EP1764327B1 - Rollenwickeleinrichtung - Google Patents

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Publication number
EP1764327B1
EP1764327B1 EP05108639A EP05108639A EP1764327B1 EP 1764327 B1 EP1764327 B1 EP 1764327B1 EP 05108639 A EP05108639 A EP 05108639A EP 05108639 A EP05108639 A EP 05108639A EP 1764327 B1 EP1764327 B1 EP 1764327B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roll
winding device
roll winding
bearing
natural frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP05108639A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1764327A1 (de
Inventor
Uwe Dr. Gnauert
Hubertus Siebald
Roger Wimmel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
ERAS Entwicklung and Realisation adaptiver Systeme GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
ERAS Entwicklung and Realisation adaptiver Systeme GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH, ERAS Entwicklung and Realisation adaptiver Systeme GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Priority to DE502005006079T priority Critical patent/DE502005006079D1/de
Priority to AT05108639T priority patent/ATE415369T1/de
Priority to EP05108639A priority patent/EP1764327B1/de
Publication of EP1764327A1 publication Critical patent/EP1764327A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1764327B1 publication Critical patent/EP1764327B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H18/00—Winding webs
    • B65H18/08—Web-winding mechanisms
    • B65H18/14—Mechanisms in which power is applied to web roll, e.g. to effect continuous advancement of web
    • B65H18/20—Mechanisms in which power is applied to web roll, e.g. to effect continuous advancement of web the web roll being supported on two parallel rollers at least one of which is driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2301/00—Handling processes for sheets or webs
    • B65H2301/40—Type of handling process
    • B65H2301/41—Winding, unwinding
    • B65H2301/414—Winding
    • B65H2301/4148—Winding slitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2404/00—Parts for transporting or guiding the handled material
    • B65H2404/40—Shafts, cylinders, drums, spindles
    • B65H2404/43—Rider roll construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2601/00—Problem to be solved or advantage achieved
    • B65H2601/10—Ensuring correct operation
    • B65H2601/12—Compensating; Taking-up
    • B65H2601/125—Vibration

Definitions

  • the invention relates to a reel winding device with at least one roller to which a winding roll is applied during winding.
  • a paper web is produced in a relatively large width of currently up to 12 m and virtually endless. In order to be usable for a later consumer, the paper web must be divided into narrower webs. These narrower webs must then be wound into rolls. For this purpose, a roll winding device is used.
  • reel winders which are also referred to as "slitter” occur in operation problems due to strong vibrations, the result of poor windings, heavy use of Machine and the foundations, reduction in production speed or roller swings to roll ejection are.
  • reel winders sought for imbalances in rollers or reels, after vibrations in the drive and control system, etc. Changes, which are usually associated with much effort, have not been able to completely resolve the difficulties.
  • Occurring vibrations with concomitant out of roundness of the winding roll may be associated with the processing of certain types of paper.
  • the friction behavior or the paper thickness represent relevant quantities.
  • contact vibration between the winding roll and the roll or rollers is the cause of the out-of-roundness of the winding roll, the roll or rolls and the winding roll or parts thereof, e.g. the outer shell of a limited number of paper layers, swing against each other.
  • This can lead to a non-uniform structure of the winding roll (density, stiffness, thickness variation, air pockets, shifting paper layers), which in turn can increase the contact vibrations.
  • the bobbins are decelerated to a standstill. If the rotational frequency of the winding roll passes through the natural frequency of the oscillation of the entire system, then a roll swings can occur. The winding roll vibrates, which can lead to a role ejection.
  • Vibrations occurring during the winding process are classified into two problem areas, namely roll hum and roll swings.
  • the roller humming is a contact vibration between the winding roller and the roller or the rollers, wherein when using several rollers, on which the winding roller is applied, the rollers can oscillate against each other. Roller rumbling may occur when a harmonic of the rotational frequency of the winding roll or winding rolls (when several winding rolls are wound simultaneously) is in the range of the natural frequency of the contact vibration.
  • the invention has for its object to avoid critical conditions when winding.
  • the contact vibration occurs at a harmonic of the rotational frequency of the winding roll in conjunction with a system natural frequency.
  • a change device is provided, with which the system own frequency can be selectively changed.
  • the system frequency is suitably changed in operation in such a way that the amplitude of the contact vibration occurring in the approach is reduced in the associated harmonic, so that as a result of no further uneven Wi-ckelimposed can train more. If, due to the changed system natural frequency, a contact oscillation occurs at another harmonic, the system natural frequency can be shifted again.
  • the system natural frequency can be switched between at least two values. This is a particularly simple solution. Two discrete values of the system eigenfrequency can be realized with little effort. If a vibration results in a system natural frequency, you can switch the reel winder to another system's own frequency and there continue to wind until, for example, there is a critical state. In this case, it is switched back again.
  • the system natural frequency is continuously variable. In this case one can avoid a critical condition continuously.
  • the natural frequency of the system can be changed by changing the roller or roller bearing.
  • the roller or roller bearings are elements of the reel winder which do not change during operation without external intervention. They are therefore available in defined states, so that this state can be changed from the outside.
  • the winding roll is mounted and the system natural frequency is variable via a change in the bobbin storage.
  • the winding roll is part of the oscillating system. While in a Doppeltragwalzenwickler, so a roll winding device in which the winding roller rests on two support rollers, a bobbin storage is usually not present, it is in a back-up roller or contact roller given. About the bobbin storage can now influence the winding roll and thus take on a component of the oscillating system.
