EP1873099B1 - Walze zum Führen und Breitstrecken von Bandmaterial - Google Patents

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EP1873099B1
EP1873099B1 EP06013510A EP06013510A EP1873099B1 EP 1873099 B1 EP1873099 B1 EP 1873099B1 EP 06013510 A EP06013510 A EP 06013510A EP 06013510 A EP06013510 A EP 06013510A EP 1873099 B1 EP1873099 B1 EP 1873099B1
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EP
European Patent Office
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roller
bearing
axle
fact
force transducer
Prior art date
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EP06013510A
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French (fr)
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EP1873099A1 (de
Inventor
Karl-Heinrich Wenk
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Applied Materials GmbH and Co KG
Original Assignee
Applied Materials GmbH and Co KG
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Priority to EP06013510A priority patent/EP1873099B1/de
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Priority to CNA2007101260487A priority patent/CN101096248A/zh
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    • B65H20/00—Advancing webs
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    • B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/02—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely
    • B65H23/022—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely by tentering devices
    • B65H23/025—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely by tentering devices by rollers

Definitions

  • the invention relates to a roller for guiding and spreading of strip material in a winding device, preferably for a device for continuously coating the strip material, with a plurality of roll bodies rotatably mounted on a roll axis, wherein the roll axis of both ends in each case a clamping bearing can be fixed.
  • Rolls of this type also called spreader rolls, extend over thin webs or strips of, for example, paper, plastic or metal, transversely to the conveying direction and thus serve for smoothing and wrinkle-free guiding of this strip material.
  • Winding devices with such spreader rolls are used in particular in film strip coating systems for continuous steaming or sputtering of Fo Kunststoffer selectedn- and webs in vacuum, where it depends on particularly smooth and wrinkle-free guidance and uniform tension of the film.
  • the spreader rolls are therefore usually connected upstream of a treatment or coating station.
  • the stretching action transversely to the conveying direction of the film web is achieved by a curved along the roll axis contour of the lateral surface of the spreader roll, which results from the individual on the roll axis juxtaposed roll bodies, wherein the spreading effect in cooperation with the wrap angle of the film web to the contour of the spreader roll and the tensile stress of the film web can be influenced.
  • a spreader roll is known in which a plurality of cylindrical roller bodies are arranged on a straight roll axis, wherein only the central roll body is mounted parallel to the longitudinal axis of the roll axis and all other roll bodies are mirror-symmetrically adjustable at an angle to the longitudinal axis of the roll axis.
  • spreader rolls having a non-straight roll axis are known from two roll axis sections which are coupled together at an obtuse angle to their longitudinal axes.
  • roller shaft sections On these roller shaft sections are arranged on both sides of the coupling point a plurality of rolling bearings rotatably arranged roller bodies together, wherein the lateral surfaces of the roller body are cylindrical or frusto-conical and the shell diameter of the adjacent roller body pass continuously.
  • driven spreader rollers are known in which the roller bodies are connected to one another and are driven by an external motor at one end of the spreader roller.
  • the individual roller bodies are moved by the film web drawn over the spreader roller.
  • the detection of the pressure force for example, by means of the two-sided Storage of the tension measuring roll on load cells, as in DE 41 31 760 A1 describe or by means of the bearing of the tension measuring roll on bending beam with strain gauges, as described in the DE 36 09 623 A1 ,
  • the tension acting on the film web is kept constant at a specific desired value via, for example, a web guide for controlling a roller drive or a roller brake device.
  • Winding devices according to this prior art require a high design cost and considerable space requirements for a high-quality web guide in particular thin films.
  • the sections for the film treatment and film coating processes should be provided with increasingly more space within the film strip coating plant.
  • the invention is therefore based on the object to improve the generically known spreader roller to the effect that the space required and the design complexity of the winding device is reduced.
  • a force transducer for measuring the tensile force of the strip material is integrated in at least one clamping bearing of the roller.
  • This integration of a Werner rollers in at least one of the clamping bearing designed especially for Dünnstfolien spreader roller two functions are accomplished with a roller, namely the spreading as well as the tension measurement, whereby the spreader roller associated Wermesswalze can be omitted, so that a corresponding space savings within the system and also results in a reduction of the manufacturing costs.
  • the clamping bearing have resilient bearing receptacles which are perpendicular to the longitudinal axis of the roll axis with the roll axis in an operative connection, wherein at least one resilient bearing receptacle is designed as a force transducer.
  • the elastic bearing receptacles of the clamping bearings assigned to the two ends of the roller axle permit an axis-parallel deflection of the spreader roller perpendicular to its longitudinal axis due to the web tension of the removed film web which produces a resultant deflection force perpendicular to the longitudinal axis of the roller axle.
  • this resulting deflection force is directed in the direction of the bisecting line of the wrap angle. This deflection force is absorbed as deformation stress of the frame-fixed anchored elastic bearing receptacles of the clamping bearing.
  • this deformation stress which is proportional to the web tensile force, is measured by a force sensor integrated in the force transducer.
  • This tensile force measurement can therefore be exerted on the spreader roll without adversely affecting the function of spreading.
  • the function of the previously separately executed Buchmesswalze is transferable to the spreader roll.
  • both resilient bearing mounts are designed as a force transducer, because in this way the measurement of the deflection forces differentiated and thus more accurate.
