkbare Anordnung der Walzen zueinander in jedem Walzenpaar und die
Unterschiede in der relativen Härte und den Reibungskoeffizienten der innen und
außen liegenden Mantelteile der Walzen bewirken, daß die Kanten der sich bewegenden
Materialbahn im wesentlichen gleichmäßig in bezug auf eine gewählte Mittellinie
geführt werden.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Vorrichtung, die zwei Paare zusammenwirkender Führungswalzen darstellt, welche auf
gegenüberliegende Kanten einer Materialbahn wirken; Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht
entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig0 3 eine vertikale Querschnittansicht, entlang
der Linie 3-) in Fig0 2; und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Paares zusammenwirkender
Führungswalzen.
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Eine Materialbahn 10 wird in Richtung des Pfeiles 11 (Fig. 1) bewegt
und entlang einer gewählten Mittellinie C durch zwei Führungseinrichtungen 12 geführt0
Diese Führungseinrichtungen 12 sind an entsprechenden Stützarmen 1) angeordnet und
seitlich in bezug auf die Mittellinie einstellbar, um an Materialbahnen unterschiedlicher
Breiten angepaßt werden zu können.
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Die Stützarme 13 bestehen in der dargestellten Ausführungsform aus
je einem Winkelstück mit einem waagerechten Schenkel lDa
und einem
lotrechten Schenkel 13b. Jeder Stützarm 17 ist vorzugsweise an einem bewegbaren
Gestell, Rahmen oder dergleichen (nicht dargestellt) montiert, derart, daß eine
seitliche Einstellung des Stützarmes bzw. der Stützarme 13 in bezug auf die gewünschte
Mittellinie möglich ist0 Jede Führungseinrichtung 12 (Fig. 2) besteht aus einem
Paar zusammenwirkender zylindrischer Walzen 14 und 15. Im Walzenspalt 16 berühren
diese Walzen an gegenüberliegenden Flächen einen Längskantenbereich der Materialbahn
10o Die Walzen 14 und 15 sind gleich ausgebildet und jede Walze besteht im dargestellten
Ausführungsbeispiel aus einem inneren Hohlzylinder 18, der mit zwei Mantelteilen
umgeben ist. Das am Außenende der Walze angeordnete Mantelteil 19 besteht aus einem
verhältnismäßig harten, einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisenden Material,
vorzugsweise einem FluorkohlenwasserstofSharz, wie Polytetrafluoräthylen-Kunststoffe
(bekannt unter dem Warenzeichen Teflon) und das am Innenende der Walze angeordnete
Mantelteil 20 besteht aus einem verhältnismäßig weichen, einen hohen Reibungskoeffizienten
aufweisenden Material, wie einem elastomeren, natÜrlichen oder synthetischen Werkstoff.
Die beiden Mantelteile 19 und 20 sind entsprechend der Walzenform zylindrisch und
ihre einander zugekehrten Enden stoßen an einer kreisförmigen Stoßlinie 40 aneinander.
Die Mantelteile 19 und 20 werden am Zylinder 18 vorzugsweise durch enge Reibungsberührung,
Klebstoffe oder in einer anderen zweckmäßigen Weise gehalten. Das nach innen gegen
die Mittellinie C gerichtete Ende eines jeden innen liegenden Mantelteiles 20 ist
durch eine einstückig mit dem Mantelteil ausgebildete Bodenwand 20a verschlossen,
die eine glatte Fläche ftlr die Materialbahn 10 bildet. Auf diese Weise wird die
Materialbahn geschont, die durch rauhe Kanten an den Walzen beschädigt werden könnte.
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Das nach außen gerichtete Ende 18a des Zylinders 18 ist offen, während
das nach innen gerichtete Ende vorzugsweise durch einen einstückig mit dem Zylinder
ausgebildeten Boden 18b verschlossen ist. In jedem Hohlzylinder 18 sind nahe des
offenen Endes 18a und nahe des geschlossenen Endes 18b Wälzlager 21 und 22 angeordnet,
durch die die Walzen 14 und 15 an ihren Wellen 25 bzw. 24 drehbar gelagert M werden.
