DE4035054C2 - Wickelvorrichtung für Bahnen aus Papier oder dergleichen und Walze hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wickelvorrichtungen und Walzen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Wickelvorrichtungen für Papierbahnen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, bei denen an dem sich bildenden Wickel zu dessen Achse parallele Walzen anliegen. Beim Tragwalzenwickler ruht der Wickel auf zwei einander parallel in gleicher Höhe angeordneten umlaufenden Tragwalzen und wird von oben von einer Belastungswalze beaufschlagt. Beim Stützwalzenwickler ist der Wickel auf einer Achse drehbar gelagert, die ihrerseits an Schwenkarmen befestigt ist. Der Wickel liegt gegen eine sogenannte Stützwalze an. Mit zunehmendem Wickeldurchmesser entfernt sich die Achse des Wickels unter Verschwenkung der Schwenkarme von der fest­ stehenden Stützwalze. Die Konstruktionen können im einzelnen unterschiedlich ausgebildet sein. Gemeinsam ist ihnen aber im Zusammenhang mit der Erfindung, daß an dem sich bildenden Wickel eine achsparallele Walze anliegt, beispielsweise in Gestalt der erwähnten Tragwalzen, Stützwalzen oder Bela­ stungswalzen.

In vielen Fällen ist es wichtig, die Papierbahnwickel mit möglichst geringen Wickelspannungen herzustellen. Dazu ist es neben der Aufbringung einer möglichst geringen Bahn­ spannung auch notwendig, beim Wickel einen möglichst gerin­ gen spezifischen Nipdruck einzusetzen. Der Nipdruck, d. h. der Anlagedruck der Walze an dem sich bildenden Wickel im Anlagebereich ist ebenfalls für die Spannungen in der Bahn verantwortlich. Wenn die Walze, die an dem Wickel anliegt, praktisch nicht verformbar ist, wie es zum Beispiel bei einer dickwandigen Stahlwalze der Fall ist, ist der Anlagebereich relativ schmal und nur durch die Nachgiebigkeit des Wickels bestimmt. Die Anlagekraft verteilt sich dann auf eine geringe Fläche, und der entstehende spezifische Druck ist hoch. Die dadurch entstehenden Spannungen in der Bahn führen zu einer hohen Wickelhärte, die oft unerwünscht ist.

Es sind nun bereits sogenannte elastische Walzen, d. h. Walzen mit einem tragfähigen am Außenumfang zylindrischen Walzenkörper bekannt, die einen Überzug aus Gummi oder einen elastomeren Kunststoff aufweisen. Beim Einsatz solcher Walzen als Trag-, Stütz- oder Belastungswalzen verformt sich unter dem Anlagedruck nicht nur der Wickel, sondern auch das Material des Walzenüberzugs. Es paßt sich in seiner Form dem Wickel etwas an. Der Wickel wird gewissermaßen etwas in die weiche Oberfläche der Walze hineingedrückt. Dadurch vergrößert sich der Anlagebereich in Umfangsrichtung und verringert sich der spezifische Anlagedruck, was an sich erwünscht ist. Gleich­ zeitig aber erfolgt durch die Verformung des Walzenüberzuges am Rand des Wickels eine axiale Verspannung der Papierbahn, die unerwünscht ist, weil sie die Wickelqualität beeinträchtigt. Walzen mit einem elastischen Überzug, der unmittelbar gegen den Wickel arbeitet, bringen also im Hinblick auf die Her­ stellung von Wickeln geringer Härte keine Vorteile.

Wickelvorrichtungen und Walzen der gattungsgemäßen Art sind aus der US-PS 4,193,559 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine relativ stabile kompakte Zwischenschicht und einen Laufmantel, der zwar aus Metall bestehen kann, vorzugsweise jedoch aus organischem polymerem Material, wie Neopren. Sofern Laufmäntel aus Metall verwendet werden, sind diese geradezu hauchdünn, nämlich üblicherweise von einer Dicke weniger als 0,1 mm.