  • the measured values of the force sensors can subsequently enter into the web tension control as individual values or as mean values, depending on requirements and application.
  • the spring-elastic bearing receptacle and / or the force transducer is arranged substantially longitudinally extended to the roll axis.
  • This design of the spreader roll according to the invention is characterized by a particularly space-saving and efficient construction for detecting the web tension.
  • the spring-elastic bearing receptacle or the force transducer Aligned in the longitudinal extent to the roll axis, is as a connected to the clamping bearing bending beam designed.
  • the bending beam designed as a force transducer takes on the resulting deflection force acting perpendicular to the longitudinal axis of the spreader roller as a bending strain, which in turn can be measured by the integrated force sensor as tensile or compressive force.
  • This elongated to the roll axis design of the bearing support or the force transducer allows a slim design of the clamping bearing of the spreader roll according to the invention, without that elements of the bearing structure project beyond the cladding diameter of the spreader roll. In this way, a combined spreader and tension measuring roller can be realized as a particularly compact unit.
  • the force transducer is arranged between an axle-side clamping bush of the clamping bearing and a frame-fixed clamping bush of the clamping bearing, wherein a force-absorbing end of the force transducer is assigned to the axle-side clamping bush.
  • the axle-side clamping bush engages on the one hand, the end of the roll axis and on the other hand the freely movable, force-absorbing end of the force transducer.
  • the roll axis is rotatably mounted relative to the force transducer.
  • the deflection forces acting perpendicular to the longitudinal axis of the spreader roller as a result of the web tension of the film web slight torques are also exerted on the roll axis of the spreader roll by the spreading and the film conveyance via the spreader roll.
  • the associated rotational forces are not transmitted to the load cell, which receives the deflection forces of the roll axis.
  • this prevents the force transducer from being deformed or twisted in an undesired direction, and consequently the measuring direction of its force sensor is not aligned exactly with the direction of the resulting deflection force, which falsifies the measurement results of the web tensile force.
  • the elimination of the rotational force components from the deflection forces acting on the force transducer leads to a higher measuring accuracy of the force sensor with regard to the web tensile force.
  • the force transducer is connected to the axle-side clamping bush via a self-aligning ball bearing, the measuring accuracy of the web tension is further improved.
  • the self-aligning ball bearing has due to its special structural design under the rolling bearings over an axial angular mobility with low friction.
  • the self-aligning ball bearing is largely insensitive to possible misalignments of the roll axis and the axle-side clamping bush with respect to the bearing axis of the self-aligning ball bearing. By non-uniform web tensile forces along the spreader roll, for example, slight, variable misalignments of the roll axis are caused.
  • the frame-fixed clamping bush of a clamping bearing on an elastic rotation of the rotatably mounted roll axis causes a positional fixation of the roll axis in a defined angle of rotation to the frame of the winding device without hindering the flexible support of the roll axis in operative connection with the spring-elastic bearing receptacle or the force transducer.
  • This positional fixing allows the use according to the invention of in particular spreader rolls with non-straight roll axes as a combined spreader and tension measuring roll.
  • this non-straight roll axis necessitates a certain angular extent of the roll axis relative to the plane of the sheet passed over the spreader roll for effective spreading.
  • the roll axis In this angular position, the roll axis must be fixed against rotation, which can be realized by an anti-rotation, which blocks the rotation of the roll axis.
  • the elasticity of the anti-rotation device according to the invention ensures that the deflection forces acting perpendicular to the roll axis can be transferred to the spring-elastic bearing mounts or to the force transducers unhindered and thus the measurement of the web tension is not prevented by the anti-twist device.
  • a structurally very practical embodiment of the anti-rotation device according to the invention is an elastic sleeve, which is connected on the one hand with the axle-side clamping bush and on the other hand with the frame-fixed clamping bush.
  • the cuff comprises the resilient bearing receptacle or the force transducer, which is mounted between the axle-side clamping bush and the frame-fixed clamping bush, without contact, wherein its elasticity allows the deflection forces acting on the spring-elastic bearing receptacles or on the load cells to pass unhindered.
  • the roll axis can be fixed in different rotational angle positions, in particular not straight roll axes can be adjusted by turning and fixing their axial position into different contour-forming positions relative to the plane of the sheet web guided over the spreader roll.
  • the contour of the spreader roller in relation to the film web and consequently the spreading effect on the film web can be influenced.
  • the spreader roll can for example be adapted to the material properties of different film webs or to different angles of wrap of the film webs, while the web tension measurement in any case unhindered and immutable is feasible.
  • the measuring direction of the force transducer can be adapted to different directions of the resulting deflection force, which develop at a plant-specific variable wrap angle of the film strips or webs around the spreader roll.
  • the measuring direction of the load sensor integrated force sensor can be exactly matched with the respective direction of the resulting deflection force, so that even with variable wrap angle of the combined spreader and metering through the film web, the tensile measurement can be done optimally.
  • a clamping bearing is designed as an axial fixed bearing and the other clamping bearing as an axial floating bearing. This design allows thermally induced expansions of the roll axis of the spreader roll in its longitudinal extent, without any displacement forces acting in the longitudinal direction of the roll axis on the clamping bearing, respectively on the force transducer and can distort the resulting deflection force to be measured.
