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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Aufroll- oder Wickelvorrichtung
für die
Herstellung von Wickeln aus bahnförmigem Material, wie beispielsweise,
wenn auch nicht ausschließlich,
Wickeln aus Vliesmaterial.
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Bei
der Herstellung von Rollen aus bahnförmigen Material, wie zum Beispiel
Wickeln aus Vliesstoff, wird das Material zu Anfang auf Wickel von
großem
Durchmesser und mit einer beträchtlichen
axialen Abmessung aufgewickelt, die anschließend nachfolgenden Verarbeitungsvorgängen, wie
zum Beispiel Abwickeln, Längsschneiden
und erneutem Wickeln unterzogen werden, um Rollen mit kleineren, axialen
und/oder radialen Abmessungen zu bilden.
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Bei
bestimmten Anwendungen ist es wichtig, dass die Wickeldichte der
Wickel ausreichend und gleichmäßig sein
sollte. Dies erfordert, dass das bahnförmige Material beim Wickeln
gespannt wird, mit anderen Worten, einer bestimmten Zugspannung in
dem Längenabschnitt
unmittelbar vor dem in Bildung befindlichen Wickel unterworfen wird.
Bei einigen Materialien können
diese Voraussetzungen nicht eingehalten werden, da das Material
ungenügende Zugfestigkeit
aufweist. Auf Probleme dieser Art stößt man speziell beim Aufwickeln
von bestimmten Vliesstoffarten.
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Die
Druckschrift EP-A-635 445 offenbart eine Vorrichtung zum Aufwickeln
von Wickeln aus bahnförmigem
Material einschließlich
einer Einrichtung zum Spannen des bahnförmigen Materials entsprechend
dem Oberbegriff von Anspruch 1. In diesem Dokument ist auch ein
Verfahren zum Aufwickeln von Wickeln aus bahnförmigem Material nach Anspruch 10
offenbart. Das Spannen des bahnförmigen
Materials wird durch Drehung einer Wickelrolle, die sich mit dem
bildenden Wickel in Kontakt befindet, mit einer Umfangsgeschwindigkeit
erreicht, die höher
als die Umfangsgeschwindigkeit der Andruckrolle ist. Diese führt das
bahnförmige
Material dem Wickel zu, ohne diesen zu berühren.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Wickelvorrichtung, die es ermöglicht,
eine ausreichende Kompaktheit auch bei Wickeln aus bahnförmigem Material
zu erzielen, das keine besonders hohe Zugfestigkeit aufweist.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile, die dem Fachmann beim Lesen des
folgenden Textes deutlich werden, werden im Wesentlichen mittels
einer Wickel- oder Aufrollvorrichtung nach Anspruch 1 und mit einem
Verfahren nach Anspruch 10 erreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine Halterung für
einen in Bildung befindlichen Wickel und ein Rotationssystem zum
Drehen des in Bildung befindlichen Wickels, welches das bahnförmige Material
mit einer Wickelgeschwindigkeit auf den Wickel wickelt. Es umfasst
außerdem
ein Spannelement, das in Kontakt mit der Außenfläche des in Bildung befindlichen
Wickels ist, dessen Umfangsgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass
sie die Wickelgeschwindigkeit, mit anderen Worten, die Geschwindigkeit,
mit der das Material dem Wickel zugeführt wird, überschreiten kann. Die Differenz
zwischen der Geschwindigkeit des Spannelements und der Zuführgeschwindigkeit
des bahnförmigen
Materials führt
eine Spannung in das Material ein, die die Kompaktheit des Wickels
erhöht.
Da die Spannung auf einen mehr äußeren Teil
der Windung des bereits auf den Wickel aufgewickelten bahnförmigen Materials
aufgebracht wird, werden die Risiken des Reißens und übermäßiger Querkontraktionen des
Materials vermieden, wobei man durch diese Vorrichtung kompakte
Wickel auch bei der Verwendung von bahnförmigem Material niedriger Zugfestigkeit
erhalten kann. Die Kompaktheit der Wickel macht deren nachfolgende
Behandlung leichter und macht sie weniger anfällig für Beschädigungen.
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Durch
die Verwendung der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
ist es möglich, ein
Wickelverfahren zum Herstellen eines Wickels aus bahnförmigen Material
mit hoher Kompaktheit zu verwirklichen, bei dem die Spannung des
dem Wickel zugeführten
bahnförmigen
Materials auf einem Grenzwert gehalten wird, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass das bereits um den Wickel gewickelte bahnförmige Material
gespannt wird.
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Das
Spannelement kann im Prinzip ein beliebiges Element sein, das Bewegung
am Umfang auf den Wickel übertragen
kann, zum Beispiel ein Band, ein Riemen oder dergleichen. In Übereinstimmung mit
einem speziell vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist das Spannelement jedoch ein motorgetriebener Zylinder.