  • the stiffness of the roller bearing is changeable. This is a relatively simple measure to change the system natural frequency of the reel winder with winding roll.
  • roller is either rigid or soft storable.
  • system natural frequency can be changed.
  • roller is mounted with a bearing which can be coupled either to a foundation or a stoma or stored on a suspension spring.
  • suspension spring is to be understood here functionally.
  • the spring can therefore also be formed by a gas spring or a hydraulic spring.
  • the soft bearing is combined with a damper.
  • a damper such as a friction damper, effectively removes energy from any possible vibration.
  • the damper has a variable damping. You can then adjust the system's own frequency also via the change in damping.
  • the damper is designed as a locking device. This can be realized for example by the fact that the damper gets such a high coefficient of friction that it no longer allows movement.
  • the damper is designed as a hydraulic damper.
  • a hydraulic damper the oscillation energy is converted into heat by flowing a hydraulic fluid back and forth. Now, if you stop this liquid flowing back and forth, the damper locks the bearing. You can now change the damping properties. This can be done, for example, by changing the flow resistance of the throttle. Another possibility is to change the viscosity of the hydraulic fluid, for example in an electrorheological oil.
  • the soft storage has a position tracking. This can hold the position of the roller despite increasing mass of the winding roll, so that a simple transition to the rigid state of the bearing is possible.
  • the position tracking can also be used to maintain the correct bias of the suspension spring according to the mass of the winding roll, so that no lowering or lifting of the roller takes place during the transition from stiff to soft.
  • the system natural frequency changing means comprises a vibration sensor.
  • the vibration sensor determines whether a vibration occurs and, if so, how big it is. If a vibration occurs or the vibration exceeds a predetermined amplitude, then the system natural frequency varying means may be actuated to change the system natural frequency.
  • the system natural frequency changing means comprises a control device in which a relationship between roll diameters and switching states is stored.
  • states ie which roll diameter and at which speed, set critical states. Now you can make the switching of the system's own frequency on reaching a corresponding time in the winding process.
  • the roller bearing has a bearing which is supported by a hydraulic cylinder, wherein the hydraulic cylinder is in communication with a pressure supply device whose pressure is variable. About the variable pressure can then change the way in which the bearing is supported by the hydraulic cylinder. At high pressure, the rigidity of the bearing is correspondingly high. At a low pressure it is correspondingly lower. This is especially true when in addition a gas volume is connected to the hydraulic fluid.
  • the pressure supply device has a pressure regulating valve.
  • a pressure control valve With a pressure control valve, the desired pressure can be easily adjusted.
  • a check valve is arranged between the pressure supply device and the hydraulic cylinder. If the hydraulic cylinder has been moved to a certain position and the check valve is closed, then the hydraulic fluid from the hydraulic cylinder can no longer escape. The bearing is then rigidly mounted, so to speak. If, however, the check valve is opened, then the hydraulic fluid in the hydraulic cylinder can be influenced by the pressure supply device, so that the bearing stiffness is lowered accordingly.
  • the hydraulic cylinder is connected via the check valve with a hydraulic accumulator.
  • the hydraulic accumulator then forms a spring, for example by means of an enclosed gas volume. So if the check valve has opened, then forms the hydraulic cylinder with the hydraulic accumulator, the above-mentioned suspension spring. When the shut-off valve is closed, the hydraulic accumulator is blocked.
  • the hydraulic cylinder is a rigid connection between the bearing and the foundation or the strangulation.
  • a throttle is arranged between the hydraulic cylinder and the hydraulic accumulator.
  • the throttle removes energy from the reciprocating hydraulic fluid and thus contributes to the damping. If you make the throttle resistance changeable, possibly also from the outside, then it is easy to change the damping.
  • a pressure control device is provided which equalizes the pressures on both sides of the check valve to each other. When switching from hard to soft then it is ensured that the storage position does not change. Overall, this can be a small working range of storage of, for example ⁇ 2 mm guaranteed.
  • the bearing has at least one movement stop. In operation, only relatively small vibrations are allowed. Larger deflections of the bearing can be avoided by the movement stop. A change of the drive shaft can thus be avoided under certain circumstances. Also on a hinged connection of the drive shaft, which allow larger movements, can be dispensed with.
  • the bearing is guided in a direction of movement. This guidance takes place in the direction of low rigidity or free movement.
  • the bearing is connected by leaf springs to a chair.
  • leaf springs have a relatively low stiffness perpendicular to their planar extent. In its planar extent, however, results in a high rigidity. Leaf springs are virtually wear-free, especially when the load is swinging.
  • the bearing is rotatably supported by a lever.
  • a small rotation about the pivot point of the lever is allowed.
  • a lever additionally allows moving apart of the rollers in a Doppeltragwalzenwickler, which is favorable, for example, with increasing winding diameter.
  • the bearing can be guided linearly. Again, it is possible to change the distance between two support rollers.
  • the rigidity of the roller can also be changed.
  • the stiffness can be changed, for example, by increasing its internal pressure or by activating or deactivating internal stiffeners.
  • a roll winding device 1 according to Fig. 1 is designed as Doppeltragwalzenwickler.
  • the roll winding device 1 has two support rollers 2, 3, which form a winding bed 4, in which a winding roller 5 is located.
  • the winding roll has a winding tube 6, on which a paper web 7 is wound.