  • the spreader roll 1 consists, as seen Fig. 1 and 2 can be seen, from a roll axis 2, on which a plurality of cylindrical roller body 3, for example, metal by means of rolling bearings 4 are mounted rotatably about the longitudinal axis 5 of the roll axis 2.
  • a roll axis 2 on which a plurality of cylindrical roller body 3, for example, metal by means of rolling bearings 4 are mounted rotatably about the longitudinal axis 5 of the roll axis 2.
  • the roll axis 2 with the roll bodies 3 is in Fig. 1 and 2 shortened for the sake of simplicity. Both ends of the roller shaft 2 are clamped in each case an axle-side clamping bushing 9,10 of the clamping bearing 7,8.
  • a longitudinal axis 5 of the roller shaft 2 elongated force transducer 13, 14 is arranged as a bending beam, wherein a force-absorbing, freely movable measuring head 15, 16 of both force transducers 13 , 14 in each case in the axle-side clamping bush 9,10 is mounted and the measuring head 15,16 opposite end of the force transducer 13,14 each fixed in the frame-fixed clamping bush 11,12 is clamped.
  • a self-aligning ball bearing 17,18 is provided for the storage of the measuring head 15,16 of the force transducer 13,14 in the axle-side clamping bush 9,10 each a self-aligning ball bearing 17,18 is provided.
  • Each force transducer 13, 14 is aligned in its frame-fixed clamping bush 11, 12 in such a rotational angle to the roll axis 2 that the measuring direction of the integrated force sensor (not shown) coincides with the direction of the resulting deflection force F 12 .
  • a marking 19,20 on the force transducer 13,14 points to the measuring direction of the force sensor.
  • the force sensor measures the deflection force F 12 as a measure of the web tension F 1 , F 2 and provides the measurement signal for forwarding to a web guide, not shown, for controlling a constant tension.
  • the measuring heads 15, 16 remain free of rotational forces, so that only the deflection force F 12 resulting from the web tensile force F 1 , F 2 is detected by the respective force sensor.
  • the roll axis 2 is formed slightly curved in the middle according to the embodiment, which in the Fig. 1-3 not shown.
  • This type of spreader roll 1 with a non-straight roll axis 2 requires a rotational angle-dependent installation position of the roll axis 2 for a certain expander effect of the guided over the spreader roll 1, for this purpose, the elastic sleeve 21 is provided as rotation of the roll axis 2, on the one hand with an axle-side clamping bushing and on the other hand connected to the associated frame-fixed clamping bush 11 of the clamping bearing 7 and thus fixes the roll axis 2 in a certain angular position.
  • the distance of the sleeve 21 to the force transducer 13 and its bending elasticity allows unimpeded deflection of the roll axis 2 with the axle-side clamping bushing 9 in the direction of the resulting deflection force F 12 and thus ensures error-free measurement of the resulting deflection force F 12 as a measure of the web tensile force F 1 , F 2 ,
  • the axle-side clamping bush 10 of the other clamping bearing 8 is axially displaceable in the direction of the longitudinal axis 5 relative to the self-aligning ball bearing 18, which is supported by the measuring head 16.
  • the measuring head 16 of the fixed force in the frame clamping bush 12 force transducer 14 is fixed in the axial direction.
  • this clamping bearing 8 is formed as a floating bearing. Displacement forces in the longitudinal direction 5 of the roll axis 2 due to thermal expansion are thus not transferred to the measuring heads 15,16 of the force transducer 13,14.
  • a combined spreader and tension measuring roll 1 is realized in a compact, space-saving unit with low constructional outlay while realizing a high measuring accuracy of the tensile force measurement.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walze zum Führen und Breitstrecken von Bandmaterial in einer Wickeleinrichtung, vorzugsweise für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten des Bandmaterials, mit mehreren auf einer Walzenachse drehbar gelagerten Walzenkörpern, wobei die Walzenachse beiden Endes in je einem Klemmlager fixierbar ist.
  • Walzen dieser Art, auch Breitstreckwalzen genannt, strecken darüber hinweggeführte dünne Bahnen oder Bänder aus beispielsweise Papier, Kunststoff oder Metall quer zur Förderrichtung breit und dienen damit der Glättung und faltenfreien Führung dieses Bandmaterials. Wickeleinrichtungen mit derartigen Breitstreckwalzen werden insbesondere in Folienbandbeschichtungsanlagen zum kontinuierlichen Bedampfen oder Besputtem von Foliebändern- und -bahnen im Vakuum angewendet, wobei es auf besonders glatte und faltenfreie Führung und gleichmäßige Zugspannung der Folie ankommt. Die Breitstreckwalzen sind daher in der Regel einer Behandlungs- bzw. Beschichtungsstation vorgeschaltet.
  • Die Streckwirkung quer zur Förderrichtung der Folienbahn wird durch eine längs zur Walzenachse gewölbte Kontur der Mantelfläche der Breitstreckwalze erzielt, die sich aus den einzelnen auf der Walzenachse aneinander gereihten Walzenkörpern ergibt, wobei die Breitstreckwirkung im Zusammenwirken mit dem Umschlingungswinkel der Folienbahn um die Kontur der Breitstreckwalze und der Zugspannung der Folienbahn beeinflussbar ist.