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Die Wellen sind durch das offene Ende 18a eines jeden Zylinders 18
gesteckt. Die Welle 24 ist an ihrem nach außen vorstehenden Ende zwischen im Abstand
angeordneten, lotrechten Armen 26 und 27 des Stützträgers 25 durch Befestigungsmittel
33 starr festgelegt. Die Welle 25 dagegen ist in der Nähe ihres nach außen vorstehenden
Endes zwischen den Armen 26 und 27 oberhalb der Welle 24 durch einen Drehzapfen
54 schwenkbar gelagert. Der Drehzapfen 54 ist quer durch die Arme 26 und 27 und
durch die Längsachse der Welle 25 gesteckt.
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Im Abstand zwischen den freien Enden der Wellen 25 und 24 ist eine
Druckfeder 31 angeordnet. Ein Ende dieser Druckfeder 31 ist in eine Bohrung 32 auf
der Oberseite der Welle 24 gesteckt und das andere Ende der Feder drückt gegen den
erweiterten Kopf einer Spanneinstellschraube 29. Diese Schraube 29 geht durch eine
vertikale Bohrung 36 am freien Ende der drehbaren Welle 25 und ist in eine Mutter
28 eingeschraubt, die auf der Oberseite der Welle 25 befestigt ist. Durch Verdrehen
der Schraube 29 in Richtung zu oder von der Welle 23 kann die auf die Welle ausgeübte
Federspannung gesenkt oder erhöht werden. Der Träger 25 besteht aus einer waagerechten
Platte 35, von der ein Gewindestift 37 nach unten absteht.
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Dieser ist nach unten durch eine Bohrung 39 im Stützarm 15 gesteckt,
so daß der Träger 25 durch Festziehen der Mutter 58
auf dem Stützarm
13 befestigt werden kann. Der Träger 25 kann gedreht werden, wenn die Mutter gelockert
wird, um den Winkel 39' zwischen der Achse der Walzen 14 und 15 und einer Lotrechten
zur gewählten Mittellinie C einzustellen, damit die Materialbahn 10 bewegt werden
kann. Die beiden Führungseinrichtungen 12 an gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn
10 werden jeweils im gleichen Winkel 39' in bezug auf die gewählte Mittellinie C
eingestellt, sodaß jede Führungseinrichtung eine im wesentlichen gleiche, aber entgegengesetzte
Kraftkomponente auf die Materialbahn 10 ausübt, wenn diese geradlinig bewegt wird.
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Der Betrieb der bevorzugten Ausführungsform verläuft wie folgt. Zunächst
wird angenommen, daß sich die Materialbahn 10 geradlinig bewegt, wobei ihre Mitte
entlang der gewünschten Mittellinie C verläuft und ihre Seitenkanten 10a und lOb
in einer linearen Richtung in den Walzenspalt 16 zwischen den zusammenwirkenden
Walzenpaaren gegenüberliegender Führungseinrichtungen 12, 12 gelangen, und zwar
annähernd am Schnittpunkt einer Mittellinie entlang des Walzenspaltes 16 und der
kreisförmigen Verbindungslinie 40 zwischen den innen und außen liegenden Mantelteilen
19 und 20. Bei den so angenomtnenenBedingungen werden gegenüberliegende Kantenbereiche
der Materialbahn 10 zwischen den innen liegenden Mantelteilen 20 der zusammenwirkenden
Walzen 14 und 15 einer jeden Führungseinrichtung 12 erfaßt und nur liegt, wenn überhaupt,
leiht> we zwischen den außen liegenden Mantelteilen 19 berührt. Die Druckfeder
51 spannt die Walze 14 gegen die Walze 15, so daß ein erheblicher Druck ausgeübt
wird, um die Walzen zusammen zu halten. Die zusammenwirkenden Walzen 14 und 15 üben
auf die Kantenbereiche der Materialbahn eine Kraft mit einer im wesentlichen seitlichen
Komponente aus, die dazu neigt, die
Materialbahn im Walzenspalt
16 seitlich nach außen zu ziehen, solange die Kante nach innen vom außenliegenden
Mantelteil (Teflon) der Walzen liegt. Wenn die Materialbahn aus einem Textilgewebe
oder einem anderen Material mit einer seitlichen Dehnfähigkeit besteht, neigt sie
dazu, sich am Walzenspalt 16 etwas zu weiten, wie bei 1Oa' und lOb' in Fig. 1 gezeigt
ist. Die Elastizität des Materials wirkt aber dieser Ausweitung entgegen und trachtet,
die Materialbahn in ihre Breite im entspannten Zustand zurückzuführen. Dies ist
durch die verengende Wirkung des Zuges in Bewegungsrichtung der Materialbahn 10
und nicht durch eine Funktion der Führungseinrichtungen 12 bedingt.
