EP1905712B1

EP1905712B1 - Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn

Info

Publication number: EP1905712B1
Application number: EP07117097A
Authority: EP
Inventors: Rolf Dr. Van Haag; Alexander Klupp; Manfred Dr. Mager; Josef Nelles; Christian Pringal; Jürgen Wolf
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: EP1905712A2; EP1905712A3; ATE532726T1; DE102006046683A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse zu einer Wickelrolle, an der beim Wickeln eine in einem Walzenlager gelagerte Walze anliegt, wobei das Walzenlager über ein Dämpfungsmittel mit einer Abstützung verbunden ist, das einen Zylinder und einen darin angeordneten Kolben aufweist, der den Zylinder in zwei mit einem ERF-Fluid gefüllte Druckräume unterteilt, wobei der Kolben mit den Walzenlagern und der Zylinder mit der Abstützung in Verbindung steht.
Eine Materialbahn, beispielsweise in Form einer 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 Materialbahn in schmalere Bahnen unterteilt werden. Diese schmaleren Materialbahnen müssen dann zu Wickelrollen aufgewickelt werden. Hierzu wird eine Wickelmaschine verwendet.
Bei einigen Wickelmaschinen, die auch als "Rollenwickeleinrichtungen" oder "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.
Auftretende Vibrationen mit einhergehender Unrundheitsbildung der Wickelrolle können mit der Verarbeitung bestimmter Materialbahnsorten verbunden sein. Beispielsweise stellen das Reibverhalten oder die Materialbahndicke 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, zum Beispiel der äußere Mantel einer begrenzten Anzahl von Materialbahnlagen, gegeneinander schwingen. Hierdurch kann es zu einem ungleichförmigen Aufbau der Wickelrolle (Dichte-, Steifigkeits-, Dickenvariation, Lufteinschlüsse, sich verschiebende Materialbahnlagen) 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 der Materialbahn in der Wickelrolle kommen, was wiederum die Kontaktschwingungen verstärken kann.
Aus der DE 10 2004 062 890 A1 ist eine Rollenwickelvorrichtung bekannt, die zur Umgehung kritischer Wickelphasen eine Systemänderungseinrichtung vorsieht, mittels der die Eigenfrequenz des am Wickelprozess beteiligten Schwingungssystems, also insbesondere den Trag- beziehungsweise Stützwalzen und den sich bindenden Wickelrollen, rasch änderbar ist.
Aus der De 103 20 005 B3 ist ein Schwingungsdämpfer mit feldkraftabhängig regelbarer Dämpfkraft bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine hinsichtlich ihrer Dämpfung verbesserte Wickelmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Rollenwickelvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Druckräume über eine Verbindungsstrecke verbunden sind, wobei mehrere, vorzugsweise vier ERF-Einheiten in der Verbindungsstrecke vorgesehen sind, die in einer Vollbrückenschaltung geschaltet sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Mit einem derartigen Dämpfungsmittel ist es möglich, bei einer nennenswerten Lagerbewegung, wie sie bei einem Schwingungszustand der Walze auftritt, geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskräfte an die Walze einzuleiten. Die Dämpfung ist umso größer, je stärker die Schwingung ist, also ein Effekt, der gewünscht ist. Natürlich lässt sich eine derartige Ausbildung auch dann realisieren, wenn bei dem Dämpfungsmittel der Zylinder mit dem Walzenlager und der Kolben mit der Abstützung verbunden ist.
Die Verwendung mindestens einer ERF-Einheit mit einem speziellen ERF-Fluid bei Nutzung des so genannten ERF-Effekts zeichnet sich überdies durch höchste Dynamik und verschleißfreie Bauteile aus. Der ERF-Effekt führt zu einer Änderung der Viskosität des ERF-Fluids. Die Viskositätsänderung erfolgt stetig, ist reversibel und sehr schnell. Bei einer geeigneten Gestaltung der ERF-Einheit kann mit diesem Effekt ein hydraulischer Volumenstrom geregelt werden.
Bei den heute verfügbaren ERF-Fluiden handelt es sich um Silikonöl, in dem Polyurethanpartikel dispergiert sind. Die Fließeigenschaften von ERF-Fluiden können unter dem Einfluss eines elektrischen Felds stufenlos und reversibel verändert werden.