  • the paper web 7 is unwound from a spool 8, which is rotatably mounted in a development not shown.
  • Only schematically illustrated is a guide roller 9. Depending on the desired web guide, of course, several guide rollers 9 may be present.
  • such a reel winding device is also provided with a longitudinal cutting device 10, which divides the paper web 7 into a plurality of mutually parallel partial webs.
  • the partial webs may have a width in the range of about 0.3 to 4.8 m.
  • a support roller 11 which is also referred to as a rider or load roller, presses the winding roller 5 with a predetermined force in the W i ckelbett 4.
  • the support roller 11 is used at the beginning of a winding operation to the paper web 7 as hard as possible to the winding tube 6 wrap. For this purpose, a higher force is applied. In a later section of the winding process it serves to hold the winding roll 5 in the winding bed 4, so to prevent jumping out.
  • the two support rollers 2, 3, of which at least one is driven, are mounted in bearings 12, 13.
  • the bearings 12, 13 are shown here only schematically. At least one of the two bearings 12, 13 has a variable rigidity, which is based on Fig. 2 will be explained in more detail.
  • Fig. 2 shows the bearing 12, which is not supported directly on a foundation 14, such as a hall floor, or in a chair, but via a hydraulic cylinder 15.
  • the hydraulic cylinder 15 has a piston 16 which defines a pressure chamber 17.
  • a biasing spring 18 pushes the piston 16 in a direction in which the pressure chamber 17 is minimized.
  • a movement stop 19 is arranged, which limits the movement of the piston 16 and thus the movement of the bearing 12, which is connected to the piston 16 via a rod 20.
  • a movement stop may be provided at a distance of a few millimeters, a movement stop.
  • the bearing 12 is associated with a position sensor 21, which may also be referred to as a "displacement sensor".
  • the position sensor 21 continuously detects the position of the bearing 12 and therefore is able to detect vibrations that the bearing 12 performs. If the bearing 12 vibrates, then also wears the support roller 2 carried by him.
  • the pressure chamber 17 is connected to a supply line 22.
  • a first pressure sensor 23 is arranged in a section of the supply line 22, the pressure chamber 17 with a pressure supply device 24 connects, a check valve 25 is arranged in the in Fig. 2 shown blocking position, which is effected by a spring 26, a connection between the pressure chamber 17 and the pressure supply device 24 interrupts.
  • the check valve opens, for example by means of an electromagnetic drive 27, then a connection between the pressure supply device 24 and the pressure chamber 17 is given.
  • the pressure supply device 24 has a pressure source 28, for example a pressure connection or a pump, and a pressure regulating valve 29. At the output of the pressure regulating valve 29, a second pressure sensor 30 is arranged.
  • the supply line 22 is connected on the side facing away from the pressure chamber 17 of the check valve 25 via a throttle 31 with a hydraulic accumulator 32.
  • the hydraulic accumulator acts as a hydraulic spring. It usually has a gas volume or other compressible volume.
  • the check valve 25 When the check valve 25 is open, the pressure is controlled with increasing mass of the winding roller 5 so that the position of the bearing 12 remains stationary. In this case, the position sensor 21 located on the bearing 12 is used as the error sensor.
  • the bearing 12 is guided. Possible embodiments of the bearing guides are in Fig. 3 shown.
  • Fig. 3a shows a first embodiment in which the bearing 12 is secured by leaf springs 33 to the frame 34.
  • the bearing 12 is displaced in the direction of a double arrow 35.
  • the rigidity of the leaf springs 33 is low. Accordingly, a movement is possible. Perpendicular to this results in a high stiffness.
  • the storage with leaf springs 33 is wear-free in particular with a vibrating load.
  • Fig. 3b the bearing 12 is mounted on a lever 36 which is rotatable about a pivot point 37 in the frame 34. A rotational movement about the pivot point 37 of the lever 36 is permitted. Since these are relatively small movements, see the above-mentioned ⁇ 2 mm, the movement of the bearing 12 is almost linear with respect to the stiffening.
  • Fig. 3c shows a third embodiment, in which the bearing 12 is supported by rollers 38 on the frame 34. Accordingly, the bearing 12 is also movable in the direction of a double arrow 39 relative to the frame 34. It is therefore a linear guide.
  • the switching between soft and hard storage, so switching the check valve 25, can be done either via a controller or via a control.
  • a controller can be used when it is known from a winding process, when for which switching state uncritical diameter of the winding roll 5 are present, so that can be switched according to controlled.

Landscapes

  • Winding Of Webs (AREA)
  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Replacement Of Web Rolls (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rollenwickeleinrichtung mit mindestens einer Walze, an der beim Wickeln eine Wickelrolle anliegt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Rollenwickeleinrichtung beschrieben, die eine Papierbahn zu einer Wickelrolle aufwickelt. Sie ist jedoch nicht auf diesen Anwendungszweck beschränkt.
  • Eine Papierbahn wird in relativ großer Breite von derzeit bis zu 12 m und quasi endlos hergestellt. Um für einen späteren Verbraucher verwendbar zu sein, muß die Papierbahn in schmalere Bahnen unterteilt werden. Diese schmaleren Bahnen müssen dann zu Wickelrollen aufgewickelt werden. Hierzu wird eine Rollenwickeleinrichtung verwendet.