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Die
Drehung des Wickels zum Aufwickeln des bahnförmigen Materials kann mit einem
zentralen Übertragungssystem,
mit anderen Worten, mit einem über
die Achse des Wickels wirksamen, erreicht werden. Am Umfang oder
an der Oberfläche
wirkende Wickelsysteme werden jedoch bevorzugt, mit anderen Worten,
Systeme, bei denen die Drehbewegung durch eine am Umfang wirkende
Wickeleinrichtung, die an der Außenfläche des Wickels anliegt, erteilt
wird. Diese Wickeleinrichtung kann ein flexibles Element, zum Beispiel
einen oder mehrere parallele Riemen umfassen, die nebeneinander
liegen und gegen die Oberfläche
des Wickels gepresst werden. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst die Wickeleinrichtung eine motorgetriebene Wickelrolle,
um die das bahnförmige
Material herum geführt
und dem in Bildung befindlichen Wickel zugeführt wird. Der Wickel wird durch
die Stütze in
axialer Richtung gehalten.
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Um
eine zuverlässige Übertragung
der Bewegung durch das Spannelement auf das zu spannende Material
zu sichern, ist es vorteilhaft, wenn die Außenfläche des Spannelements (mit
anderen Worten, die am Wickel anliegende Fläche) eine Außenfläche mit
einem hohen Reibungskoeffizienten besitzt.
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Um
eine ausreichende Spannung in das bahnförmige Material einzuführen, ist
es vorteilhaft, dass das Spannelement und die am Umfang wirkende
Wickeleinrichtung an der Außenfläche des
Wickels an Punkten, die genügend
weit voneinander beabstandet sind, anliegen. Zum Beispiel kann vorgesehen
sein, dass die Punkte sich in einem Winkelabstand voneinander befinden,
der immer annähernd
größer als
270° ist,
auch wenn sich der Wickel am Anfang des Aufwickelvorgangs befindet.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Beschreibung und die beigefügte Zeichnung,
die ein praktisches und nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, besser verständlich werden. Spezieller zeigen
die 1 bis 5 schematisch eine Seitenansicht
der Vorrichtung in vier verschiedenen Betriebsstadien.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Lagerkonstruktion 1, auf der eine
motorgetriebene Wickelrolle 3 montiert ist. Die Drehbewegung
der Wickelrolle 3 wird in dem veranschaulichten Beispiel
durch einen Motor 4 und eine ein flexibles Element 6 umfassende Transmission
erzeugt.
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Vor
der Wickelrolle 3 ist eine Reihe von Zylindern 5, 7, 9 angeordnet,
die einen Zuführweg
für das im
Allgemeinen mit N gekennzeichnete bahnförmige Material, das in der
Richtung des Pfeils fN zugeführt wird,
definieren. Das mit kontinuierlicher und annähernd konstanter Bewegung zugeführte Material
N wird um die Wickelrolle 3 in einem Winkel, der annähernd 180° entspricht,
herum geführt.
Die Wickelrolle liegt an einem in Bildung befindlichen Wickel B
an. Dieser wird um einen mittleren Kern C herum gewickelt, der in
axialer Richtung auf einen abstützenden Wickelkern
M geschraubt wird. Der Wickelkern M wird während des Wickelns durch eine
doppelte Abstützführung 11 gehalten,
die an der Lagerkonstruktion 1 fest angebracht ist. Ein
Schlitten 13, der auf Führungen
gleitet, die fest an der Konstruktion 1 angebracht sind
und mit kleinen Armen 15 ausgestattet sind, die kleine
Rollen 17 tragen, drückt
den Wickelkern und damit den in Bildung befindlichen Wickel B derart
gegen die Wickelrolle 3, so dass deren Drehung, über die
Reibungskraft, bewirkt, dass sich der Wickel B dreht.
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Die
Vorrichtung ist außerdem
mit einem Paar Schwenkarmen ausgestattet, von denen einer in den Abbildungen
zu sehen und hier mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichnet
ist. Die Arme 19 werden über eine Achse, die mit der
Achse der Wickelrolle 3 übereinstimmt, gelenkig befestigt
und beim Schwenken durch ein Kolben-Zylinder-Betätigungselement 21 gesteuert.
An den Schwenkarmen 19 befindet sich ein Paar von Zylindern 23, 25,
von denen einer direkt auf den Armen 19 montiert ist, während der
andere auf kleinen Armen 27 montiert ist, die durch ein
Kolben-Zylinder-Betätigungselement 29 gesteuert
werden. Die Arme 19 tragen außerdem ein sich hin und her
bewegendes Messer 31, das durch ein Kolben-Zylinder-Betätigungselement 33 gesteuert
wird. Die Komponenten 19 – 33 dienen dazu,
das bahnförmige
Material N am Ende des Aufwickelns des Wickels B zu schneiden und
wirken in der Weise, wie sie in den 1 bis 4 deutlich
angegeben ist.
