EP1650148A2

EP1650148A2 - Wickelmaschine

Info

Publication number: EP1650148A2
Application number: EP05109365A
Authority: EP
Inventors: Hermann Albert Stitz; Josef Nelles; Alexander Klupp
Original assignee: Voith Patent GmbH; Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2006-04-26
Also published as: DE102004000033A1; EP1650148A3

Abstract

Eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse (4) zu einer Wickelrolle (3) mittels mindestens einer elastisch gelagerten Walze (1, 2), auf der die Wickelrolle (3) beim Aufwickeln auf- oder anliegt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der mindestens einen Walze (1, 2) während des Aufwickelns an ihren Positionen durch ein Positioniermittel (6) konstant gehalten ist, das das Einfedern der Walze (1, 2) infolge der sich während des Aufwickelns ändernden Masse der Wickelrolle (3) kompensiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse zu einer Wickelrolle mittels mindestens einer elastisch gelagerten Walze, auf der die Wickelrolle beim Aufwickeln auf- oder anliegt.
Materialbahnen müssen, bevor sie versandt werden können, auf Versand- oder Fertigrollen aufgewickelt werden. Als Rollenkerne werden hierfür üblicherweise Wickelhülsen verwendet, die vorzugsweise aus Pappe bestehen. Die Fertigrollen werden dadurch erzeugt, dass sogenannte Mutter- oder Tambourrollen, die am Ausgang einer Papiermaschine oder nach der Satinage erzeugt werden, abgewickelt, in Längsrichtung geschnitten und dann jeweils auf Wickelhülsen aufgewickelt werden. Diese Wickelhülsen liegen entweder auf einer Stützwalze einer Stützwalzen-Wickelmaschine auf oder seitlich an dieser an, oder die Wickelhülsen liegen in einem von zwei Tragrollen einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine gebildeten Wickelbett.
Im Fall einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE 200 13 319 U1 oder der EP 0 792 245 B1 bekannt ist, ist mindestens eine der beiden Tragwalzen angetrieben. Auf diese Weise liegen entsprechend der Anzahl der aus der ursprünglichen Materialbahn durch Längsschnitte erzeugten einzelnen Materialbahnen mehrere Wickelhülsen nebeneinander in dem Wickelbett, auch wenn nachfolgend aus Gründen der einfachen Darstellung stets nur eine einzige Wickelhülse in Verbindung mit einem auf ihr aufgewickelten Materialbahnwickel angesprochen wird. Es ist jedoch auch möglich, lediglich eine einzige Wickelrolle In der EP 0 829 438 B1 wird eine Stützwalzen-Wickelmaschine beschrieben. In diesem Fall wird eine Materialbahn, auf eine Stützrolle gestützt, auf eine Wickelhülse aufgewickelt, während sie durch einen Spalt tritt, der zwischen der Stützrolle und der zu erzeugenden Wickelrolle ausgebildet ist, wobei die Wickelrolle zusätzlich durch eine weitere, zwei kleine Rollen umfassende Vorrichtung gestützt wird. In einer Stützwalzen-Wickelmaschine kann ebenfalls entweder nur eine einzige Wickelrolle gewickelt werden oder eine Mehrzahl von Wickelrollen, die jeweils in Wickelstationen durch einzelne Spannvorrichtungen gehalten werden, wobei die Spannvorrichtungen die Wickelrollen im Wechsel zu beiden Seiten von einer durch den Mittelpunkt der Stützrolle hindurchlaufenden senkrechten Achse halten, wobei die Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der Wickelrollen und der Stützrolle jeweils nach beiden Seiten von der Senkrechten unter einem spitzen Winkel geneigt sind oder mit der Senkrechten einen rechten Winkel bilden. Hierbei können die Spannköpfe und die Wickelhülsen in den Wickelstationen auch verschiedene Durchmesser aufweisen.
Beim Wickeln von Rollen werden durch Schwingungen der Rolle und der beiden Tragwalzen Eindrückungen in der Rolle verursacht, die durch Resonanzen immer an derselben Umfangsstelle auftreten und dadurch immer stärker werden. Dadurch wird einerseits die gesamte Wickelmaschine schädlichen Schwingungsbeanspruchungen unterworfen, und andererseits wird die Wickelrolle mit Wickelfehlern gewickelt.
Aus der DE 71 21 923 U1 ist eine Trageinrichtung für aus Bahnen aufgewickelte Rollen bekannt, in der wenigstens eine der beiden Tragwalzen elastisch gelagert ist. Durch die elastische Lagerung erhält die eine Tragwalze bei gleicher Ausbildung beider Walzen eine zur anderen unterschiedliche Eigenfrequenz, so dass eine Summierung der Schwingungen der beiden Walzen und damit eine Rollenbeschädigung ausgeschlossen wird.
Durch die DE 73 05 837 U1 ist eine Trageinrichtung bekannt geworden, in der beide Tragwalzen auf Federn abgestützt sind. Durch diese Maßnahme wird eine Entkopplung und Dämpfung von Schwingungen erreicht. Es lässt sich auch der Einsatz von Dämpfungselementen vorsehen, deren Dämpfungswirkung in Abhängigkeit von der Lagerbelastung einstellbar ist.
Eine aus der DE-AS 23 18 351 bekannte Trageinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei in allen wesentlichen Teilen und bezüglich der Charakteristika gleichen Federn die Federungssysteme in bezug auf die durch die Wickelrollenachse verlaufende Vertikalebene asymmetrisch angeordnet sind. Auf diese Weise liegen die den beiden Tragwalzen zugehörigen Wirkungslinien in einem Winkel zueinander, so dass die Schwingungen auch in einem unterschiedlichen Winkel oder an unterschiedlicher Stelle auf das jeweilige Federungssystem auftreffen. Dadurch ist das Federungsverhalten der Federungssysteme der beiden Tragwalzen unterschiedlich, ohne dass deswegen die Tragwalzenfederung oder deren Lagerung oder die Tragwalzen selbst unterschiedlich oder einstellbar ausgebildet sein müssten.