  • Bei einigen Rollenwickeleinrichtungen, die auch als "Rollenschneider" bezeichnet werden, treten im Betrieb Probleme aufgrund starker Vibrationen auf, deren Folge schlechte Aufwicklungen, starke Beanspruchung der Maschine und der Fundamente, Verminderung der Produktionsgeschwindigkeit oder Rollenschaukeln bis hin zum Rollenauswurf sind. Bei Rollenwickeleinrichtungen suchte man nach Unwuchten in Walzen oder Wickelrollen, nach Schwingungen im Antriebs- und Regelsystem, etc. Änderungen, die in der Regel mit viel Aufwand verbunden sind, haben die Schwierigkeiten nicht vollständig beheben können.
  • US 2002/0185567 werden die Achsen der Walze und der Wickelrolle gleizeitig verlagert und die jeweiligen Verlagerungswefe der Drehachsen umgekehrt proportional zu den Massen der entsprechenden Körper gewählt. Nach dem Impulssatz ergeben sich keine Kräfte auf die Fundamente.
  • Auftretende Vibrationen mit einhergehender Unrundheitsbildung der Wickelrolle können mit der Verarbeitung bestimmter Papiersorten verbunden sein. Beispielsweise stellen das Reibverhalten oder die Papierdicke relevante Größen dar.
  • Man nimmt an, daß für die Unrundheitsbildung der Wickelrolle eine Kontaktschwingung zwischen Wickelrolle und Walze oder Walzen ursächlich ist, wobei die Walze oder Walzen und die Wickelrolle oder Teile davon, z.B. der äußere Mantel einer begrenzten Anzahl von Papierlagen, gegeneinander schwingen. Hierdurch kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau der Wickelrolle (Dichte-, Steifigkeits-, Dickenvariation, Lufteinschlüsse, sich verschiebende Papierlagen) kommen, welcher wiederum die Kontaktschwingungen verstärken kann.
  • Am Ende des Wickelprozesses werden die Wickelrollen bis zum Stillstand abgebremst. Durchläuft die Drehfrequenz der Wickelrolle die Eigenfrequenz der Schwingung des gesamten Systems, so kann ein Rollenschaukeln auftreten. Die Wickelrolle schwingt, was bis zu einem Rollenauswurf führen kann.
  • Beim Wickelprozeß auftretende Schwingungen werden in zwei Problembereiche klassifiziert, nämlich das Rollenbrummen und das Rollenschaukeln.
  • Das Rollenbrummen ist eine Kontaktschwingung zwischen der Wickelrolle und der Walze oder den Walzen, wobei bei Verwendung von mehreren Walzen, an denen die Wickelrolle anliegt, die Walzen gegeneinander schwingen können. Das Rollenbrummen kann auftreten, wenn sich eine Harmonische der Drehfrequenz der Wickelrolle oder der Wickelrollen (wenn mehrere Wickelrollen gleichzeitig gewickelt werden) im Bereich der Eigenfrequenz der Kontaktschwingung befindet.
  • Durch das Rollenbrummen kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau des Papiers in der Wickelrolle kommen, was wiederum die Kontaktschwingungen verstärken kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kritische Zustände beim Wickeln zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Rollenwickeleinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Ansatzpunkt der Erfindung ist, daß die Kontaktschwingung bei einer Harmonischen der Drehfrequenz der Wickelrolle in Verbindung mit einer Systemeigenfrequenz auftritt. Zur Vermeidung der Kontaktschwingung wird deshalb eine Änderungseinrichtung vorgesehen, mit der die Systemeigenfrequenz gezielt verändert werden kann. Die Systemfrequenz wird im Betrieb in geeigneter Weise derart verändert, daß sich die Amplitude der im Ansatz auftretenden Kontaktschwingung in der zugehörigen Harmonischen reduziert, so daß sich infolge kein weiterer ungleichmäßiger Wi-ckelaufbau mehr ausbilden kann. Tritt nun aufgrund der geänderten Systemeigenfrequenz bei einer anderen Harmonischen eine Kontaktschwingung auf, so kann die Systemeigenfrequenz erneut verschoben werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Systemeigenfrequenz zwischen mindestens zwei Werten umschaltbar ist. Dies ist eine besonders einfache Lösung. Zwei diskrete Werte der Systemeigenfrequenz lassen sich mit wenig Aufwand realisieren. Wenn sich eine Schwingung bei einer Systemeigenfrequenz ergibt, kann man die Rollenwickeleinrichtung auf eine andere Systemeigenfrequenz umschalten und dort so lange weiterwickeln, bis sich beispielsweise dort ein kritischer Zustand ergibt. In diesem Fall wird wieder zurückgeschaltet.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Systemeigenfrequenz kontinuierlich veränderbar ist. In diesem Fall kann man einen kritischen Zustand fortlaufend vermeiden.
  • Die Systemeigenfrequenz ist über eine Veränderung der Walze oder der Walzenlagerung veränderbar. Die Walze bzw. die Walzenlagerung sind Elemente der Rollenwickeleinrichtung, die sich im Betrieb ohne äußeren Eingriff nicht verändern. Sie stehen daher in definierten Zuständen zur Verfügung, so daß dieser Zustand von außen geändert werden kann.
  • Vorzugsweise ist die Wickelrolle gelagert und die Systemeigenfrequenz ist über eine Veränderung der Wickelrollen-Lagerung veränderbar. Die Wickelrolle ist ein Bestandteil des schwingenden Systems. Während bei einem Doppeltragwalzenwickler, also einer Rollenwickeleinrichtung, bei der die Wickelrolle auf zwei Tragwalzen ruht, eine Wickelrollen-Lagerung in der Regel nicht vorhanden ist, ist sie bei einem Stützwalzen- oder Kontaktwalzenwickler gegeben. Über die Wickelrollen-Lagerung kann man nun Einfluß auf die Wickelrolle und damit auf einen Bestandteil des schwingenden Systems nehmen.
