DE4409036A1 - Verfahren und Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf Hülsen gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und eine Wickelmaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Zum Aufwickeln von durch Längsschnitt in Einzelbahnen unterteilten Papier- oder Karton bahnen auf Hülsen werden bekannterweise Wickelmaschinen eingesetzt, die eine angetriebene Trag- oder Stützwalze aufweisen, an der die Wickelrollen beim Aufwickeln unter Druck anliegen. Zwischen der Trag- oder Stützwalze und der Wickelrolle bildet sich ein Walzennip, dessen physikalische und geometrische Verhältnisse die Qualität der Wickelrolle entscheidend beeinflussen.

Bei sogenannten Tragwalzen-Wickelmaschinen liegen die Wickelrollen beim Auf­ wickeln fluchtend auf zwei Tragwalzen auf. Die Materialbahn wird von unten, die einlaufseitige Tragwalze teilweise umschlingend durch den Spalt zwischen den Tragwalzen zu den Wickelrollen geführt (DE-A-40 26 597).

Bei sogenannten Stützwalzen-Wickelmaschinen sind beidseits einer zentralen, von der Materialbahn teilweise umschlungenen Stützwalze einzelne Wickelstationen angeord­ net, die jeweils eine Wickelrolle beim Aufwickeln mittels beidseits in die Wickelhülsen eingefahrenen Führungsköpfen halten. Die Führungsköpfe tragen dabei ganz oder teilweise das Wickelrollengewicht, um die für die Wickelqualität entscheidende Linienkraft im Walzenbett zwischen Stützwalze und Wickelrolle in einem gewünscht niedrigen Bereich halten zu können (DE-A-42 01 815).

Beim Aufwickeln von mittels Superkalandern stark verdichteten Papieren mit den vorstehend beschriebenen Wickelmaschinen besteht die Gefahr, daß beim Übergang von der Trag- oder Stützwalze auf die Wickelrolle Luft mit eingewickelt wird. Beim Superkalandrieren verlieren die Papiere ihre Elastizität und Kompressibilität, so daß sich Dickenschwankungen in Querrichtung beim Auflaufen der Bahn auf die Wickel­ rolle nicht mehr ausgleichen. Schwankungen im Querprofil führen so im Walzennip zu Hohlräumen zwischen der auflaufenden Bahn und der Wickelrolle, in die von der Bahn mitgerissene Luft eindringt. Da die verdichteten Papiere keine Porosität aufweisen, kann die Luft nicht durch das Papier nach außen entweichen. Vor dem nächsten Walzennip, der z. B. zwischen der Wickelrolle und einer Druckrolle oder der nächsten Tragwalze und der Wickelrolle gebildet wird, entstehen Blasen, die im Extremfall zu Falten eingewickelt werden.

Dieses Problem tritt verstärkt an Wickelmaschinen auf, bei denen das Auflagegewicht der Wickelrolle auf einer Trag- oder Stützwalze mittels Druckluft vermindert wird, die in einen Druckraum unterhalb der Wickelrolle eingeleitet wird, der u. a. von der umschlungenen Tragwalze und der Wickelrolle begrenzt wird. Der erhöhte Druck führt dann zu einem verstärkten Eindringen von Luft in die aus Querprofilschwankun­ gen resultierenden Hohlräume zwischen der Wickelrolle und der äußeren Lage der Bahn.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß ein den Wickelaufbau störendes Einwickeln von Luft auch bei hochverdichteten, inelastischen und inkompressiblen Papieren vermieden wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patent­ anspruchs 3 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Maßnahme des Anspruchs 2 ermöglicht es, die Druckluft im Bereich des Walzen­ nips radial zur Wickelrolle gegen die auflaufende Bahn zu blasen.

Während die schwenkbare Lagerung der Druckkammer nach Anspruch 4 eine Nachführung der Luftaustrittsöffnung zu der sich beim Aufwickeln ändernden Position des Walzennips ermöglicht, enthalten die Ansprüche 5 und 6 zwei vor­ teilhafte Alternativen, die Druckluft in das Innere der Trag- oder Stützwalze zu führen.

Die Breite der Luftaustrittsöffnung nach Anspruch 7 von 10 mm bis 50 mm, bevor­ zugt 20 mm bis 40 mm, sichert eine ausreichende Anpreßkraft der auflaufenden Bahn gegen die Wickelrolle, ohne daß störende Nebeneffekte, z. B. Blasen zwischen der Tragwalze und der auflaufenden Bahn, entstehen.