Die bekannten Lösungen, bei denen Lager mit variabler Lagersteifigkeit und Dämpfung eingesetzt werden, erreichen zwar, dass Resonanz- oder Eigenschwingungen der Tragwalzen wirksam unterdrückt werden; sie reichen jedoch nicht aus, eine gleichbleibende Nipgeometrie zwischen den Tragwalzen und dem Wickel, auf den die Materialbahn aufgewickelt wird, zu gewährleisten. Diese ändert sich vielmehr durch die Veränderung der Federsteifigkeit und der Belastung, was daran liegt, dass die Lager unterschiedlich stark federn. Dies ist insbesondere bei einer schnellen Veränderung der Federsteifigkeit nachteilig.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wickelmaschine zu schaffen, in der die Mitte der mindestens einen Walze während des Wickelvorgangs konstant gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Wickelmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Achse der mindestens einen Walze während des Aufwickelns an ihren Positionen durch ein Positioniermittel konstant gehalten ist, das das Einfedern der Walze infolge der sich während des Aufwickelns ändernden Masse der Wickelrolle kompensiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Vorzugsweise umfasst das Positioniermittel einen Aktor, eine Feder, einen Dämpfer und eine Messeinrichtung, um die Position der Tragwalzen genau festlegen zu können.
Um während des Wickelvorgangs die Lage der Tragwalzen unter dem sich vergrößernden Gewicht des Wickels konstant einhalten zu können, umfasst dieses eine Steuer- oder eine Regeleinrichtung. Diese sorgt dafür, dass sich die Walzenmitte bei einer Veränderung der Federsteifigkeit und der Belastung nicht ändert. Durch den Einsatz einer Aktorik unter einem federnden Element wird das Einfedern des aus dem Wickel und der mindestens einen Walze bestehenden Schwingungssystems und damit dessen Anregung verhindert. Die Geometrie des Walzenbettes bleibt somit unter allen Umständen erhalten; auch die Walzenmitten ändern ihre Lage bei einer Veränderung der Federsteifigkeit und der durch die Wickelrolle eingeleiteten Kräfte nicht.
Vorzugsweise weist die Steuer- oder die Regeleinrichtung einen Meßwertaufnehmer zur Messung der Position der mindestens einen Walze auf.
Besonders geeignet ist eine Ausgestaltung der Wickelmaschine, in der die Federsteifigkeit der Feder und/oder die Dämpfung des Dämpfers veränderbar ist.
Es besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Federn; bevorzugt kommen Federn in Form von Biegebalken oder als Spiralfedern zum Einsatz.
Mit Vorteil wird die Wickelmaschine so weitergebildet, dass die mindestens eine Walze mit einer Linearführung oder einem anderen Element ausgestattet ist, mit der die mindestens eine Walze in Richtung zu der anderen Walze verschiebbar ist.
Hierbei wird in vorteilhafter Weise zusätzlich vorgesehen, dass mindestens eine von zwei Walzen, beispielsweise von zwei Tragwalzen, an einer Schwinge befestigt ist, durch die sie in senkrechter Richtung oder in Richtung zu der anderen Tragwalze verschwenkbar ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, in einer Wickelmaschine auf eine Hülse zu einer Wickel rolle mitte Is mindestens einer elastisch gelagerten Walze, auf der die Wickelrolle beim Aufwickeln auf- oder anliegt.
Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der mindestens einen Tragwalze während des Aufwickelns an ihrer Position konstant gehalten wird.
Die gesamte Erfindung lässt sich bei einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, aber auch dann einsetzen, wenn lediglich eine einzige Walze als Stützwalze für die in Längsrichtung geschnittenen Papier-Teilbahnen eingesetzt wird. In diesem Fall stützen sich die einzelnen Wickel jeweils im Wechsel in einer Elf-Uhr- und in einer Ein-Uhr-Position gegenüber der Stützwalze ab. Auch in diesem Fall besteht der Wunsch nach einer konstanten Aufrechterhaltung der Position des Zentrums der Stützwalze, welcher durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Positioniermittels realisiert wird. Anstelle der Elf-Uhr- und der Ein-Uhr-Positionen können sich die Wickel auch an anderen, jeweils einander symmetrisch gegenüberliegenden Positionen im Bereich der beiden oberen Quadranten der Tragwalze befinden.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer ersten Doppeltragwalzen-Wickelmaschine in Längsrichtung, in der die Tragwalzen jeweils durch ein Positioniermittel gelagert sind,
Fig. 2: eine Seitenansicht einer weiteren Doppeltragwalzen-Wickelmaschine in Längsrichtung, in der die Tragwalzen zusätzlich mit einer Linearführung bzw. mit einer Schwinge ausgestattet sind,
Fig. 3: eine Vorderansicht einer dritten Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, in der die Federn jeweils als Biegebalken ausgestaltet sind,
Fig. 4: eine weitere Seitenansicht einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, in der einstellbare Positioniermittel (nur an der linken Tragwalze dargestellt) zum Einsatz kommen,
Fig. 5: ein Hydraulikzylinder, der zu einer Feder mit einer nicht-linearen Federkennlinie parallel geschaltet ist,
Fig. 6: die Kennlinie der Feder aus Fig. 5,
Fig. 7: eine Seitenansicht einer Stützwalzen-Wickelmaschine, in der zwei Wickelrollen jeweils waagrecht gegen die Stützwalze drückbar sind, und
Fig. 8: eine weitere Seitenansicht einer Stützwalzen-Wickelmaschine, in der zwei Wickelrollen in einer Elf-Uhr-Position bzw. in einer Ein-Uhr-Position gegen die Stützwalze drückbar sind.