  • De Steifigkeit der Walzenlagerung ist veränderbar. Dies ist eine relativ einfache Maßnahme, um die Systemeigenfrequenz der Rollenwickeleinrichtung mit Wickelrolle zu verändern.
  • In einfacher Weise läßt sich dies dadurch realisieren, daß die Walze wahlweise starr oder weich lagerbar ist. Durch eine einfache Veränderung der Lagerung läßt sich die Systemeigenfrequenz verändern.
  • Dies läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß die Walze mit einem Lager gelagert ist, das wahlweise an ein Fundament oder eine Stuhlung koppelbar oder auf einer Tragfeder lagerbar ist. Der Begriff "Tragfeder" ist hier funktional zu verstehen. Die Feder kann also auch durch eine Gasfeder oder eine hydraulische Feder gebildet sein.
  • Die weiche Lagerung ist mit einem Dämpfer kombiniert. Ein Dämpfer, beispielsweise ein Reibdämpfer, entzieht einer möglichen auftretenden Schwingung wirkungsvoll Energie.
  • Der Dämpfer weist eine veränderbare Dämpfung auf. Man kann dann die Systemeigenfrequenz auch über die Veränderung der Dämpfung verstellen.
  • Der Dämpfer ist als Verriegelungseinrichtung ausgebildet. Dies läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß der Dämpfer einen so hohen Reibwert bekommt, daß er keine Bewegung mehr zuläßt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist der Dämpfer als hydraulischer Dämpfer ausgebildet. Bei einem hydraulischen Dämpfer wird durch das Hin- und Herfließen einer hydraulischen Flüssigkeit die Schwingungsenergie in Wärme umgesetzt. Wenn man nun dieses Hin- und Herfließen der Flüssigkeit unterbindet, dann verriegelt der Dämpfer das Lager. Man kann nun die Dämpfungseigenschaften ändern. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man den Strömungswiderstand der Drossel verändert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit zu verändern, beispielsweise bei einem elektrorheologischen Öl.
  • Bevorzugterweise weist die weiche Lagerung eine Lage-nachführung auf. Diese kann trotz zunehmender Masse der Wickelrolle die Position der Walze festhalten, so daß ein einfacher Übergang in den steifen Zustand des Lagers möglich ist. Die Lagenachführung kann auch dafür genutzt werden, entsprechend der Masse der Wickelrolle die richtige Vorspannung der Tragfeder vorzuhalten, so daß beim Übergang von steif zu weich kein Absenken oder Anheben der Walze erfolgt.
  • Bevorzugterweise weist die Systemeigenfrequenz-Änderungseinrichtung einen Schwingungssensor auf. Der Schwingungssensor stellt fest, ob eine Schwingung auftritt und gegebenenfalls wie groß diese ist. Wenn eine Schwingung auftritt oder die Schwingung eine vorbestimmte Amplitude überschreitet, dann kann die System-eigenfrequenz-Änderungseinrichtung betätigt werden, um die Systemeigenfrequenz zu verändern.
  • In einer Alternative oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die Systemeigenfrequenz-Änderungseinrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, in der ein Zusammenhang zwischen Rollendurchmessern und Umschaltzuständen abgelegt ist. In vielen Fällen wird man aufgrund von Erfahrungswerten wissen, bei welchen Zuständen, also bei welchem Rollendurchmesser und bei welcher Drehzahl, sich kritische Zustände einstellen. Man kann nun bei Erreichen eines entsprechenden Zeitpunkts im Wickelverlauf die Umschaltung der Systemeigenfrequenz vornehmen.
  • Bevorzugterweise weist die Walzenlagerung ein Lager auf, das von einem Hydraulikzylinder unterstützt ist, wobei der Hydraulikzylinder mit einer Druckversorgungseinrichtung in Verbindung steht, deren Druck veränderbar ist. Über den veränderbaren Druck läßt sich dann die Art und Weise verändern, mit der das Lager durch den Hydraulikzylinder unterstützt wird. Bei einem hohen Druck ist die Steifigkeit des Lagers entsprechend hoch. Bei einem niedrigen Druck ist sie entsprechend niedriger. Dies gilt vor allem dann, wenn zusätzlich ein Gasvolumen mit der Hydraulikflüssigkeit verbunden ist.
  • Vorzugsweise weist die Druckversorgungseinrichtung ein Druckregelventil auf. Mit einem Druckregelventil läßt sich der gewünschte Druck leicht einstellen.
  • Vorzugsweise ist zwischen der Druckversorgungseinrichtung und dem Hydraulikzylinder ein Sperrventil angeordnet. Wenn der Hydraulikzylinder in eine bestimmte Stellung gefahren worden ist und das Sperrventil geschlossen wird, dann kann die Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikzylinder nicht mehr entweichen. Das Lager ist dann sozusagen starr gelagert. Wenn hingegen das Sperrventil geöffnet wird, dann kann die Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikzylinder durch die Druckversorgungseinrichtung beeinflußt werden, so daß die Lagersteifigkeit entsprechend abgesenkt wird.