Andere Wickelvorrichtungen und Walzen, wie sie aus den US-PSen 3,224,698 oder 4,026,487 bekannt sind, weisen den Nachteil auf, daß der Laufmantel nur im Auflagebereich des Wickels nachgibt, nicht aber seitlich davon, so daß axial zur Walzenlängsmitte hin gerichtete Kräfte auf den Wickel einwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wickel­ vorrichtung und eine Walze hierfür so auszugestalten, daß auf ihr Wickel geringerer Härte ohne Beeinträchtigung der sonstigen Wickelqualität herstellbar sind.

Diese Aufgabe ist in einem ersten Aspekt durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Der Grundgedanke hierbei ist, daß sich der dünnwandige Laufmantel aus Metall in Umfangsrichtung leicht verformen, d. h. eindellen läßt und somit die erwünschte Vergrößerung des Anlagebereichs in Umfangsrichtung und damit die Verringe­ rung des spezifischen Anlagedrucks ermöglicht. Gleichzeitig aber ist der dünnwandige Laufmantel aus Metall in Achsrich­ tung im Gegensatz zu einem elastomeren oder auch Gummimantel nicht oder kaum verformbar und beeinträchtigt daher die Wickel­ qualität nicht, weil keine axialen Kräfte auftreten.

Walzen mit einer elastisch nachgiebigen Zwischenschicht und dünnwandigem metallischem Laufmantel sind an sich bekannt. So zeigt das DE-GM 77 23 702 auf ein möglichst geringes Träg­ heitsmoment um die Längsachse ausgelegte Rotationskörper, die beispielsweise als geschleppte Umlenkwalzen zum Führen von bahnförmigen Materialien wie Textilbahnen, Papierbahnen, Bahnen von Metallfolien und dergleichen eingesetzt werden sollen. Auf einer umlaufenden Achse 4 ist ein zylindrischer Bereich mit einem Füllstoff geringer Dichte vorgesehen, der außen von einem den arbeitenden Walzenumfang bildenden Metall­ mantel mit einer Wanddicke von 0,03 bis 0,5 mm umgeben ist, der galvanotechnisch oder durch Wickeln von Metallfolien hergestellt sein kann.

Aus der DE-OS 22 37 949 ist eine Walze mit einem Walzen­ körper bekannt, der von einer Zwischenschicht aus Blasen enthaltender Füllmasse, beispielsweise geschäumten Gummi­ werkstoffen oder Elastomeren, umgeben ist. Auf der Zwischen­ schicht ist ein metallischer Walzenmantel angeordnet. Die Walzen sollen beispielsweise zum Kalandrieren von Textiler­ zeugnissen eingesetzt werden.

Die Erfindung verwirklicht sich auch in einer Walze des in Anspruch 2 wiedergegebenen Aufbaus als Trag-, Stütz- oder Belastungswalze in Wickelvorrichtungen für Papier oder dergleichen.

Gemäß der Erfindung besteht die Zwischenschicht aus einem kompakten elastomeren Material einer Härte von 30 bis 80° Shore A.

Hierbei ist das gesamte System der an dem Wickel anliegenden Walze noch stabil genug, um unerwünschten Schwingungen bei der meist hohen Arbeitsgeschwindigkeit ent­ gegenzuwirken. Der metallische Laufmantel der Walze besteht aus Stahl, der eine radiale Dicke von 1 bis 5 mm aufweist.

Der Laufmantel der Walze kann aus Federstahl bestehen, weil dieser Stahl einen besonders großen Elasti­ zitätsbereich aufweist und sich, ohne in die Nähe der Fließ­ grenze zu kommen, der Gestalt des Wickels gut anpassen kann.

Die Bemessung der radialen Dicke der Zwischenschicht hängt weitgehend vom Einzelfall ab. Sie muß dick genug sein, um ohne zu große Dehnungen die Anpassung des elastisch ver­ formbaren Laufmantels an den Umfang des Wickels zu ermöglichen. Die hierfür notwendige Dicke hängt von dem Anlagedruck und vom Durchmesser des herzustellenden Wickels ab. Der in Be­ tracht kommende Bereich liegt zwischen 10 und 100 mm.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in der Zwischenschicht über den Umfang verteilte Kanäle von mindestens 10 mm² ausgebildet sind.