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Solange keine Kräfte von außen (oder andere als die von den Führungseinrichtungen
12 ausgeübte Kräfte) einwirken, die dazu neigen, die Materialbahn aus der Mitte
zu ziehen, bleibt diese im wesentlichen zentriert, da von den Führungseinrichtungen
12 an gegenüberliegenden Seiten der Materialbahn 10 seitliche Kraftkomponenten in
entgegengesetzter Richtung ausgeübt werden, die im wesentlichen ausgeglichen sind.
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Bei praktischen Arbeiten sind jedoch seitliche Kräfte vorhanden, die
dazu neigen, die Materialbahn aus der Mitte zu bewegen und wenn diese auf eine Rolle
gewickelt wird, werden die Bahnkanten ungleichmäßig aufgerollt, wenn keine wirksame
Zentriervorrichtung eingeschaltet wird. Wenn eine seitliche äußere Kraft die Materialbahn
nach einer Seite zieht, beispielsweise nach rechts, wie es in Fig. 1 gezeigt ist,
bewegt sich die rechte Kante 10a zwischen die außen liegenden Mantelteile 19 der
Walzen 14 und 15, wobei die Walzen dazu neigen, sich etwas voneinander zu trennen
und aus einer normalerweise parallelen Lage in eine leicht divergierende Lage zu
kommen,
und zwar aufgrund der Dicke der Materialbahn und der relativen
Härte der außen liegenden Mantelteile 19. Durch die Härte dieser Mantelteile können
sie nicht radial nach innen abgelenkt werden, wie das bei den weicheren innen liegenden
Mantelteilen 20 der Fall ist. Mit so leicht auseinander gespreizten Walzen 14 und
15 üben die innen liegenden Mantelteile keine seitliche Kraft auf die Materialbahn
aus, die dann dazu neigt, auf den gering reibenden Oberflächen der außen liegenden
Mantelteile 19 zu gleiten. Dies ist auf die von der linken Führungseinrichtung 12
nach links gerichtete Kraft zurückzuführen, die immer noch die linke Kante der Materialbahn
zwischen ihren innen liegenden reibenden Mantelteilen 20 hält. Sowie die Materialbahn
zurückgleitet, so daß die Kante 10a nach innen von den außen liegenden Mantelteilen
19 zu liegen kommt, schließt die Druckfeder 31 erneut die Walzen 14 und 15, so daß
die weichen, stark reibenden innen liegenden Mantelteile 20 wieder wirksam die gegenüberliegenden
Flächen des rechten Kantenbereiches der Materialbahn 10 berühren. Die Wechselwirkung
der innen und außen liegenden Mantelteile 19 und 20 beim abwechselnden Schließen
und Spreizen der Walzen 14 und 15 mit seitlicher Verschiebung des rechten Kantenbereiches
der Materialbahn wird zyklisch wiederholt, solange eine seitliche Kraft vorhanden
ist, die dazu neigt, die Materialbahn aus der Mitte nach rechts zu bewegen.