  • Zur Verwirklichung dieser gewölbten Kontur der Mantelfläche der Breitstreckwalze sind eine Reihe verschiedener Konstruktionen bekannt. So beschreiben die US 3 951 480 A , US 3 804 473 A und die US 3 666 049 jeweils eine Breitstreckwalze mit einem in Längsrichtung gekrümmten Rohrbogen als Walzenachse, auf dem mittels einzelner Wälzlager mehrere zylindrische Walzenkörper mit gleichgroßem Manteldurchmesser drehbar gelagert sind, die zur Abdichtung der Zwischenräume durch einen flexiblen Schlauch umgeben sind.
  • Bei anderen Konstruktionen von Breitstreckwalzen, wie zum Beispiel nach der EP 0 829 654 A2 , sind auf einer durchgehend geraden Walzenachse kegelstumpfförmige Walzenkörper mit vom Walzenende kontinuierlich ansteigenden oder abnehmenden Manteldurchmessern aneinander gereiht, die jeweils mittels einzelner Wälzlager unabhängig voneinander auf der Walzenachse drehbar gelagert sind.
  • Aus der DE 41 26 535 C2 ist eine Breitstreckwalze bekannt, bei der auf einer geraden Walzenachse mehrere zylindrische Walzenkörper angeordnet sind, wobei lediglich der mittlere Walzenkörper parallel zur Längsachse der Walzenachse gelagert ist und alle weiteren Walzenköper in einem Winkel zur Längsachse der Walzenachse spiegelsymmetrisch einstellbar sind.
  • Darüber hinaus sind aus der EP 1 591 392 A1 , die den nächstliegenden Stand der Technik offenbart Breitstreckwalzen mit einer nicht geraden Walzenachse aus zwei Walzenachsenabschnitten bekannt, die in einem stumpfen Winkel zu ihren Längsachsen aneinandergekuppelt sind. Auf diesen Walzenachsenabschnitten sind beiderseits der Kupplungsstelle mehrere auf Wälzlagern drehbar angeordnete Walzenkörper aneinander gereiht, wobei die Mantelflächen der Walzenkörper zylinderförmig oder kegelstumpfförmig sind und die Manteldurchmesser der benachbarten Walzenkörper stufenlos übergehen.
  • Hinsichtlich des Antriebes der Walzenkörper sind angetriebene Breitstreckwalzen bekannt, bei denen die Walzenkörper miteinander verbunden sind und an einem Ende der Breitstreckwalze durch einen externen Motor angetrieben werden. Bei den passiven Breitstreckwalzen werden die einzelnen Walzenkörper durch die über die Breitstreckwalze gezogene Folienbahn bewegt.
  • Eine wirksame Breitstreckung und eine stabile, faltenfreie Führung der Folienbahnen durch die Folienbandbeschichtungsanlage erfordert gleichzeitig eine konstante Zugspannung der geführten Folie ohne dass dabei die Folienbahn reißt, was durch im Stand der Technik bekannte Zugmesswalzen überwacht wird, die in der Wickeleinrichtung als zusätzliche Messeinrichtungen auch der Breitstreckwalze beigeordnet sind. Diese Zugmesswalze erfasst eine senkrecht zur Längsachse der Zugmesswalze wirkende Bahnzugkraft der darüber hinweggeführten Foliebahn als Druckkraft auf den oder die Zugmesswalzenkörper oder auf die Lager der Zugmesswalze. Die Erfassung der Druckkraft erfolgt beispielsweise mittels der beidseitigen Lagerung der Zugmesswalze auf Kraftmessdosen, wie in der DE 41 31 760 A1 beschreiben, oder mittels der Lagerung der Zugmesswalze auf Biegebalken mit Dehnungsmessstreifen, so beschrieben in der DE 36 09 623 A1 . Entsprechend der von den Kraftmessdosen oder Dehnungsmessstreifen erfassten Werte der Druckkraft wird die auf die Foliebahn einwirkende Zugspannung über beispielsweise einen Bahnlaufregler für die Ansteuerung eines Walzenantriebes oder einer Walzenbremseinrichtung auf einen bestimmten Sollwert konstant gehalten.
  • Wickeleinrichtungen nach diesem Stand der Technik erfordern für eine qualitativ hochwertige Bahnführung insbesondere dünner Folien einen hohen konstruktiven Aufwand und erheblichen Platzbedarf. Daneben soll nach den neuesten Technologien zur Mehrfachbehandlung dünnster Folien den Sektionen für die Folienbehandlungs- und Folienbeschichtungsvorgänge zunehmend mehr Raum innerhalb der Folienbandbeschichtungsanlage zur Verfügung gestellt sein.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäß bekannte Breitstreckwalze dahingehend zu verbessern, dass der Platzbedarf und der konstruktive Aufwand der Wickeleinrichtung reduziert wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung durch die Merkmale in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind.
  • Nach Maßgabe der Erfindung ist in wenigstens einem Klemmlager der Walze ein Kraftaufnehmer zur Messung der Zugkraft des Bandmaterials integriert. Durch diese Integration eines Zugmesssensors in mindestens einem der Klemmlager einer insbesondere für Dünnstfolien ausgelegten Breitstreckwalze werden zwei Funktionen mit einer Walze bewerkstelligt, nämlich die Breitstreckung wie auch die Zugmessung, wodurch die der Breitstreckwalze zugeordnete Zugmesswalze entfallen kann, so dass sich eine entsprechende Platzeinsparung innerhalb der Anlage und auch eine Reduzierung der Herstellkosten ergibt.