Dabei ist es vorgesehen, dass mehrere, vorzugsweise vier ERF-Einheiten in der Verbindungsstrecke vorgesehen sind, die in einer Vollbrückenschaltung geschaltet sind. So kann ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder im Sinne eines 4/3-Wegeventils beispielsweise in Kraft-, Weg- oder Dehnungsregelung betrieben werden, was in Sachen der vorliegenden Verwendung in einer Wickelmaschine sehr vorteilhaft ist. Auf Grund der Anordnung und Funktion der ERF-Einheiten ergeben sich einige zusätzliche Möglichkeiten bei der Ansteuerung der Ventilbrücke:

Der Sollwert kann ausgehend von den voll gesperrten Ventilen ausgeprägt werden oder aber ausgehend vom maximalen Durchfluss. Damit wird ein Druckstoß, der bei servohydraulischen Systemen auftreten kann, vermieden.
Die Ventilüberschreitung kann im Betrieb beliebig eingestellt werden. Ventilüberschneidung bedeutet, dass zum Beispiel im gewünschten Umkehrpunkt in zwei Zylinderkammern ERF-Fluid gefördert wird. Damit kann die Kompressibilität des ERF-Fluids und deren Massenträgheit "kompensiert" werden. Ziel ist, dadurch die erreichbaren Bewegungsfrequenzen zu erhöhen.

Die ERF-Einheit weist bevorzugt eine Betriebsspannung im Bereich von 1 bis 10 kV, vorzugsweise von 2 bis 6 kV und eine sehr niedrige Betriebsleistung auf. Dadurch halten sich auch die Betriebskosten einer ERF-Einheit bei ordnungsgemäßem Gebrauch in vertretbaren Grenzen. Mit zunehmender Betriebsspannung bzw. Feldstärke an der ERF-Einheit nimmt die scheinbare Viskosität des ERF-Fluids im elektrischen Feld zu und der Volumenstrom ab. Bei einer ausreichend hohen Betriebsspannung stehen die Druckkräfte am Spalteingang den Schubkräften des ERF-Effekts zwischen Aktorwandung und ERF-Fluid im Gleichgewicht. Der Volumenstrom beträgt dann 0, der ERF-Aktor ist gesperrt.
Weiterhin kann die ERF-Einheit bevorzugt in einer Flachspalt- oder Ringspaltausführung mit einer jeweiligen Spaltweite im Bereich von 0,3 bis 3,0 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 mm realisiert sein. Neben dieser Spaltweite ist auch die Spaltlänge ein wesentliches Merkmal für die bereits genannten Eigenschaften einer ERF-Einheit.
Die ERF-Einheit kann überdies in einer Integral- oder Differenzialbauweise ausgeführt sein. Bei der Integralbauweise werden die ERF-Ventile in das Gehäuse des ERF-Aktors eingebaut. Hierbei kann es erforderlich werden, jeweils ein ERF-Ventil in mehrere parallele Ringspalte aufzuteilen, um den Anforderungen an die Bauform sowie den notwendigen Volumenströmen gerecht zu werden. Die Differenzialbauweise hingegen teilt das ERF-Ventil und den ERF-Aktor in einzelne Bauteile. Die ERF-Ventile können direkt am Zylinder montiert werden oder separiert werden und zum Beispiel über Röhre hydraulisch verbunden werden. Dies ist allerdings bei hochdynamischen ERF-Einheiten nicht empfehlenswert, da durch die zusätzlichen Flüssigkeitsvolumina und die hydraulischen Kapazitäten ein Teil der optimalen Leistungsfähigkeit verloren geht.
Um den betrieblichen Systemanforderungen vollauf gerecht zu werden, weist das ERF-Fluid vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von 110 bis 10⁶ mPas bei 20 °C auf.
In weiterer Ausführung sind die beiden Druckräume des Zylinders zusätzlich durch eine Druckausgleichsdrossel miteinander verbunden. Eine derartige Druckausgleichsdrossel vermeidet einen Ruck der Walze und erlaubt einen statischen Druckausgleich, der beispielsweise aufgrund des wachsenden Eigengewichts der Wickelrolle notwendig werden kann.