Eine von einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine (Fig. 1) gebildete Wickelvorrichtung weist zwei Tragwalzen 1, 2 auf, von denen mindestens eine angetrieben ist. Die Tragwalzen 1, 2 bilden ein Walzenbett, in dem mehrere nebeneinanderliegende Wickelrollen 3 während des Aufwickelns auf den Tragwalzen 1, 2 aufliegen. Von einer (nicht dargestellten) Längsschneideinrichtung wird eine Materialbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, vor dem Aufwickeln in mehrere Einzelbahnen geschnitten, die anschließend durch den Spalt zwischen den Tragwalzen 1, 2 oder seitlich um den Mantel einer der beiden Tragwalzen 1, 2 herum in das Walzenbett geführt werden, wo sie auf fluchtend aufgereihte Hülsen 4 aufgewickelt werden.
Die Tragwalze 1 ist über ein Lager 5 auf einem Positioniermittel 6 gelagert, das einen Aktor 7, eine Feder 8, einen Dämpfer 9 und eine Messeinrichtung 10 umfasst. Diese erzeugt entsprechend der aktuellen Position der Tragwalze 1 ein Signal, das die Messeinrichtung 10 an den Aktor 7 we itergibt, so dass dieser entsprechend einer Abweichung zwischen einer Ist-Position und einer geforderten Soll-Position der Tragwalze 1 einen Kolben 11 eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders 12 betätigt. Anstelle des Zylinders 12 kann auch ein elektromotorisches Verstellmittel, beispielsweise ein pneumatisch betriebener Balgzylinder oder eine Rollmembran zum Einsatz kommen. Der Kolben 11 drückt seinerseits auf die Feder 8, und diese wirkt auf die Tragwalze 1 ein.
Wenn diese in Schwingungen geraten sollte, werden die Schwingungen durch den Dämpfer 9 rasch gedämpft. Der Dämpfer 9 ist ein Element zur Dissipation der Schwingungsenergie und umfasst beispielsweise einen mit einem Gas gefüllten Zylinder 13. Das Gas wird durch einen Stempel 14 zusammengedrückt, der mit dem Lager 5 verbunden ist. Wenn infolge der Schwingungen der Tragwalze 1 das Lager 5 diese an den Stempel 14 weitergibt, drückt dieser das Gas zusammen, und ein Teil der Schwingungsenergie wird in Wärme umgewandelt. Es versteht sich, dass die Schwingungsenergie auch auf andere Weise aus dem System abgeleitet werden kann, beispielsweise durch elektrische Wirbelströme. Die Tragwalze 2 ist auf einem Lager 15 gelagert, das wie das Lager 5 der Tragwalze 1 gelagert ist. Vorzugsweise lässt sich die Federsteifigkeit der Feder 8 verändern.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist an dem Lager 5 der Tragwalze 1 eine Linearführung 16 angeordnet, durch die die Höhenposition und/oder die waagrechte Position des Lagers 5 und damit die Position der Tragwalze 1 in Bezug auf die Tragwalze 2 und in Bezug auf den Wickel 3 eingestellt werden kann. Die Tragwalze 2 ist an einer Schwinge 17 schwenkbar um einen Drehpunkt 18 gelagert, um auch ihre Position bezüglich der Tragwalze 1 und des Wickels 3 verändern zu können.
In einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 3) umfasst der Aktor 7 an beiden Seiten der Welle der Tragwalze 1 als Biegebalken 19, 20 ausgebildete Federn zur elastischen Lagerung der Tragwalze 1, auf die über die Lager 5, 25