  • Des weiteren ist es vorteilhaft, dass die Klemmlager federelastische Lageraufnahmen aufweisen, die mit der Walzenachse in einer Wirkverbindung senkrecht zur Längsachse der Walzenachse stehen, wobei mindestens eine federelastische Lageraufnahme als Kraftaufnehmer ausgebildet ist.
  • Die den beiden Enden der Walzenachse zugeordneten federelastischen Lageraufnahmen der Klemmlager erlauben eine achsparallele Auslenkung der Breitstreckwalze senkrecht zu ihrer Längsachse aufgrund der Bahnzugkraft der hinweggeführten Foliebahn, die eine resultierende Auslenkkraft senkrecht zur Längsachse der Walzenachse erzeugt. Entsprechend des gewählten Umschlingungswinkels der Folienbahn um die Breitstreckwalze ist diese resultierende Auslenkkraft in Richtung der Winkelhalbierenden des Umschlingungswinkels gerichtet. Diese Auslenkkraft wird als Verformungsspannung von den gestellfest verankerten elastischen Lageraufnahmen der Klemmlager aufgenommen. Mittels der als Kraftaufnehmer ausgebildeten federelastischen Lageraufnahme wird diese Verformungsspannung, die sich proportional zur Bahnzugkraft verhält, durch einen im Kraftaufnehmer integrierten Kraftsensor gemessen. Diese Zugkraftmessung lässt sich mithin an der Breitstreckwalze ausüben, ohne die Funktion der Breitstreckung nachteilig zu beeinflussen. Somit ist die Funktion der bisher gesondert ausgeführten Zugmesswalze auf die Breitstreckwalze übertragbar.
  • Sofern die Auslenkkräfte infolge veränderlicher Folienzugspannung beiden Endes der Breitstreckwalze unterschiedlich sind, ist es vorteilhaft, wenn beide federelastischen Lageraufnahmen als Kraftaufnehmer ausgebildet sind, weil hierdurch die Messung der Auslenkkräfte differenzierter und damit genauer erfolgt. Die Messwerte der Kraftsensoren können nachfolgend je nach Bedarf und Anwendungsfall als Einzelwerte oder als Mittelwerte in die Bahnzugregelung eingehen.
  • In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist die federelastische Lageraufnahme und/oder der Kraftaufnehmer im Wesentlichen längserstreckt zur Walzenachse angeordnet. Diese Gestaltung der erfindungsgemäßen Breitstreckwalze zeichnet sich durch eine besonders platzsparende und effiziente Konstruktion zur Erfassung der Bahnzugkraft aus. In Längserstreckung zur Walzenachse ausgerichtet, ist die federelastische Lageraufnahme bzw. der Kraftaufnehmer als ein mit dem Klemmlager verbundener Biegebalken gestaltet. Dabei nimmt der als Kraftaufnehmer ausgeführte Biegebalken die senkrecht zur Längsachse der Breitstreckwalze wirkende resultierende Auslenkkraft als Biegeverformungsspannung auf, die wiederum vom integrierten Kraftsensor als Zug- bzw. Druckkraft messbar ist.
  • Diese zur Walzenachse längserstreckte Gestaltung der Lageraufnahme bzw. des Kraftaufnehmers ermöglicht eine schlanke Konstruktion der Klemmlager der erfindungsgemäßen Breitstreckwalze, ohne dass Elemente der Lagerkonstruktion den Manteldurchmesser der Breitstreckwalze überragen. Auf diese Weise ist eine kombinierte Breitstreck- und Zugmesswalze als besonders kompakte Einheit realisierbar.
  • In einer speziellen Ausführungsform ist der Kraftaufnehmer zwischen einer achsseitigen Klemmbuchse des Klemmlagers und einer gestellfesten Klemmbuchse des Klemmlagers angeordnet, wobei ein kraftaufnehmendes Ende des Kraftaufnehmers der achsseitigen Klemmbuchse zugeordnet ist. In die achsseitige Klemmbuchse greift einerseits das Ende der Walzenachse ein und andererseits das freibewegliche, kraftaufnehmende Ende des Kraftaufnehmers. Damit wird die auf die Walzenachse wirkende Auslenkkraft unmittelbar am freibeweglichen Ende des Kraftaufnehmers aufgenommen, also auf einem kurzen, kraftübertragenden Weg, wodurch die Messung der Auslenkkraft als Maß der Bahnzugkraft sensibler und genauer ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Walzenachse gegenüber dem Kraftaufnehmer drehbar gelagert. Neben den senkrecht zur Längsachse der Breitstreckwalze wirkenden Auslenkkräften infolge der Bahnzugkraft der Folienbahn werden durch die Breitstreckung und die Folienförderung über die Breitstreckwalze auch geringfügige Drehmomente auf die Walzenachse der Breitstreckwalze ausgeübt. Mit Hilfe der drehbaren Lagerung der Walzenachse werden die damit verbundenen Drehkräfte nicht auf den Kraftaufnehmer, der die Auslenkkräfte der Walzenachse aufnimmt, übertragen. Einerseits wird damit verhindert, dass sich der Kraftaufnehmer in eine ungewünschte Richtung verformt oder verdreht und folglich die Messrichtung seines Kraftsensors nicht exakt zur Richtung der resultierenden Auslenkkraft ausgerichtet ist, was die Messergebnisse der Bahnzugkraft verfälscht. Andererseits führt die Eliminierung der Drehkraftkomponenten aus den auf den Kraftaufnehmer wirkenden Auslenkkräften zu einer höheren Messgenauigkeit des Kraftsensors hinsichtlich der Bahnzugkraft.