Die Ausgestaltung des Innern der Trag- oder Stützwalze nach Anspruch 8 ermöglicht zusätzlich, bei einem Rollenwechsel den abgetrennten Bahnanfang mittels Saugluft auf der Walzenoberfläche zu halten.

Fig. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tragwalzen- Wickelmaschine.

Fig. 2 zeigt als vergrößerten Ausschnitt den Bereich der Tragwalze bei einer Ausführungsform mit Druckluftzufuhr über den Walzenzapfen der Tragwal­ ze.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Druckluft über den Mantel der Tragwalze zugeführt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung beim Einsatz an einer Tragwalzen-Wickelmaschine beschrieben, bei der die Wickelrollen beim Aufwickeln auf zwei Tragwalzen aufliegen, die das gesamte Rollengewicht tragen. Ebenso ist der Einsatz an Stützwalzen- Wickelmaschinen mit einer zentralen, teilweise von der Bahn umschlungenen Stütz­ walze und jeweils einer Wickelstation für jede Wickelrolle möglich, bei denen das Wickelrollengewicht ganz oder teilweise von in die Wickelhülsen eingefahrenen Führungsköpfen getragen wird.

Die Tragwalzen-Wickelmaschine weist zwei im Maschinengestell 1 gelagerte Trag­ walzen 2, 3 auf, die achsparallel mit geringem Abstand voneinander angeordnet sind und sich über die gesamte Arbeitsbreite, i. e. die maximale Breite der aufzuwickeln­ den Bahn 4, erstrecken. Eine Längsschneideeinrichtung 5 dient zum Aufteilen der Materialbahn 4 - im Beispiel eine Papierbahn - in Einzelbahnen, aus denen Wickelrol­ len 6 hergestellt werden, die beim Aufwickeln auf den beiden Tragwalzen 2, 3 fluchtend aneinandergereiht aufliegen. Dabei bildet sich an den Berührungslinien der Wickelrollen 6 mit den Tragwalzen 2, 3 jeweils ein Walzennip 7, 8, deren physika­ lische und geometrische Verhältnisse die Qualität der Wickelrollen entscheidend beeinflussen. Die Zuführung der Bahn an die Wickelstelle erfolgt von unten durch den Spalt zwischen den Tragwalzen 2, 3, wobei die einlaufseitige Tragwalze 2 teilweise von der Bahn 4 umschlungen ist.

An beiden Seiten der Maschine sind im Gestell 1 eine in etwa senkrechte Führung 9 für einen mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 10 hoch- und niederbewegbaren Schlitten 11 befestigt, der einen nach innen ragenden Führungskopf 12 trägt. Die beiden Führungsköpfe 12 fahren jeweils vor Beginn des Aufwickelns von außen in die Hülsen 13 der äußeren Wickelrollen 6 ein und verbleiben dort, bis ein Satz Wickelrol­ len 6 fertiggewickelt ist. Bei einem Wickelrollenwechsel werden die fertig gewickelten Wickelrollen 6 von einem Ausstoßbalken 14 über die auslaufseitige Tragwalze 3 auf eine Absenkbühne 15 gedrückt, die die fertigen Wickelrollen 6 aufnimmt und zum Entfernen absenkt. Ein nicht dargestelltes Trennmesser ist unterhalb der Tragwalze 2 durch den Tragwalzenspalt hochfahrbar angeordnet, um bei einem Wickelrollen­ wechsel die Bahnen 4 durchzutrennen.