Im Allgemeinen ist die Druckausgleichsdrossel vorzugsweise im Kolben des Zylinders angeordnet. Die Druckausgleichsdrossel kann sehr klein gehalten werden, so dass außerhalb des Dämpfungsmittels kein zusätzlicher Platz erforderlich ist. Undichtigkeiten, die beim Anschließen der Druckausgleichsdrossel entstehen können, können zuverlässig vermieden werden.
Vorteilhafterweise ist in der Verbindungsstrecke ein Schaltventil angeordnet, mit dem die Verbindungsstrecke unterbrechbar ist. Das Schaltventil kann, wenn es betätigt wird, den Durchfluss von ERF-Fluid von einem Druckraum zum anderen durch die Verbindungsstrecke blockieren. Damit wird der Kolben zwischen den beiden Druckräumen eingespannt, so dass sich eine "harte" Lagerung der Walze ergibt. Sollte es also beim gedämpften Betrieb, bei dem der Kolben ERF-Fluid zwischen den beiden Druckräumen hin und her fördern kann, also des Basisbetriebsmodus, der Rollenwickeleinrichtung zu selbst erregten Schwingungen kommen, dann kann die Lagersteifigkeit der Walze durch eine Unterbrechung der Verbindungsstrecke zwischen den beiden Zylinderräumen sehr schnell verändert werden. Durch das Absperren der Verbindungsstrecke wird die dämpfende Wirkung des Dämpfungsmittels abgeschaltet und das in den Druckräumen eingespannte ERF-Fluid wirkt wie eine steife Tragwalzenlagerung. Dadurch verändern sich die Eigenfrequenz des Systems aus Walze und Wickelrolle und damit auch der Rückkopplungsmechanismus von welligen Wickelrollen an der Walze.
Ferner weist der Kolben in beiden Druckräumen bevorzugt gleich große Druckangriffsflächen auf. Damit wird bei einer Hin- und Herbewegung immer das gleiche Volumen an ERF-Fluid in beiden Bewegungsrichtungen gefördert. Man verändert das zur Aufnahme des ERF-Fluid notwendige Volumen nicht. Ein externer Speicher ist also unnötig. Die gleich großen Druckangriffsflächen kann man beispielsweise dadurch erzeugen, dass man den Kolben nicht nur auf einer Seite, sondern auf beiden Seiten mit einer Kolbenstange versieht und die nicht mit der Walzenlagerung verbundene Kolbenstange ungenutzt lässt, beispielsweise in eine Blindbohrung im Zylinder führt, die abgedichtet ist.
Die beiden Druckräume sind weiterhin in bevorzugter Ausführungsform mit einer Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung verbunden. Mit Hilfe der Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung lässt sich ein permanenter Strom von ERF-Fluid durch die beiden Druckräume erzeugen, jedenfalls dann, wenn die Verbindungsstrecke noch durchlässig ist oder wenn jeder Druckraum getrennt mit der Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung verbunden ist. Damit lassen sich über die Zeit konstante Dämpfungseigenschaften erzielen.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung eine Temperiereinrichtung aufweist. Der Strömungswiderstand, dem sich das ERF-Fluid ausgesetzt sieht, ist unter anderem von der Viskosität und damit von der Temperatur des ERF-Fluids abhängig. Wenn man die Temperatur des ERF-Fluids immer auf einem weitgehend konstanten Wert lässt, dann hat man im Betrieb immer konstante oder gleichartige Dämpfungseigenschaften, unabhängig davon, ob die Rollenwickeleinrichtung erst kurz läuft oder schon länger in Betrieb ist.
Ferner kann das Walzenlager über eine Feder mit der Abstützung verbunden sein. Eine derartige Feder erscheint zunächst widersinnig, weil sie die Schwingungsneigung der Walze fördert. Da aber das Dämpfungsmittel vorhanden ist, kann man durch eine Kombination aus Dämpfungsmittel und Feder das Aufschwingen der Walze in bestimmten Frequenzbereichen zuverlässig verhindern. Die Feder ist überdies vorzugsweise parallel zum Dämpfungsmittel angeordnet, da hierdurch ein ideales Wirken etwaiger Kräfte gegeben ist.