Die Kanäle sollen also einen makroskopischen Querschnitt haben und nicht etwa durch Poren oder dergleichen gebildet sein. Sie besitzen eine doppelte Funktion. Zunächst einmal erhöhen sie die Flexibilität der Gesamtanordnung, weil das elastisch nachgiebige Material der Zwischenschicht, wenn die zwischen den Kanälen verbleibenden Stege durch eine ent­ sprechende Verformung des Laufmantels ihrerseits verformt werden, leichter seitlich ausweichen kann. Die andere Funktion ist die Kühlfunktion. Beim Umlauf der Walze entsteht in dem Material der Zwischenschicht durch die bei jeder Umdrehung eintretende Verformung eine erhebliche Walk­ arbeit, die ohne Vorkehrungen zu einer unzuträglichen Auf­ heizung des elastisch nachgiebigen Materials führen würde. Dem wird durch das Kühlmittel entgegengewirkt.

Die Nuten können in der Oberfläche der Zwischenschicht ausgebildet und gegen das Innere das Laufmantels offen sein. Das erleichtert die Herstellung. Die Nuten können als Umfangsnuten, insbesondere als schrau­ benförmige Umfangsnuten vorgesehen sein, wodurch sich das Kühlmittel besonders leicht über die ganze Umfangsfläche verteilen läßt. Bei mehrgängigen Ausbildungen ist eine Hin- und Rückführung des Kühlmittels möglich. Bei sich kreuzenden Umfangsnuten ergibt sich eine waffel- oder rautenförmige Struktur.

Da es besonders im Bereich der Ränder des Wickels darauf ankommt, axiale Kräfte zu vermeiden, und die Flexibilität des Laufmantels dort besonders groß sein sollte, kann es sich empfehlen, im Bereich des Randes des Arbeitsbereichs die Nuten tiefer und/oder breiter zu machen als in der Mitte des Arbeitsbereichs.

Die Zwischenschicht kann sich axial außerhalb des Arbeitsbereichs vom Laufmantel hinweg nach außen gegen die Achse hin verjüngen, um die Dauerhaftigkeit der Anordnung zu erhöhen.

Da die Papiere oft mit mineralischen Strichen versehen und entsprechend abrasiv sind und dadurch die Breite des Nips in Umfangsrichtung der Walze mit lokalen Verlagerungen der Papierbahn gegenüber dem Umfang zu rechnen ist, ist eine Beschichtung des Laufmantels an der auf dem arbeitenden Außenumfang mit einer verschleißhemmenden Substanz, zum Beispiel einer Hartmetallbeschichtung, zweckmäßig. Eine solche Beschichtung hat auch noch die Funktion, den Reibwert zwischen dem Laufmantel und dem Papier oder sonstigen Bahnmaterial zu erhöhen, um ohne Erhöhung des Anlagedrucks größere Umfangskräfte auf den Wickel übertragen zu können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt.

Fig. 1 und 2 zeigen Wickelvorrichtungen schematisch in einem senkrecht zur Achse der Walzen verlaufenden Schnitt;

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ende einer als Trag-, Stütz- oder Belastungswalze dienenden Walze;

Fig. 4 deutet stark übertrieben den mit der Erfindung erzeugten Effekt an.