Zur Verminderung des Auflagegewichts der Wickelrollen 6 auf den Tragwalzen 2, 3 kann in den durch die Tragwalzen 2, 3 und die Wickelrollen 6 begrenzten Raum mit Druckluft ein Überdruck erzeugt werden. Dazu ist im unteren Zwickel zwischen den beiden Tragwalzen 2, 3 ein Luftkasten 16 mit einer Druckluftzufuhr angeordnet, der sich über die axiale Länge der Tragwalzen 2, 3 erstreckt und dessen den Tragwalzen 2, 3 zugewandten Seitenflächen im oberen Teil den Mantelflächen der Tragwalzen 2, 3 angepaßt gekrümmt sind, damit sie sich dichtend an diese anlegen können. Der Luftkasten 16 ist mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 absenkbar im Gestell 1 der Maschine gelagert. Er kann so von seiner oberen Dichtposition bis in eine Ruheposi­ tion abgesenkt werden, z. B. um eine neue Bahn 4 einzuführen. In der in Fig. 1 gezeigten oberen Dichtposition reicht sein oberer Teil bis an die engste Stelle zwischen den beiden Tragwalzen 2, 3. Er weist einen nach oben offenen Luftaus­ trittsschlitz auf und dient zugleich als Führungsfläche für zwei an beiden Seiten der Maschine angeordnete stirnseitige Dichtelemente 18, die parallel zu den Achsen der Tragwalzen 2, 3 verstellbar gelagert sind, um sich dichtend an die Stirnseiten der äußeren Wickelrollen 6 anlegen zu können. Die Form der stirnseitigen Dichtelemente 18 ist der freien Querschnittsfläche zwischen den Tragwalzen 2, 3 angepaßt, ihr oberer Teil ist rechteckförmig bis oberhalb der Verbindungslinie zwischen den beiden Scheitelpunkten der Tragwalzen 2, 3 verlängert, um bei Wickelrollen 6 mit großem Durchmesser eine ausreichende Dichtfläche zu sichern.

In Fig. 2 ist die einlaufseitige, von der Bahn teilweise umschlungenen Tragwalze 2 vergrößert dargestellt.

Die um die Achse 19 drehbar gelagerte, als Hohlwalze ausgebildete und an ihren Stirnflächen abgedichtete Tragwalze 2 weist auf ihrer gesamten Mantelfläche Bohrungen 20 auf, die Durchlässe für Luft bilden. Innerhalb der Tragwalze 2 ist eine Druckkammer 21 angeordnet, die in etwa die Form eines Halbzylinders aufweist und sich in ihrer Länge parallel zur Achse 19 zumindest über die minimale Arbeitsbreite, i.e. die minimale Breite der aufzuwickelnden Bahn 4, erstreckt. Eine Begrenzungs­ wand 22 der Kammer 21 verläuft etwa zylinderschalenförmig parallel in geringem Abstand von der inneren Mantelfläche der Tragwalze 2, die andere Begrenzungswand 23 verläuft eben in dem auslaufseitigen Bereich der Tragwalze 2, so daß sich die Drehachse 19 der Tragwalze 2 innerhalb der Kammer 21 befindet. Im Bereich des Walzennips 7 weist die Begrenzungswand 22 eine sich zumindest über die minimale Arbeitsbreite erstreckende Luftaustrittsöffnung 24 auf, deren Begrenzung mit Dicht­ elementen 25, 26 gegen die Innenseite der Tragwalze 2 abgedichtet ist, so daß die Luft ausschließlich durch die im Bereich des Walzennips 7 befindlichen Bohrungen 20 in der Tragwalze 2 nach außen treten kann. Die umfänglich zur Tragwalze 2 gemes­ sene Breite der Luftaustrittsöffnung 24 beträgt 10 mm bis 50 mm, bevorzugt 20 bis 40 mm. Die Kammer 21 ist um die Tragwalzenachse 19 begrenzt schwenkbar gelagert, um die Luftaustrittsöffnung 24 auf die möglichen Positionen des Walzennips 7 während der Entlastung des Gewichts der Wickelrollen 6 mit Druckluft einstellen zu können. Der Einstellbereich ist in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet. Die Druckluftzufuhr erfolgt über den als Hohlzapfen ausgebildeten Walzenzapfen 27, mit dem die Tragwalze 2 seitlich im Gestell der Maschine gelagert ist.

Der Innenraum der Tragwalze 2, der nicht von der Kammer 21 abgedeckt ist, bildet eine zweite Kammer 28, die über einen Stutzen 29 an eine Unterdruckquelle ange­ schlossen werden kann. Die zweite Kammer 28 ist mit dem Dichtelement 26 und einem weiteren, am entgegengesetzten Ende an der Begrenzungswand 23 befestigten Dichtelement 30 gegen die erste Kammer 21 und gegen die Innenfläche der Trag­ walze 2 abgedichtet. Durch Aufbau eines Unterdrucks in der zweiten Kammer 28 über eine am Stutzen 29 angeschlossene Saugleitung läßt sich die Bahn 4 an der Tragwalze 2 halten, nachdem sie bei einem Wickelrollenwechsel im umschlungenen Bereich der Tragwalze 2 vor dem Walzennip 7 durchgetrennt wurde.