Kolben 21, 22 von Zylindern 23, 24 einwirken. Die Biegebalken 19, 20 drücken ihrerseits gegen die Lager 5, 25 der Tragwalzen 1, 2 und sind in Halterungen 26, 27 befestigt. Die Steifigkeit der Biegebalken 19, 20 lässt sich dadurch verändern, dass die Position der Zylinder 23, 24 in Richtung der Achsen der Biegefedern 19, 20 geändert wird. Beiderseits der Wellenzapfen der Tragwalze 1 ist auch jeweils ein Dämpfer 28, 29 vorgesehen. Mindestens an einer Seite der Tragwalze 1 ist eine Messeinrichtung 30 zur Bestimmung der Position der Tragwalze 1 vorgesehen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 4) sind die Tragwalzen 1, 2 auf Positioniermitteln 31 gelagert, die jeweils einen hydraulischen Zylinder 32 bzw. 33 umfassen. Der Zylinder 32 hat eine Ölsäule 34, deren Länge über ein Ventil 35 aus einem Ölvorrat einstellbar ist. Ebenso ist vorzugsweise auch über der Ölsäule 35 in dem Raum des Zylinders 32, in dem sich die Kolbenstange bewegt, ein unter Druck stehender Luftvorrat vorhanden, dessen Druck über ein mit einer Blasenkammer 36 verbundenes Ventil 37 eingestellt wird. Vorzugsweise sind Drosseln 38, 39 vorhanden, über die die Geschwindigkeit, mit der das Öl bzw. die Luft aus dem Innern des Zylinders 32 entweichen können, eingestellt wird.
Der Zylinder 33 ist vorzugsweise genauso aufgebaut, wie am Beispiel des Zylinders 32 dargestellt ist.
Parallel zu dem Zylinder 32, 33 oder anstelle der Feder 8 (Fig. 1, 2) lässt sich auch eine Feder 40 mit einer nicht-linearen Kennlinie verwenden, um die Lager 5, 15 der Tragwalzen 1, 2 zu lagern.
Im Weg-Kraft-Diagramm (Fig. 6), in dem die Federkraft (F) als Funktion des von der Feder zurückgelegten Weges (s) dargestellt ist, weist die Federkennlinie der Feder 40 mit zunehmendem Weg s eine stärkere Steigung auf; d. h. die Feder 40 wirkt um so härter, je größer der zurückgelegte Federweg ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Stützwalzen-Wickelmaschine (Fig. 7) mit einer Stützwalze 41 dargestellt, gegen die zwei Wickelrollen 42, 43 jeweils in Neun-Uhr-Position bzw. in Drei-Uhr-Position abgestützt werden. Die Wickelrollen 42, 43 werden von (hier nicht dargestellten) Tragvorrichtungen getragen und gegen den Mantel der Stützwalze 41 gedrückt. Die Stützwalze 41 ist über ein Lager 44 auf einem Positioniermittel 45 gelagert, das wie das Positioniermittel 6 einen Aktor 46, eine Feder 47, einen Dämpfer 48 und eine Messeinrichtung 49 umfasst.
Ebenso wie in der anhand von Fig. 1 bis 3 dargestellten Tragwalzen-Wickelmaschine kann in der Stützwalzen-Wickelmaschine eine Stell- oder eine Regeleinrichtung angeordnet sein, um die Position des Positioniermittels 45 entsprechend dem sich während des Aufwickelvorgangs ändernden Gewicht der Wickelrollen 40, 41 anzupassen.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform einer Stützwalzen-Wickelmaschine dargestellt, bei der Wickelrollen 50, 51 gegen eine Stützwalze 52 angestellt sind. Im übrigen ist ein Positioniermittel vorhanden, das den gleichen Aufbau wie das Positioniermittel 45 gemäß Fig. 7 hat und daher mit denselben Bezugszeichen bezeichnet ist.