In Fig. 1 ist eine Tragwalzen-Wickelvorrichtung 20 darge­ stellt, die zum Aufwickeln einer Papierbahn 1 zu einem Wickel 2 dient. Die Warenbahn 1 wird unter einer bestimmten longitu­ dinalen Bahnspannung herangeführt und über eine Umlenkwalze 3 gemäß Fig. 1 nach unten umgelenkt. Sie umschlingt von unten eine angetriebene Tragwalze 4 mit horizontaler Achse, neben der eine weitere Tragwalze 5 gleicher Ausbildung ebenfalls mit horizontaler Achse in gleicher Höhe und mit geringem Abstand angeordnet ist. Der sich bildende Wickel 2 liegt an Stellen 6 und 7 mit einem Nipdruck 8 an den Tragwalzen 4, 5 an, der sich aus dem Gewicht des Wickels und dem Auflage­ druck 9 einer Belastungswalze 11 ergibt, die oberhalb der Tragwalzen 4, 5 symmetrisch zu diesen angeordnet ist und unter der Kraft einer Kolben/Zylindereinheit 12 steht. Die Belastungswalze 11 dient zur Führung des rasch umlaufenden Wickels und zur gleichmäßigen Ausbildung desselben.

In Fig. 2 ist eine Stützwalzen-Wickelvorrichtung wieder­ gegeben, bei der die Warenbahn 1 zu einem Wickel 2 gewickelt wird, der nicht auf Tragwalzen aufruht, sondern auf einer Achse an Schwenkarmen 13 gelagert ist, die im wesentlichen aufrecht stehen und am Boden bei 14 schwenkbar gelagert sind. Durch an den Schwenkarmen 13 angreifende Kolben/Zylinder­ einheiten 15 wird der Wickel 2 gegen eine etwa in gleicher Höhe feststehend gelagerte Stützwalze 16 gezogen. Es ergibt sich ein Nipdruck 17. Die Papierbahn 1 gelangt von oben über Umlenkwalzen 18, 19 auf die Stützwalze 16 und wird nach dem Passieren des Nips auf den Wickel 2 aufgewickelt.

Es liegen also die Walzen 4, 5, 11, 16 jeweils in Nips mit den Nipdrücken 8, 9, 17 an den Wickel 2 an und bestimmen durch ihr Oberflächenverhalten die Wickelhärte der Wickel 2. Die Walzen 4, 5, 11, 16 sind daher grundsätzlich gleich ausgebildet und durch Walzen 10 gegeben, deren innerer Aufbau aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Walze 10 umfaßt eine zylindrische Hohl­ walze 21, in die an den Enden jeweils ein rotationssymmetri­ sches Endstück 22 eingefügt, beispielsweise eingeschweißt ist, welches nach außen über das Ende der Hohlwalze 21 über­ steht und dort einen Walzenzapfen 23 bildet. Diese Teile bilden zusammen einen Walzenkörper 24. Die gezeigte Konstruktion ist ausreichend, wenn die Länge der Walze 10 nicht allzu groß und die Belastung nicht zu hoch ist. In anderen Fällen kann die Hohlwalze 21 Bestandteil einer hydraulisch innenabge­ stützten Walze, beispielsweise einer durchbiegungssteuerbaren Walze etwa nach der DE-OS 22 30 139 sein.

Der Außenumfang 25 des Walzenkörpers 24 ist zylindrisch. Auf dem Außenumfang 25 ist eine Zwischenschicht 26 aus einem kompakten elastisch nachgiebigen Polyurethan einer Härte von 50° Shore A angebracht. Die Wanddicke entspricht der des zylindrischen Walzenrohrs 21 und beträgt etwa 30 mm. Im radialen Außenbereich der Zwischenschicht 26 sind schraubenförmig verlaufende Umfangsnuten 27, 28 vorgesehen, deren im Querschnitt gesehene Breite etwa 4 mm und deren Tiefe etwa 12 mm beträgt. In dem Ausführungs­ beispiel bilden die Umfangsnuten 27, 28 eine zweigängige Schraube. Die beiden durch die Umfangsnuten 27 bzw. 28 gebilde­ ten Schraubengänge stehen über Verbindungsbohrungen 29, 31 mit einer mittigen Bohrung 32 in dem Walzenzapfen 23 in Ver­ bindung, durch die ein Kühlmedium, zum Beispiel Luft oder Wasser, zugeführt werden kann, welches durch die Umfangsnuten 27, 28 gemäß Fig. 3 von links nach rechts gefördert wird. Die Walze 10 ist am rechten Ende entsprechend ausgebildet und enthält dort eine Ableitung für das Kühlmedium. Es sind auch andere Flüssigkeitsführungen bekannt. Maßgeblich ist nur, daß die Umfangsnuten 27, 28 über den Umfang gleichmäßig verteilt und relativ dicht beieinander liegen.