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Wenn die äußere seitliche Kraft eine Linksverschiebung bewirkt, spricht
die linke Führungseinrichtung 12 zyklisch in der gleichen Weise an, wie es zusammen
mit der rechten FUhrungseinrichtung beschrieben wurde. Aufgrund der Einwirkung der
Führungseinrichtungen 12, 12 auf gegenüberliegende Kanten der Materialbahn, gegen
die Kanten 10a und lOb dazu, entlang einheitlicher annähernd durch die entsprechende
Stoßlinie 40 der innen und außen liegenden Mantelteile 19 und 20 am Walzenspalt
16 führenden Linien zu laufen. Eine in dieser Weise
entlang einer
gleichmäßigen Bewegungsbahn geführte Materialbahn von im wesentlichen konstanter
Breite kann in einer Rolle mit sauberer Kantenausrichtung aufgewickelt werden. Oder
es können zwei Bahnen mit gegenüberliegenden Kanten Seite an Seite aneinander gelegt
und so ausgerichtet geschichtet werden. Dies sind nur zwei von vielen Anwendungsmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Es ist vorgesehen, die Führungseinrichtungen 12, 12 paarweise jeweils
links und rechts (Fig. 1) zu verwenden. Zweckmäßig sind sie an einem verstellbaren
Gestell oder einem verstellbaren Rahmen angeordnet, damit sie näher zusammen oder
weiter auseinander festgelegt und dadurch an verschiedene Breiten von Bahnen angepaßt
werden können.
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Die gewünschte Schließkraft, die durch die Druckfeder 51 ausgeübt
ist, ist eine Funktion der Dicke und der Art des zu bearbeitenden Materials, der
Größe der Führungswalzen 14 und 15 und des Materials, aus dem die Walzen bestehen.
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Anstelle des Fluorkohlenwasserstoffes und Gummi für die beiden Mantelteile
des Zylinders 18 können auch andere Materialien verwendet werden. Wesentlich ist,
daß das nach innen gegen die Mittellinie gerichtete Mantelteil 20 weicher (Durometer)
ist und einen höheren Reibungskoeffizienten aufweist als das nach außen von der
Mittellinie C abgekehrte Mantelteil 19.
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So kann beispielsweise ein weiches Folyurethan-Elastomer für das innen
liegende Mantelteil 20 und Stahl für das außen liegende Mantelteil 19 verwendet
werden wenn eine dünne, harte Materialbahn, wie eine Papierbahn, bearbeitet wird.
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Der Winkel 39, auf den die zusammenwirkenden Walzen 14 und 15 festgelegt^sinda
wird experimentell für eine optimale Einstellung bestimmt. Es wird immer ein spitzer
Winkel sein, der größer als null, aber kleiner als 900 ist.
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Die Zylinder 18 der Walzen 14 und 15 können aus Metall sein, das von
den Mantelteilen 19 und 20 umgeben ist. Es kann aber auch eine andere Ausführungsform
gewählt werden, solange die Walzen so ausgelegt sind, daß sie aus einem nach innen
gegen die Mittellinie gerichteten zylindrischen Walzenabschnitt aus einem weichen,
einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisenden Material und einem von der Mittellinie
abgekehrten zylindrischen Walzenabschnitt aus einem harten, einen niedrigen Reibungskoeffizienten
aufweisenden Material zusammengesetzt sind. Diese Walzenabschnitte müssen entlang
einer kreisförmigen Verbindungslinie aneinanderstoßen. Der Innenzylinder 18 kann
dann auch weggelassen werden. Die Lager 21 und 22 würden dann unmittelbar gegen
die Innenflächen des außen liegenden Walzenabschnittes bzw. des innen liegenden
Walzenabschnittes stoßen, um die Walzen drehbar an ihren Wellen zu lagern.