Als Dichtungselemente 25, 26, 30 werden bevorzugt Streifen aus Filz oder einem filzähnlichen Material eingesetzt, die vor dem Betrieb eingeschliffen werden und so reibungsarm abdichten.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Druckluft von außen durch die Bohrungen 20 in das Innere der Tragwalze 2 eingelei­ tet wird. Diese Ausführungsform wird eingesetzt, wenn der Querschnitt des Walzen­ zapfens 27 nicht groß genug ist, um ausreichend Druckluft zuzuführen.

Auch bei dieser Ausführungsform ist das Innere der Tragwalze 2 mit einer Begren­ zungswand 23 in zwei getrennte Kammern 21, 28 unterteilt, von denen eine (Kam­ mer 21) an eine Druckluftquelle, die andere (Kammer 28) an eine über einen Stutzen 29 Unterdruckquelle angeschlossen ist. Die Druckluftzufuhr in die Kammer 21 erfolgt von außen über die Bohrungen 20 in der Mantelfläche über einen Druckkasten 31, der an der Einlaufseite im nicht umschlungenen Bereich der Tragwalze 2 angeordnet ist. Der Druckkasten 31 erstreckt sich in seiner Länge über die Länge der Tragwalze 2 und ist an seiner der Tragwalze 2 zugewandten Seite offen und mittels Dichtelemen­ ten 32, 33 gegen deren Mantelfläche abgedichtet. Die Luftzufuhr erfolgt über eine Druckluftleitung 34 an der Oberseite des Druckkastens 31.

Die mit Druckluft beaufschlagbare Kammer 21 in der Tragwalze 2 wird wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 von einer zylinderschalenförmigen, parallel in geringem Abstand von der Innenfläche der Tragwalze 2 verlaufenden Begrenzungswand 22 und von einer ebenen, den Innenraum der Tragwalze 2 unterteilenden Begrenzungswand 23 gebildet, die gemeinsam um die Achse 19 der Tragwalze 2 begrenzt schwenkbar gelagert sind, wie mit gestrichelten Linien in Fig. 3 angedeutet ist. Die Begrenzungs­ wände 22, 23 sind auch mittels Dichtelementen 25, 26, 30, 35, 36, bevorzugt Filzstreifen, gegen die innere Mantelfläche der Tragwalze 2 abgedichtet. Die Begren­ zungswand 22 enthält eine Luftaustrittsöffnung 24 im Bereich des Walzennips 7.

Anders als bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Begrenzungswand 22 im Bereich des Druckkastens 31 unterbrochen. Die Begrenzung der Öffnung wird von den Dichtelementen 35, 36 gegen die Innenfläche der Tragwalze 2 abgedichtet, so daß keine Luft zwischen die Begrenzungswand 22 und den Mantel der Tragwalze 2 eindringen und entweichen kann. Die Begrenzungswand 22 wird im Bereich der Öffnung zum Druckkasten 31 von einzelnen Streben 37 gehalten, die ein ungestörter Luftdurchtritt in Richtung zur Austrittsöffnung 24 am Walzennip 7 ermöglichen.

Sobald beim Aufwickeln nach Auflagegewicht der Wickelrollen 6 einen bestimmten Wert überschreitet, werden die Dichtelemente 18 axial gegen die Stirnseiten der Wickelrollen 6 bewegt. Der Luftkasten 16 ist hochgeschwenkt, so daß der untere Zwickel zwischen den Tragwalzen 2, 3 abgedichtet ist. Durch Einleiten von Druckluft in den Luftkasten 16 wird unter den Wickelrollen 6 ein Überdruck erzeugt, der das Auflagegewicht an den Walzennips 7, 8 auf das gewünschte Maß vermindert. Gleichzeitig wird Druckluft in die Druckkammer 21 eingeleitet. Sie tritt durch die Luftaustrittsöffnung 24 aus und drückt so die auf die Wickelrolle 6 auflaufende Bahn 4 gegen diese. Damit die radial zur Wickelrolle 6 gegen die auflaufende Bahn 4 drückende Druckluft verhindert, daß mit dem Auflaufen der Bahn 4 auf die Wickelrolle 6 zwischen der äußeren Lage und der bereits gewickelten Wickelrolle 6 Luft eingewickelt wird, ist der Druck in der Kammer 21 so hoch eingestellt, daß er abzüglich der Verluste beim Durchtritt durch die Bohrungen 20 größer ist als der Druck, der in dem von den Tragwalzen 2, 3 und den Wickelrollen 6 begrenzten Raum herrscht.