  • Ist der Kraftaufnehmer über ein Pendelkugellager mit der achsseitigen Klemmbuchse verbunden, wird die Messgenauigkeit der Bahnzugkraft weiter verbessert. Das Pendelkugellager verfügt aufgrund seiner besonderen konstruktiven Gestaltung unter den Wälzlagern über eine axiale Winkelbeweglichkeit bei gleichzeitig geringer Reibung. Somit ist das Pendelkugellager weitestgehend unempfindlich gegenüber möglichen Schiefstellungen der Walzenachse bzw. der achsseitigen Klemmbuchse in Bezug auf die Lagerachse des Pendelkugellagers. Durch ungleichmäßig wirkende Bahnzugkräfte längs der Breitstreckwalze werden beispielsweise geringfügige, veränderliche Schiefstellungen der Walzenachse hervorgerufen. Bei der Verwendung von Breitstreckwalzen mit nicht geraden Walzenachsen besteht bereits eine konstruktiv bedingte, geringfügige Neigung der Walzenachse zur Lagerachse des Pendelkugellagers. Mittels des Pendelkugellagers werden die aus der Schiefstellung bzw. Neigung der Walzenachse resultierenden Kraftkomponenten weitestgehend kompensiert und als Störfaktor bei der stationären Messung der bahnzugrelevanten Auslenkkräfte im Kraftaufnehmer ausgeschaltet.
  • In einer besonderen Ausführungsform weist die gestellfeste Klemmbuchse eines Klemmlagers eine elastische Verdrehsicherung der drehbar gelagerten Walzenachse auf. Die elastische Verdrehsicherung bewirkt eine Lagefixierung der Walzenachse in einem definierten Drehwinkel zum Gestell der Wickeleinrichtung ohne die flexible Lagerung der Walzenachse in Wirkverbindung zur federelastischen Lageraufnahme bzw. zum Kraftaufnehmer zu behindern. Diese Lagefixierung ermöglicht den erfindungsgemäßen Einsatz von insbesondere Breitstreckwalzen mit nicht geraden Walzenachsen als kombinierte Breitstreck- und Zugmesswalze. Die Krümmung oder Neigung dieser nicht geraden Walzenachse macht für eine wirksame Breitstreckung eine bestimmte Drehwinkelstellung der Walzenachse im Verhältnis zur Ebene der über die Breitstreckwalze hinweggeführten Folienbahn erforderlich. In dieser Drehwinkelstellung muss die Walzenachse verdrehfest fixierbar sein, was durch eine Verdrehsicherung, die die Drehung der Walzenachse sperrt, realisierbar ist. Die erfindungsgemäße Elastizität der Verdrehsicherung gewährleistet gleichzeitig, dass die senkrecht zur Walzenachse wirkenden Auslenkkräfte ungehindert auf die federelastischen Lageraufnahmen bzw. auf die Kraftaufnehmer übertragen werden können und somit die Messung der Bahnzugkraft nicht durch die Verdrehsicherung unterbunden wird.
  • Eine konstruktiv sehr praktikable Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung ist eine elastische Manschette, die einerseits mit der achsseitigen Klemmbuchse und andererseits mit der gestellfesten Klemmbuchse verbunden ist. Die Manschette umfasst die zwischen der achsseitigen Klemmbuchse und der gestellfesten Klemmbuchse lagernde federelastische Lageraufnahme bzw. den Kraftaufnehmer berührungslos, wobei ihre Elastizität die auf die federelastischen Lageraufnahmen bzw. auf die Kraftaufnehmer einwirkenden Auslenkkräfte ungehindert zulässt.
  • Ist die Walzenachse in verschiedenen Drehwinkelstellungen fixierbar, können insbesondere nicht gerade Walzenachsen durch Verdrehen und Fixieren ihrer Achslage in verschiedene konturbildende Stellungen relativ zur Ebene der über die Breitstreckwalze hinweggeführten Folienbahn eingestellt werden. Somit ist die Kontur der Breitstreckwalze im Verhältnis zur Folienbahn und folglich die Breitstreckwirkung auf die Folienbahn beeinflussbar. Ebenso kann die Breitstreckwalze beispielsweise auf die Materialeigenschaften verschiedener Foliebahnen oder an verschiedene Umschlingungswinkel der Folienbahnen angepasst werden, während die Bahnzugmessung in jedem Falle ungehindert und unveränderlich durchführbar ist.
  • Ist die Anordnung des Kraftaufnehmers in der gestellfesten Klemmbuchse in einem Drehwinkel zur Walzenachse verstellbar, kann die Messrichtung des Kraftaufnehmers an verschiedene Richtungen der resultierenden Auslenkkraft angepasst werden, die sich bei einem anlagenspezifisch veränderlichen Umschlingungswinkel der Folienbänder oder -bahnen um die Breitstreckwalze herausbilden. Die Messrichtung des im Kraftaufnehmer integrierten Kraftsensors kann so exakt mit der jeweiligen Richtung der resultierenden Auslenkkraft in Übereinstimmung gebracht werden, so dass auch bei veränderlichem Umschlingungswinkel der kombinierten Breitstreck- und Zumesswalze durch die Folienbahn die Zugmessung optimal erfolgen kann.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Klemmlager als axiales Festlager und das andere Klemmlager als axiales Loslager ausgebildet ist. Diese Gestaltung lässt thermisch bedingte Ausdehnungen der Walzenachse der Breitstreckwalze in ihrer Längserstreckung zu, ohne dass Verschiebekräfte in Längsrichtung der Walzenachse auf die Klemmlager, respektive auf die Kraftaufnehmer wirken und die zu messende resultierende Auslenkkraft verfälschen können.