Der zylindrische Außenbereich der Zwischenschicht 26 ist von einem dünnwandigen Laufmantel 33 aus Federstahl von ca. 2 mm radialer Dicke überdeckt, der sich auf der Zwischen­ schicht 26 abstützt und diese auf ihrer ganzen Erstreckung überdeckt. Außerdem werden die nach außen offenen Nuten 27, 28, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundetem Boden aufweisen, durch den Laufmantel 33 nach außen geschlossen.

In Fig. 3 ist oben der untere Teil des Wickels 2 angedeu­ tet, der gegen den Laufmantel 33 anliegt. Seine gemäß Fig. 3 linke Begrenzung kann zwischen den Grenzen 34 und 34′ schwan­ ken. Die Nuten 27, 28 können in diesem Bereich, wie es gestri­ chelt angedeutet ist, tiefer und gegebenenfalls auch breiter sein, um im Randbereich des Wickels eine besondere elastische Nachgiebigkeit der gesamten Anordnung sicherzustellen.

Der Laufmantel 33 liegt im wesentlichen über die ganze Erstreckung der Walze auf der Zwischenschicht 26 fest an. An den Enden jedoch entfernt sich bei 26′ der Außenumfang der Zwischenschicht 26 nach innen von dem Innenumfang des Laufmantels 33. Dies dient der Erhöhung der Nachgiebigkeit und der Vermeidung von Zerstörungen durch Randeffekte.

Die Außenseite des Laufmantels 33 trägt eine Beschichtung 36 aus Hartmetall, um der auf die Dauer abrasiven Wirkung der Papierbahn 1 entgegenzuwirken und den Reibwert zwischen dem Laufmantel 33 und der Papierbahn 1 zu erhöhen.

Der Effekt der Erfindung ist in Fig. 4 übertrieben ange­ deutet. Die Walze 10 ist in einer zur Achse senkrechten Ebene relativ leicht verformbar, weil der Laufmantel 33 aus dünnem Federstahl besteht und durch die Zwischenschicht 26 nur elastisch hinterlagert ist. Der Laufmantel 33 dellt sich also in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise etwas ein und schmiegt sich dem Umfang des Wickels im Nip in einem Anlagebereich 35 an, der durch das Anschmiegen relativ breit ist, wesentlich breiter jedenfalls, als er bei einer gänzlich starren Gegenwalze wäre. Die pro Längeneinheit anfallende Anlagekraft verteilt sich also auf diesen relativ großen Anlagebereich 35, so daß ein ziemlich niedriger spezifischer Nipdruck entsteht, was der Ausbildung einer niedrigen Wickel­ härte entgegenkommt, die in manchen Fällen erwünscht ist.

Mit der Verformung in der zur Achse senkrechten Ebene, wie sie in Fig. 4 sichtbar ist, gehen nur ganz unwesentliche Längenänderungen in axialer Richtung einher, so daß der Wickel 2 im Bereich seines Randes 2′ insoweit nicht beansprucht wird und die Wickelqualität am Rand nicht beeinträchtigt ist.