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Der
fertige Wickel B wird gezwungen, längs der Führungen 11 bis zu
einer in den Abbildungen schematisch dargestellten Bremse 45 zu
rollen, die wirksam ist, um die Drehung durch die Trägheit des Wickels
zu stoppen und ermöglicht
es, dass er nachfolgend durch nicht dargestellte, aber an sich bekannte
Mittel weiter bewegt wird.
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Im
oberen Bereich der festen Konstruktion ist ein Mechanismus zum Einsetzen
der neuen Wickelkerne angeordnet, welche die Wickel B nachfolgend ersetzen,
wenn diese fertig gestellt wurden. Der Mechanismus zum Einsetzen
der neuen Kerne umfasst ein Paar von Schwenkarmen 47, die
durch ein Kolben-Zylinder-Betätigungselement 49 gesteuert
werden, so dass sie um eine Achse 50 schwenken. Die Arme 47 besitzen
Klemmbacken 51, deren Öffnung und
Schließung
durch ein Kolben-Zylinder-Betätigungselement 53 gesteuert
wird und die dazu dienen, die einzelnen Kerne C zu ergreifen, die
im oberen Bereich der Konstruktion 1 warten, um sie durch Schwenken
der Arme 47 in den Wickelbereich zu befördern, wie es in der Reihenfolge
zu sehen ist, die in den beigefügten 1 bis 4 dargestellt
ist. Die Arme 47 geben den neuen Wickelkern C, der auf
den Führungen 11 lagert,
in Kontakt mit der Wickelrolle 3 frei und schieben gegen
diese durch den Schlitten 13 mit den zugehörigen kleinen
Armen 15 und den kleinen Rollen 17.
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Der
Mechanismus zum Schneiden des bahnförmigen Materials und zum Aufwickeln
sowie zum Bremsen des fertig gestellten Wickels B und der Mechanismus
zum Einsetzen der neuen Wickelkerne sind an sich bekannt und erfordern
hier keine ausführlichere
Beschreibung. Ihre Betriebsarten werden aus der in den 1 bis 4 gezeigten
Reihenfolge deutlich. Sie sind lediglich beispielhaft gegeben und
könnten
durch verschiedene Mechanismen mit analogen oder ähnlichen
Funktionen ersetzt werden.
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Kennzeichnend
ist, dass gemäß der Erfindung
die Wickelvorrichtung einen motorgetriebenen Zylinder 61 aufweist,
der von einem Paar von Schwenkarmen 63 gehalten wird, die
beim Bezugszeichen 65 der Konstruktion 1 der Vorrichtung
drehbar gelagert sind. In dem Beispiel stimmt die Drehachse 65 der
Schwenkarme 63 mit der Rotationsachse der Wickelrolle 3 überein.
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Der
motorgetriebene Zylinder 61 wird durch den Motor 69 über einen Übertragungsriemen 71 oder
ein anderes, geeignetes flexibles Element in Drehung versetzt. Eine
andere Form des Motorantriebs, zum Beispiel mittels eines mit dem
Zylinder 61 koaxial liegenden Motors oder einer mit Getriebe
versehenen Übertragung
oder dergleichen, ist nicht ausgeschlossen.
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Das
Schwenken der Arme 63, die den motorgetriebenen Zylinder 61 tragen,
wird durch ein Stellteil gesteuert, das im gezeigten Beispiel ein
Kolben-Zylinder-Betätigungselement 73 ist.
Die Schwenkbewegung ist so, damit bewirkt werden kann, dass der
motorgetriebene Zylinder 61 eine weg bewegte Stellung annimmt,
die die Einführung
eines neuen Wickelkerns möglich
macht, oder solch eine Stellung, um ihn neben den in Bildung befindlichen Wickel
B zu bringen und gegen diesen zu pressen. Die Schwenkbewegung der
Arme 63 ist in diesem Fall so, dass sie bewirkt, dass der
motorgetriebene Zylinder 61 dem Anwachsen des Wickels B
folgt. Das Kolben-Zylinder-Betätigungselement 73 kann
praktisch wie eine einfache pneumatische Feder wirken, um den mo torgetriebenen
Zylinder 61 mit der notwendigen Druckkraft gegen die Außenfläche des
in Bildung befindlichen Wickels B während des gesamten Wickelvorgangs
des Wickels gepresst zu halten, während es beim Zurückziehen
den motorgetriebenen Zylinder 61 in eine rückwärtige Stellung
bringt, in der er den Raum zur Einführung des neuen Wickels C mittels
der Schwenkarme 47 und der Klemmbacken 51 frei
lasst.