  • Die erfindungsgemäße Breitstreckwalze wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in einer schematischen Darstellung in
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Breitstreckwalze entlang der Schnittlinie A-A,
    Fig. 2
    einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Breitstreckwalze entlang der Schnittlinie B-B,
    Fig. 3
    die erfindungsgemäße Breitstreckwalze in perspektivischer Ansicht in ihrer Einbaulage,
    Fig. 4
    die erfindungsgemäße Breitstreckwalze in einer sinnbildlichen Querschnittsdarstellung.
  • Die erfindungsgemäße Breitstreckwalze 1 nach dem Ausführungsbeispiel besteht, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, aus einer Walzenachse 2, auf der mehrere zylindrische Walzenkörper 3 aus beispielsweise Metall mittels Wälzlager 4 drehbar um die Längsachse 5 der Walzenachse 2 gelagert sind. Über die Walzenkörper 3 wird eine zu streckende und zu messende Folienbahn 6 hinweg gezogen, wobei sich die Walzenkörper 3 drehen (vgl. Fig. 3). Die Walzenachse 2 mit den Walzenkörpern 3 ist in Fig. 1 und 2 der Einfachheit halber verkürzt dargestellt. Beide Enden der Walzenachse 2 sind in je einer achsseitigen Klemmbuchse 9,10 der Klemmlager 7,8 verspannt. Zwischen den achsseitigen Klemmbuchsen 9,10 und den gestellfesten Klemmbuchsen 11,12 der Klemmlager 7,8 ist jeweils ein zur Längsachse 5 der Walzenachse 2 längserstreckter Kraftaufnehmer 13,14 als Biegebalken angeordnet, wobei ein kraftaufnehmender, frei beweglicher Messkopf 15,16 beider Kraftaufnehmer 13,14 jeweils in der achsseitigen Klemmbuchse 9,10 gelagert ist und das dem Messkopf 15,16 gegenüberliegende Ende des Kraftaufnehmers 13,14 jeweils fest in der gestellfesten Klemmbuchse 11,12 eingespannt ist. Für die Lagerung des Messkopfes 15,16 des Kraftaufnehmers 13,14 in der achsseitigen Klemmbuchse 9,10 ist jeweils ein Pendelkugellager 17,18 vorgesehen. Über diese Pendelkugellager 17,18 ist auch die mit den achsseitigen Klemmbuchsen 9,10 verspannte Walzenachse 2 drehbar gelagert. Infolge der Bahnzugkraft F1, F2 der über die Breitstreckwalze 1 hinweggeführten Folienbahn 6 wird die Walzenachse 2 achsparallel und senkrecht zu ihrer Längsachse 5 in Richtung der resultierenden Auslenkkraft F12 ausgelenkt, wie in Fig. 3 und 4 verdeutlicht. Entsprechend des Umschlingungswinkels α der Folienbahn 6 um die Breitstreckwalze 1 in ihrer Einbaulage ist die resultierende Auslenkkraft F12 in Richtung der Winkelhalbierenden des Umschlingungswinkels α gerichtet. Jeder Kraftaufnehmer 13,14 ist in seiner gestellfesten Klemmbuchse 11,12 in einem solchen Drehwinkel zur Walzenachse 2 ausgerichtet, dass die Messrichtung des integrierten Kraftsensors (nicht dargestellt) mit der Richtung der resultierenden Auslenkkraft F12 übereinstimmt. Eine Markierung 19,20 auf dem Kraftaufnehmer 13,14 weist auf die Messrichtung des Kraftsensors hin. Der Kraftsensor misst die Auslenkkraft F12 als Maß der Bahnzugkraft F1, F2 und stellt das Messsignal zur Weiterleitung an einen nicht dargestellten Bahnlaufregler zur Regelung einer konstanten Zugspannung bereit. Mittels der drehbaren Lagerung der Walzenachse 2 über die Pendelkugellager 17,18 bleiben die Messköpfe 15,16 frei von Drehkräften, so dass ausschließlich die aus der Bahnzugkraft F1, F2 resultierende Auslenkkraft F12 vom jeweiligen Kraftsensor erfasst wird.
  • Die Walzenachse 2 ist nach dem Ausführungsbeispiel mittig geringfügig gekrümmt ausgebildet, was in den Fig. 1-3 nicht dargestellt ist. Diese Art der Breitstreckwalze 1 mit nicht gerader Walzenachse 2 erfordert für eine bestimmte Breitstreckwirkung der über die Breitstreckwalze 1 geführten Foliebahn 6 eine drehwinkelabhängige Einbaulage der Walzenachse 2. Hierfür ist die elastische Manschette 21 als Verdrehsicherung der Walzenachse 2 vorgesehen, die einerseits mit einer achsseitigen Klemmbuchse 9 und andererseits mit der zugehörigen gestellfesten Klemmbuchse 11 des Klemmlagers 7 verbunden ist und somit die Walzenachse 2 in einer bestimmten Drehwinkelstellung fixiert. Die Distanz der Manschette 21 zum Kraftaufnehmer 13 und ihre Biegeelastizität ermöglicht eine ungehinderte Auslenkung der Walzenachse 2 mit der achsseitigen Klemmbuchse 9 in Richtung der resultierenden Auslenkkraft F12 und gewährleistet somit eine fehlerfreie Messung der resultierenden Auslenkkraft F12 als Maß der Bahnzugkraft F1, F2.