Claims (12)

1. Wickelvorrichtung für Bahnen (1) aus Papier oder dergleichen, bei welcher an dem Wickel (2) mindestens eine Walze (10) als Trag-, Stütz- oder Belastungswalze (4, 5; 16; 11) anliegt, die einen tragfähigen Walzenkörper (24) mit zylindrischem Außen­ umfang (25), eine auf dem Außenumfang (25) des Walzenkörpers (24) angebrachte, radial elastisch nachgiebige Zwischen­ schicht (26) aus elastomerem Material und einen auf dem Außen­ umfang der Zwischenschicht (26) angebrachten, zylindri­ schen, zur Achse des Walzenkörpers (24) konzentrischen Lauf­ mantel aus Stahl aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Laufmantel (33) aus Federstahl einer radialen Dicke von 1 bis 5 mm besteht, so daß er durch die Belastung des mit ihm in Kontakt stehenden Wickels in Achsrichtung nicht oder kaum verformbar ist, d. h., der Laufmantel auch seitlich des den Wickel beeinflussenden Auflagebereiches in radialer Richtung eingedellt wird,
daß die Zwischenschicht (26) aus einem kompakten elasto­ meren Material einer Härte von 30 bis 80 Shore A besteht und
daß die Zwischenschicht (26) in ihrem radialen Außen­ bereich eine in Achsrichtung durchgehende Zone erhöhter Fle­ xibilität aufweist.

2. Walze als Trag-, Stütz- oder Belastungswalze (4, 5; 16; 11) für eine Wickelvorrichtung für Bahnen (1) aus Papier oder dergleichen, die einen tragfähigen Walzenkörper (24) mit zylindrischem Außenumfang (25), eine auf dem Außenumfang (25) des Walzenkörpers angebrachte, radial elastisch nachgiebige Zwischenschicht (26) aus elastomerem Material und einen auf dem Außenumfang der Zwischenschicht (26) angebrachten, zylin­ drischen, zur Achse des Walzenkörpers (24) konzentrischen Laufmantel (33) aus Stahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufmantel (33) aus Federstahl einer radialen Dicke von 1 bis 5 mm besteht, so daß er durch die Belastung des mit ihm in Kontakt stehenden Winkels in Achsrichtung nicht oder kaum verformbar ist, d. h., der Laufmantel auch seitlich des den Wickel beeinflussenden Auflagebereiches in radialer Richtung eingedellt wird, daß die Zwischenschicht (26) aus einem kompakten elastomeren Material einer Härte von 30 bis 80 Shore A besteht und daß die Zwischenschicht (26) in ihrem radialen Außenbereich eine in Achsrichtung durchgehende Zone erhöhter Flexibilität aufweist, wobei die Mantellänge größer ist als die Wickelbreite.

3. Wickelvorrichtung oder Walze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone erhöhter Flexibili­ tät in der Zwischenschicht (26) über den Umfang verteilte, dicht nebeneinander angeordnete Kanäle (27, 28) aufweist.

4. Wickelvorrichtung oder Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (27, 28) eine lichte Querschnittstiefe von mindestens 10 mm aufweisen.

5. Wickelvorrichtung oder Walze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (27, 28) als im ra­ dialen Außenbereich der Zwischenschicht (26) vorgesehene, gegen den Laufmantel (33) hin offene Nuten ausgebildet sind.

6. Wickelvorrichtung oder Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten als Umfangsnuten aus­ gebildet sind.

7. Wickelvorrichtung oder Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnuten (27, 28) schraubenförmig verlaufen.

8. Wickelvorrichtung oder Walze nach einem der An­ sprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (27, 28) im Bereich des Randes des Arbeitsbereichs des aufliegen­ den Wickels (2) tiefer und/oder breiter als in der Mitte des Arbeitsbereichs des aufliegenden Wickels (2) sind.

9. Wickelvorrichtung oder Walze nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen­ schicht (26) sich axial außerhalb des Arbeitsbereichs des aufliegenden Wickels (2) am Rand von dem Laufmantel (33) hinweg axial nach außen gegen die Achse des Walzenkörpers (24) verjüngt.

10. Wickelvorrichtung oder Walze nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufmantel (33) auf dem Außenumfang eine verschleißhemmende Beschich­ tung (36) trägt.

11. Wickelvorrichtung oder Walze nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischen­ schicht (26) eine radiale Dicke von 10 bis 100 mm aufweist.

12. Wickelvorrichtung oder Walze nach einem der An­ sprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (27, 28) an eine Kühlmittelquelle anschließbar und von einem Kühlmittel durchströmbar sind.