Bezugszeichenliste

1: Tragwalze
2: Tragwalze
3: Wickelrolle
4: Hülse
5: Lager
6: Positioniermittel
7: Aktor
8: Feder
9: Dämpfer
10: Messeinrichtung
11: Kolben
12: Zylinder
13: Zylinder
14: Stempel
15: Lager
16: Linearführung
17: Schwinge
18: Drehpunkt
19: Biegebalken
20: Biegebalken
21: Kolben
22: Kolben
23: Zylinder
24: Zylinder
25: Lager
26: Halterung
27: Halterung
28: Dämpfer
28: Dämpfer
30: Messeinrichtung
31: Positioniermittel
32: Zylinder
33: Zylinder
34: Ölsäule
35: Ölsäule
36: Blasenkammer
37: Ventil
38: Drossel
39: Drossel
40: Feder
41: Stützwalze
42: Wickelrolle
43: Wickelrolle
44: Lager
45: Positioniermittel
46: Aktor
47: Feder
48: Dämpfer
49: Messeinrichtung
50: Wickelrolle
51: Wickelrolle
52: Stützwalze

Claims

Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse (4) zu einer Wickelrolle (3; 42, 43; 50, 51) mittels mindestens einer elastisch gelagerten Walze (1, 2; 41; 52), auf der die Wickelrolle (3; 42, 43; 50, 51) beim Aufwickeln auf- oder anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achse der mindestens einen Walze (1, 2) während des Aufwickelns an ihren Positionen durch ein Positioniermittel (6; 45) konstant gehalten ist, das das Einfedern der Walze (1, 2; 41; 52) infolge der sich während des Aufwickelns ändernden Masse der Wickelrolle (3; 42, 43; 50, 51) kompensiert.
Wickelmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Positioniermittel (6; 45) einen Aktor (7; 46), eine Feder (8; 40; 47), einen Dämpfer (9; 48) und eine Messeinrichtung (10, 30; 49) umfasst.
Wickelmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Positioniermittel (6; 45) eine Steuer- oder eine Regeleinrichtung umfasst.
Wickelmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuer- oder die Regeleinrichtung einen Meßwertaufnehmer zur Messung der Position der Welle der mindestens einen Walze (1, 2; 41; 52) umfasst.
Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federsteifigkeit der Feder (8; 40; 47) und/oder die Dämpfung des Dämpfers (9; 48) veränderbar ist.
Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder als Biegebalken (19, 20) ausgebildet ist.
Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Walze (1, 2; 41; 52) mit einem Element (16) ausgestattet ist, mit dem die mindestens eine Walze (1, 2; 41; 52) in senkrechter Richtung oder in Richtung zu einer anderen Walze (1, 2; 41; 52) verschiebbar ist.
Wickelmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Walze (1, 2) an einer Schwinge (17) befestigt ist, durch die sie in Richtung zu der anderen Walze (1, 2) verschwenkbar ist.
Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier-oder Kartonbahn, in einer Wickelmaschine auf eine Wickelhülse zu mindestens einer Wickel rolle (3; 42, 43; 50, 51) mittels mindestens einer elastisch gelagerten Walze (1, 2; 41; 52), auf der die Wickelrolle (3; 42, 43; 50, 51) beim Aufwickeln auf- oder anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achsen der mindestens einen Walze (1, 2; 41; 52) während des Aufwickelns an ihrer Position konstant gehalten wird.