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Der
Motor 69 für
die Steuerung des motorgetriebenen Zylinders 61 wird durch
eine zentrale Steuereinheit gesteuert, die außerdem die Steuerung der anderen
Teile der Vorrichtung und speziell des Motors 4 zum Betätigen der
Wickelrolle 3 bewirkt. Die Steuerung ist in einer solchen
Weise vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des motorgetriebenen
Zylinders 61 normalerweise etwas größer als die Zuführungsgeschwindigkeit
des bahnförmigen Materials
N, mit anderen Worten, die Umfangsgeschwindigkeit der Wickelrolle 3 und
damit die des in Bildung befindlichen Wickels B, ist. Die Geschwindigkeit
der Wickelrolle 3 wird andererseits in einer Weise geregelt,
dass auf dem bahnförmigen
Material N stromaufwärts
von der Wickelrolle 3 eine Spannung aufrechterhalten wird,
die ausreichend mäßig ist,
um kein Reißen
des Materials zu verursachen. Daraus folgt, dass die letzte Windung,
das heißt,
die äußerste Windung
des in Bildung befindlichen Wickels B, einer Vorspannung ausgesetzt
wird, die durch die Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit
des motorgetriebenen Zylinders 61 und der Umfangsgeschwindigkeit
der Wickelrolle 3 bestimmt ist. Diese Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten
kann, wie gewünscht,
als eine Funktion der Anforderungen an den Wickel eingestellt werden.
Folglich wird die äußerste Windung
des bahnförmigen
Materials gespannt, wodurch die Wicklung kompakter wird. Je größer die
Geschwindigkeitsdifferenz ist, desto größer ist die Kompaktheit des
in Bildung befindlichen Wickels B.
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Die
Spannung, die als Ergebnis der Differenz zwischen den oben erwähnten Umfangsgeschwindigkeiten
im bahnförmigen
Material bewirkt wird, verursacht kein Reißen des bahnförmigen Materials,
da die Spannung in dem Teil des Materials, das bereits auf dem in
Bildung befindlichen Wickel gelagert ist, und nicht in dem freien
bahnförmigen
Material bewirkt wird. Des Weiteren bewirkt die Spannung, die im
bahnförmigen
Mate rial als Ergebnis der Differenz zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten
des motorgetriebenen Zylinders 61 und der Wickelrolle 3 hervorgerufen
wurde, keine bedeutenden Querverengungen in dem bahnförmigen Material,
da dieses der Vorspannung ausgesetzt wird, wenn es bereits auf den
darunter liegenden Windungen des in Bildung befindlichen Wickels
B gelagert ist.
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Um
eine ausreichende Spannwirkung zu sichern und Erscheinungen von
Querkonstruktion und/oder das Reißen des bahnförmigen Materials
zu vermeiden, ist der motorgetriebene Zylinder 61 mit einer
zylindrischen Fläche
versehen, die einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist und zum
Beispiel mit einem Abriebstoff oder einem „Griff" überzogen
wird und außerdem
relativ zur Wickelrolle 3 in einer Stellung angeordnet
ist, so dass eine ausreichende Menge des bahnförmigen Materials der Spannung
ausgesetzt wird. In dem veranschaulichten Beispiel sind die zwei
Elemente 3 und 61 in einem winkligen Abstand voneinander
angeordnet, der zwischen ungefähr 270° und ungefähr 330° in Abhängigkeit
vom Durchmesser des in Bildung befindlichen Wickels veränderbar
ist.
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Aus
obigen Ausführungen
wird deutlich, dass der im Stadium der Bildung befindliche Wickel axial
abgestützt
wird, während
das Spannelement 61 keine Stützfunktion hat, mit dem Rotationssystem zum
Drehen des Wickels (mit anderen Worten der Wickelrolle 3)
zusammenwirkt, um die Windung des bahnförmigen Materials, die zu einem
gegebenen Zeitpunkt die äußerste ist,
angemessen zu spannen. Die Anordnung ist besonders nützlich in
Vorrichtungen, die bahnförmige
Materialien von begrenzter Zugfestigkeit aufwickeln, zum Beispiel
am Ausgang der Fertigungslinie für
das bahnförmige
Material.
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Das
bahnförmige
Material N wird zwischen dem motorgetriebenen Zylinder 61 und
der Wickelrolle 3 zugeführt,
wobei damit eine gute Spannwirkung dadurch ermöglicht wird, dass die Stellung
der Elemente 3 und 61 so ist, um das bahnförmige Material längs eines
sehr weiten Bogens und nahezu über eine
gesamte Windung zu spannen. Zweckmäßi gerweise ist der Durchmesser
des motorgetriebenen Zylinders 61 kleiner als der Durchmesser
der Aufwickelrolle 3.