  • Vorzugsweise ist der Hydraulikzylinder über das Sperrventil mit einem Hydrospeicher verbunden. Der Hydrospeicher bildet dann eine Feder, beispielsweise mit Hilfe eines eingeschlossenen Gasvolumens. Wenn also das Sperrventil geöffnet hat, dann bildet der Hydraulikzylinder mit dem Hydrospeicher die obengenannte Tragfeder. Wenn das Sperrventil geschlossen ist, ist der Hydrospeicher gesperrt. In diesem Fall stellt der Hydraulikzylinder eine starre Verbindung zwischen dem Lager und dem Fundament oder der Stuhlung dar.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Hydrospeicher eine Drossel angeordnet. Die Drossel entzieht der hin- und herfließenden Hydraulikflüssigkeit Energie und trägt damit zur Dämpfung bei. Wenn man den Drosselwiderstand veränderbar macht, gegebenenfalls auch von außen, dann läßt sich auf einfache Weise die Dämpfung verändern.
  • Vorzugsweise ist eine Drucksteuereinrichtung vorgesehen, die die Drücke auf beiden Seiten des Sperrventils aneinander angleicht. Beim Umschalten von hart auf weich ist dann gewährleistet, daß sich die Lagerposition nicht ändert. Insgesamt kann hierdurch ein geringer Arbeitsbereich der Lagerung von beispielsweise ± 2 mm gewährleistet werden.
  • Bevorzugterweise weist das Lager mindestens einen Bewegungsanschlag auf. Im Betrieb sind nur relativ kleine Schwingungen zugelassen. Größere Auslenkungen des Lagers können durch den Bewegungsanschlag vermieden werden. Eine Änderung derAntriebswelle kann damit unter Umständen vermieden werden. Auch auf eine gelenkige Anbindung der Antriebswelle, die größere Bewegungen zuließe, kann damit verzichtet werden.
  • Bevorzugterweise ist das Lager in einer Bewegungsrichtung geführt. Diese Führung erfolgt in Richtung der geringen Steifigkeit bzw. der freien Bewegung.
  • In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Lager über Blattfedern an einer Stuhlung angebunden ist. Blattfedern haben senkrecht zu ihrer flächigen Erstreckung eine relativ geringe Steifigkeit. In ihrer flächigen Erstreckung ergibt sich hingegen eine hohe Steifigkeit. Blattfedern sind insbesondere bei schwingender Belastung praktisch verschleißfrei.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß das Lager über einen Hebel drehbar gelagert ist. Eine kleine Drehbewegung um den Drehpunkt des Hebels ist zulässig. Ein Hebel ermöglicht zusätzlich ein Auseinanderfahren der Walzen bei einem Doppeltragwalzenwickler, was beispielsweise mit zunehmendem Wickeldurchmesser günstig ist.
  • Schließlich kann das Lager linear geführt sein. Auch hier ist es möglich, den Abstand von zwei Tragwalzen zu verändern.
  • Zur Beeinflussung der Systemeigenfrequenz kann auch die Steifigkeit der Walze veränderbar sein. Die Steifigkeit kann beispielsweise dadurch geändert werden, daß ihr Innendruck erhöht wird oder daß innere Versteifungen aktiviert oder deaktiviert werden.
  • Auch ist es möglich, die Masse der Walze zu verändern. Dies läßt sich beispielsweise dadurch realisieren, daß man eine Flüssigkeit in die Walze einleitet oder aus ihr entfernt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Rollenwickeleinrichtung,
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Änderung einer Systemeigenfrequenz und
    Fig. 3
    verschiedene Möglichkeiten für eine Lagerführung.
  • Eine Rollenwickeleinrichtung 1 nach Fig. 1 ist als Doppeltragwalzenwickler ausgebildet. Die Rollenwickeleinrichtung 1 weist zwei Tragwalzen 2, 3 auf, die ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine Wickelrolle 5 liegt. Die Wickelrolle weist eine Wickelhülse 6 auf, auf die eine Papierbahn 7 aufgewickelt wird. Die Papierbahn 7 wird von einem Tambour 8 abgewickelt, der in einer nicht näher dargestellten Abwicklung drehbar gelagert ist. Nur schematisch dargestellt ist eine Leitwalze 9. In Abhängigkeit von der gewünschten Bahnführung können natürlich mehrere Leitwalzen 9 vorhanden sein.
  • Üblicherweise ist eine derartige Rollenwickeleinrichtung auch noch mit einer Längsschneideinrichtung 10 versehen, die die Papierbahn 7 in mehrere parallel zueinander laufende Teilbahnen unterteilt. Die Teilbahnen können eine Breite im Bereich von etwa 0,3 bis 4,8 m aufweisen.
  • Eine Stützwalze 11, die auch als Reiter- oder Belastungswalze bezeichnet wird, drückt die Wickelrolle 5 mit einer vorbestimmten Kraft in das W i-ckelbett 4. Die Stützwalze 11 dient zu Beginn eines Wickelvorgangs dazu, die Papierbahn 7 möglichst hart um die Wickelhülse 6 zu wickeln. Hierzu wird eine höhere Kraft aufgebracht. In einem späteren Abschnitt des Wickelvorgangs dient sie dazu, die Wickelrolle 5 im Wickelbett 4 festzuhalten, also ein Herausspringen zu verhindern.