  • Die achsseitige Klemmbuchse 10 des anderen Klemmlagers 8 ist gegenüber dem Pendelkugellager 18, das vom Messkopf 16 getragen wird, axial in Richtung der Längsachse 5 verschiebbar. Der Messkopf 16 des in der gestellfesten Klemmbuchse 12 fixierten Kraftaufnehmers 14 ist in axialer Richtung festgelegt. Damit ist dieses Klemmlager 8 als ein Loslager ausgebildet. Verschiebekräfte in Längsrichtung 5 der Walzenachse 2 infolge thermischer Ausdehnung werden somit nicht auf die Messköpfe 15,16 der Kraftaufnehmer 13,14 übertragen.
  • Nach diesem Ausführungsbeispiel wird erfindungsgemäß eine kombinierte Breitstreck- und Zugmesswalze 1 in einer kompakten, platzsparenden Einheit mit geringem konstruktivem Aufwand unter Realisierung einer hohen Messgenauigkeit der Zugkraftmessung verwirklicht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Breitstreckwalze
    2
    Walzenachse
    3
    zylindrischer Walzenkörper
    4
    Wälzlager
    5
    Längsachse der Walzenachse
    6
    Folienbahn
    7
    Klemmlager
    8
    Klemmlager
    9
    achsseitige Klemmbuchse
    10
    achsseitige Klemmbuchse
    11
    gestellfeste Klemmbuchse
    12
    gestellfeste Klemmbuchse
    13
    längserstreckter Kraftaufnehmer, Biegebalken
    14
    längserstreckter Kraftaufnehmer, Biegebalken
    15
    Messkopf des Kraftaufnehmers
    16
    Messkopf des Kraftaufnehmers
    17
    Pendelkugellager
    18
    Pendelkugellager
    19
    Markierung des Kraftaufnehmers
    20
    Markierung des Kraftaufnehmers
    21
    elastische Manschette, Verdrehsicherung
    F1, F2
    Bahnzugkraft der Folienbahn
    F12
    resultierende Auslenkkraft
    α
    Umschlingungswinkel der Folienbahn

Claims (11)

  1. Walze zum Führen und Breitstrecken von Bandmaterial in einer Wickeleinrichtung, vorzugsweise für eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten des Bandmaterials, mit mehreren auf einer Walzenachse drehbar gelagerten Walzenkörpern, wobei die Walzenachse beiden Endes in je einem Klemmlager fixierbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens in ein Klemmlager (7,8) ein Kraftaufnehmer (13,14) zur Messung der Zugkraft des Bandmaterials integriert ist.
  2. Walze nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Klemmlager (7,8) federelastische Lageraufnahmen aufweisen, die mit der Walzenachse (2) in einer Wirkverbindung senkrecht zur Längsachse (5) der Walzenachse (2) stehen, wobei mindestens eine federelastische Lageraufnahme als Kraftaufnehmer (13,14) ausgebildet ist.
  3. Walze nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass die federelastische Lageraufnahme und/oder der Kraftaufnehmer (13,14) im Wesentlichen längs erstreckt zur Walzenachse (2) angeordnet ist.
  4. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kraftaufnehmer (13,14) zwischen einer achsseitigen Klemmbuchse (9,10) des Klemmlagers (7,8) und einer gestellfesten Klemmbuchse (11,12) des Klemmlagers (7,8) angeordnet ist, wobei ein kraftaufnehmendes Ende (15,16) des Kraftaufnehmers (13,14) der achsseitigen Klemmbuchse (9,10) zugeordnet ist.
  5. Walze nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Walzenachse (2) gegenüber dem Kraftaufnehmer (13,14) drehbar gelagert ist.
  6. Walze nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kraftaufnehmer (13,14) über ein Pcndelkugellager (17,18) mit der achsseitigen Klemmbuchse (9,10) verbunden ist.
  7. Walze nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die gestellfeste Klemmbuchse (11) eines Klemmlagers (7) eine elastische Verdrehsicherung (21) der drehbar gelagerten Walzenachse (2) aufweist.
  8. Walze nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verdrehsicherung (21) eine elastische Manschette (21) ist, die einerseits mit der achsseitigen Klemmbuchse (9) und andererseits mit der gestellfesten Klemmbuchse (11) verbunden ist.
  9. Walze nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Walzenachse (2) in verschiedenen Drehwinkelstellungen fixierbar ist.
  10. Walze nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anordnung des Kraftaufnehmers (13,14) in der gestellfesten Klemmbuchse (11,12) in einem Drehwinkel zur Walzenachse (2) verstellbar ist.
  11. Walze nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Klemmlager (7) als axiales Festlager und das andere Klemmlager (8) als axiales Loslagcr ausgebildet ist.
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