Da der Walzennip 7 bei wachsendem Wickelrollendurchmesser in Richtung zum Scheitel der Tragwalze 2 wandert, wird die Luftaustrittsöffnung 24 durch Ver­ schwenken der Druckkammer 21 gegen den Uhrzeigersinn entsprechend nachgeführt. Der Druck wirkt somit immer im Bereich des Walzennips 7 gegen die auflaufende Bahn 4.

Nachdem ein Satz Wickelrollen 6 fertiggewickelt ist, wird die Bahn 4 im oberen Zwickel zwischen den Tragwalzen 1, 2 auf bekannte Weise durchgetrennt; z. B. durch Abreißen an einem durch den Tragwalzenspalt hochgefahrenen Trennmesser beim Ausstoßen der Wickelrolle 6 über die nicht umschlungene Tragwalze 3. Um den neugeschaffenen Bahnanfang an der Tragwalze 2 zu halten, bis neue Hülsen 13 eingelegt sind, wird vorher in der Kammer 28 ein Unterdruck erzeugt, der die Bahn 4 über die Bohrungen 20 auf der Mantelfläche der Tragwalze 2 festsaugt. Dies ist möglich, da die Saugkammer 28 von den Dichtelementen 26, 30 gegen die Druck­ kammer 21 abgedichtet ist.

Claims (8)

1. Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn (4), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem die Wickelrollen (6) beim Aufwickeln an einer sich drehenden Trag- oder Stützwalze (2) unter Druck anliegen, so daß sich zwischen der Trag- oder Stützwalze (2) und der Wickelrolle (6) ein Walzennip (7) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Einwickelns von Luft im Bereich des Walzennips (7) Druckluft von außen gegen die auf die Wickelrolle (6) auflau­ fende Materialbahn (4) geblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft im Bereich des Walzennips (7) aus dem Inneren der Trag- oder Stützwalze (2) durch Öffnungen (20) in dem Mantel der Trag- oder Stützwalze (2) gegen die auflaufende Bahn (4) geblasen wird.

3. Wickelmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 2, mit einer drehbar gelagerten, als Hohlwalze ausgebildeten Trag- oder Stützwalze (2), deren Mantelfläche über den Umfang eine Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Trag- oder Stützwalze (2) eine Druckkammer (21) angeordnet ist,

• - die sich in ihrer Länge zumindest über die minimale Breite der aufzuwickelnden Bahn (4) erstreckt,
• - an eine Druckluftzufuhr angeschlossen ist und
• - im Auflagebereich der Wickelrolle (6) (Walzennip 7) eine Luftaustrittsöffnung (24) aufweist, deren Begrenzung gegen die innere Seite der Mantelfläche der Trag- oder Stützwalze (2) abgedichtet ist.

4. Wickelmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (21) um die Achse (27) der Trag- oder Stützwalze (2) begrenzt schwenkbar gelagert ist.

5. Wickelmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftzufuhr in die Druckkammer (21) über einen Walzenzapfen (27) der Trag- oder Stützwalze (2) erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht von Bahn (4) umschlungenen Bereich der Trag- oder Stützwalze (2) ein an eine Druckluftzufuhr (34) angeschlossener Druckkasten (31) angeordnet ist, der an seiner der Trag- oder Stützwalze (2) zugewandten Seite offen ist und dicht an der Trag- oder Stützwalze (2) anliegt, und daß die Druckkammer (21) im Bereich des Druckkastens (31) eine Öffnung aufweist, in die Druckluft aus der Druckkammer (31) durch die Öffnungen (20) in der Mantelfläche der Trag- oder Stützwalze (2) eintreten kann.

7. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die entlang des Umfangs der Trag- oder Stützwalze (2) gemes­ sener Breite der Luftaustrittsöffnung (24) 10 mm bis 50 mm, bevorzugt 20 mm bis 40 mm, beträgt.

8. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil (Kammer 28) des Innern der Trag- oder Stützwalze (2) im von der Bahn (4) umschlungenen Bereich mit einer Begrenzungswand (23) luftdicht gegen die Druckkammer (21) abgeschlossen und an eine Unterdruckwelle ange­ schlossen ist.