  • Die beiden Tragwalzen 2, 3, von denen mindestens eine angetrieben ist, sind in Lagern 12, 13 gelagert. Die Lager 12, 13 sind hier lediglich schematisch dargestellt. Mindestens eines der beiden Lager 12, 13 weist eine veränderbare Steifigkeit auf, was anhand von Fig. 2 näher erläutert werden wird.
  • Fig. 2 zeigt das Lager 12, das nicht direkt auf einem Fundament 14, beispielsweise einem Hallenboden, oder in einer Stuhlung abgestützt ist, sondern über einen Hydraulikzylinder 15. Der Hydraulikzylinder 15 weist einen Kolben 16 auf, der einen Druckraum 17 begrenzt. Eine Vorspannfeder 18 drückt den Kolben 16 in eine Richtung, in der der Druckraum 17 minimiert ist. Im Druckraum 17 ist ein Bewegungsanschlag 19 angeordnet, der die Bewegung des Kolbens 16 und damit die Bewegung des Lagers 12, das mit dem Kolben 16 über eine Stange 20 verbunden ist, begrenzt. Auch für die andere Bewegungsrichtung des Kolbens 16 kann in einer Entfernung von einigen Millimetern ein Bewegungsanschlag vorgesehen sein.
  • Dem Lager 12 ist ein Positionssensor 21 zugeordnet, der auch als "Wegsensor" bezeichnet werden kann. Der Positionssensor 21 ermittelt fortlaufend die Position des Lagers 12 und ist daher in der Lage, Schwingungen zu erfassen, die das Lager 12 durchführt. Wenn das Lager 12 schwingt, dann schwingt auch die von ihm getragene Tragwalze 2.
  • Der Druckraum 17 ist mit einer Zuführleitung 22 verbunden. In der Zuführleitung 22 ist ein erster Drucksensor 23 angeordnet. In einem Abschnitt der Zuführleitung 22, die den Druckraum 17 mit einer Druckversorgungseinrichtung 24 verbindet, ist ein Sperrventil 25 angeordnet, das in der in Fig. 2 dargestellten Sperrposition, die durch eine Feder 26 bewirkt wird, eine Verbindung zwischen dem Druckraum 17 und der Druckversorgungseinrichtung 24 unterbricht. Wenn das Sperrventil öffnet, beispielsweise mit Hilfe eines elektromagnetischen Antriebs 27, dann ist eine Verbindung zwischen der Druckversorgungseinrichtung 24 und dem Druckraum 17 gegeben.
  • Die Druckversorgungseinrichtung 24 weist eine Druckquelle 28, beispielsweise einen Druckanschluß oder eine Pumpe, und ein Druckregelventil 29 auf. Am Ausgang des Druckregelventils 29 ist ein zweiter Drucksensor 30 angeordnet.
  • Die Zuführleitung 22 ist auf der dem Druckraum 17 abgewandten Seite des Sperrventils 25 über eine Drossel 31 mit einem Hydrospeicher 32 verbunden. Der Hydrospeicher wirkt als hydraulische Feder. Er weist üblicherweise ein Gasvolumen oder ein anderes kompressibles Volumen auf. Wenn das Sperrventil 25, wie dargestellt, geschlossen ist, ergibt sich eine hohe Steifigkeit der Lagerung. Die Lagerung ist annähernd so steif, wie bei einer heute üblichen festen Anschraubung an einer Stuhlung. Der Hydraulikzylinder kann natürlich auch an einer Stuhlung statt am Fundament 14 befestigt sein.
  • Ist das Sperrventil 25 hingegen geöffnet, so ergibt sich durch den angekoppelten Hydrospeicher 32 eine deutlich reduzierte Lagersteifigkeit. Über die Größe des Hydrospeichers 32 kann die Steifigkeit eingestellt bzw. angepaßt werden. Die Drossel 31 ermöglicht eine optimierte Dämpfung der sich ergebenden niedrigeren Eigenfrequenz.
  • Bei geöffnetem Sperrventil 25 wird der Druck bei zunehmender Masse der Wickelrolle 5 so geregelt, daß die Position des Lagers 12 ortsfest bleibt. Als Fehlersensor wird hierbei der am Lager 12 befindliche Positionssensor 21 verwendet.
  • Wenn das Sperrventil 25 geschlossen ist, dann wird der Druck des Hydrospeichers 32 mit Hilfe des zweiten Drucksensors 30 geregelt an den Druck im Druckraum 17, der durch den ersten Drucksensor 23 ermittelt wird, angepaßt. Beim Umschalten von hart auf weich, also beim Umschalten des Sperrventils 25, ist somit gewährleistet, daß sich die Position des Lagers 12 nicht ändert.
  • Insgesamt kann hierdurch ein geringer Arbeitsbereich der Lagerung, z.B. ± 2 mm, gewährleistet werden. Größere Auslenkungen des Lagers 12 können sicher durch Anschläge, beispielsweise den Anschlag 19, vermieden werden. Dieser Arbeitsbereich bezieht sich auf die Walze insgesamt. Der Unterschied in der Position der Lager an beiden axialen Enden der Walze muß natürlich wesentlich geringer sein, beispielsweise weniger als 0,1 mm betragen, damit die Wickelrolle nicht aus der Vorrichtung läuft.
  • Das Lager 12 ist geführt. Mögliche Ausführungsformen der Lagerführungen sind in Fig. 3 dargestellt.
  • Fig. 3a zeigt eine erste Ausgestaltung, bei der das Lager 12 über Blattfedern 33 an der Stuhlung 34 befestigt ist. Das Lager 12 ist dabei in Richtung eines Doppelpfeils 35 verlagerbar. In Richtung dieses Doppelpfeils 35 ist die Steifigkeit der Blattfedern 33 niedrig. Dementsprechend ist eine Bewegung möglich. Senkrecht dazu ergibt sich eine hohe Steifigkeit. Die Lagerung mit Blattfedern 33 ist insbesondere bei einer schwingenden Belastung verschleißfrei.
  • In Fig. 3b ist das Lager 12 an einem Hebel 36 gelagert, der um einen Drehpunkt 37 in der Stuhlung 34 drehbar ist. Eine Drehbewegung um den Drehpunkt 37 des Hebels 36 ist zulässig. Da es sich hierbei um relativ kleine Bewegungen handelt, siehe die obengenannten ± 2 mm, ist die Bewegung des Lagers 12 gegenüber der Stuhlung nahezu linear.
  • Fig. 3c zeigt eine dritte Ausgestaltung, bei der das Lager 12 über Rollen 38 an der Stuhlung 34 abgestützt ist. Dementsprechend ist das Lager 12 ebenfalls in Richtung eines Doppelpfeils 39 gegenüber der Stuhlung 34 bewegbar. Es handelt sich also um eine Linearführung.
  • Das Hin- und Herschalten zwischen weicher und harter Lagerung, also das Umschalten des Sperrventils 25, kann wahlweise über eine Steuerung oder über eine Regelung erfolgen.
  • Eine Steuerung kann eingesetzt werden, wenn aus einem Wickelprozeß bekannt ist, wann für welchen Schaltzustand unkritische Durchmesser der Wickelrolle 5 vorliegen, so daß entsprechend gesteuert umgeschaltet werden kann.
  • Läßt sich ein solcher Zusammenhang nicht genau erfassen, weil z.B. die unkritischen Bereiche für die Schaltzustände sich über den gesamten Wickelprozeß nicht überall überschneiden, so kann über geeignete Sensoren, beispielsweise den Positionssensor 21, der Schwingungszustand erkannt und von diesem abhängig das Umschalten zwischen den einzelnen Lagerzuständen geregelt ausgelöst werden.

Claims (25)

  1. Rollenwickeleinrichtung mit mindestens einer wahlweise starr oder weich lagerbaren Walze, an der beim Wickeln eine Wickelrolle anliegt, wobei eine Systemeigenfrequenz-Änderungseinrichtung (100) vorgesehen ist, mit der eine Systemeigenfrequenz eines aus Rollenwickeleinrichtung (1) und Wickelrolle (5) gebildeten Systems veränderbar ist, und wobei die weiche Lagerung mit einem Dämpfer (15, 31) kombiniert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Dämpfer (15, 31) als Verriegelungseinrichtung ausgebildet ist.
  2. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemeigenfrequenz zwischen mindestens zwei Werten umschaltbar ist.
  3. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemeigenfrequenz kontinuierlich veränderbar ist.
  4. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemeigenfrequenz über eine Veränderung der Walze (2, 3) oder der Walzenlagerung (12, 13) veränderbar ist.
  5. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelrolle (5) gelagert ist und die Systemeigenfrequenz über eine Veränderung der Wickelrollen-Lagerung veränderbar ist.
  6. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Walzenlagerung (12, 13) veränderbar ist.
  7. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze mit einem Lager gelagert ist, das wahlweise an ein Fundament (14) oder eine Stuhlung koppelbar oder auf einer Tragfeder lagerbar ist.
  8. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (15, 31) eine veränderbare Dämpfung aufweist.
  9. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (15, 31) als hydraulischer Dämpfer ausgebildet ist.
  10. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weiche Lagerung eine Lagenachführung aufweist.
  11. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemeigenfrequenz-Änderungseinrichtung (100) einen Schwingungssensor (21) aufweist.
  12. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemeigenfrequenz-Änderungseinrichtung (100) eine Steuereinrichtung aufweist, in der ein Zusammenhang zwischen Rollendurchmessern und Umschaltzuständen abgelegt ist.
  13. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager der Walzenlagerung von einem Hydraulikzylinder (15) unterstützt ist, wobei der Hydraulikzylinder (15) mit einer Druckversorgungseinrichtung (24) in Verbindung steht, deren Druck veränderbar ist.
  14. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgungseinrichtung (24) ein Druckregelventil (29) aufweist.
  15. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckversorgungseinrichtung (24) und dem Hydraulikzylinder (15) ein Sperrventil (25) angeordnet ist.
  16. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (15) über das Sperrventil (25) mit einem Hydrospeicher (32) verbunden ist.
  17. Rollenwickeleinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hydraulikzylinder (15) und dem Hydrospeicher (32) eine Drossel (31) angeordnet ist.
  18. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksteuereinrichtung (23, 30) vorgesehen ist, die die Drücke auf beiden Seiten des Sperrventils (25) aneinander angleicht.
  19. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12, 13) mindestens einen Bewegungsanschlag (19) aufweist.
  20. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12, 13) in einer Bewegungsrichtung geführt ist.
  21. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12, 13) über Blattfedern (33) an einer Stuhlung (34) angebunden ist.
  22. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12, 13) über einen Hebel (36) drehbar gelagert ist.
  23. Rollenwickeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12, 13) linear geführt ist.
  24. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Walze (2, 3) veränderbar ist.
  25. Rollenwickeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Walze (2, 3) veränderbar ist.
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