Hierbei ist bevorzugt, dass die Feder durch eine Federschwinge gebildet ist. Eine derartige Feder ist relativ steif. Sie ist praktisch einstückig mit einem Maschinengestell verbunden, so dass hier im Grunde keine weiteren Wartungsarbeiten notwendig sind.
Alternativ dazu kann das Walzenlager auch an einem Gelenkarm gelagert sein, der durch ein Federelement an der Abstützung abgestützt ist. In diesem Fall ergibt sich die gleiche Wirkung.
Auch ist von Vorteil, wenn zwei Walzen mit Walzenlagern vorgesehen sind, die jeweils über ein Dämpfungsmittel mit der Abstützung verbunden sind, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die schwingungsabhängig die Durchlässigkeit der Verbindungsstrecke der einen ERF-Einheit oder der anderen ERF-Einheit oder beider ERF-Einheiten verändert. Mit anderen Worten kann man die Lagersteifigkeit einer Walze oder beider Walzen verändern, wenn dies zum Bekämpfen von Eigenschwingungen erforderlich sein sollte.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigen

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Wickelmaschine;
Figur 2: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Dämpfungsmittels; und
Figur 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Dämpfungsmittels.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Wickelmaschine 1, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Tragwalzen-Wickelmaschine ausgeführt ist. Die Wickelmaschine 1 weist dementsprechend zwei Tragwalzen 2, 3 auf, die zwischen sich ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine Wickelrolle 5 angeordnet ist. Die Wickelrolle 5 ist hier mit unterschiedlich großen Durchmessern dargestellt, um den Fortschritt, also die Durchmesserzunahme, beim Wickeln sichtbar zu machen.
Nicht dargestellt ist eine Materialbahn, die auf die Wickelrolle 5 aufgewickelt wird, oder eine Vorratsstation, von der die Materialbahn abgezogen wird. Diese Elemente sind bei einer Wickelmaschine an sich bekannt.
Abweichend von der Ausgestaltung der Figur 1 kann die nachfolgend erläuterte Idee auch bei einer so genannten Stütz- oder Kontaktwalzen-Wickelmaschine verwendet werden, bei der die Wickelrolle 5 jeweils nur an einer Walze anliegt, im übrigen aber zentrisch gehalten wird.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Wickelmaschine können in Axialrichtung der beiden Tragwalzen 2, 3 gesehen mehrere Wickelrollen 5 axial hintereinander im Wickelbett 4 angeordnet sein. Bei einem Stütz- oder Kontaktwalzenwickler werden zweckmäßigerweise die einzelnen Wickelrollen 5 dann auf beiden Seiten der entsprechenden Walze verteilt.
Üblicherweise ist eine derartige Wickelmaschine 1 auch noch mit einer Längsschneideinrichtung versehen, die die zulaufende Materialbahn in mehrere parallel zueinander laufende Teilbahnen unterteilt. Die Teilbahnen können eine Breite im Bereich von etwa 0,3 bis 4,8 m aufweisen.
Nähere Einzelheiten einer Wickelmaschine, wie beispielsweise eine Stützwalze, die auch als Reiter- oder Belastungswalze bezeichnet wird, oder Antriebsmotoren für die Tragwalzen 2, 3 sind hier nicht dargestellt.
Die beiden Tragwalzen 2, 3 sind in Walzenlagern 6, 7 drehbar gelagert. Natürlich ist an dem anderen axialen Ende der beiden Tragwalzen 2, 3 eine entsprechende Anordnung mit Walzenlagern vorgesehen.
Das Walzenlager 6 ist auf einer Federschwinge 8 und das Walzenlager 7 ist auf einer Federschwinge 9 gelagert. Die beiden Federschwingen 8, 9 sind mit einem Maschinengestell (Abstützung) 10 verbunden. Sie bilden relativ steife Federn, auf denen die Walzenlager 6, 7 abgestützt sind.
Anstelle der in der Figur 1 dargestellten Federschwinge, die auch als "Biegeschwinge" bezeichnet werden kann und die in die Stuhlung oder das Maschinengestell 10 integriert ist, kann man auch in einer abweichenden Ausgestaltung einen Gelenkarm verwenden, der gelenkig am Maschinengestell 10 befestigt ist, wobei der Gelenkarm dann über eine Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder, am Maschinengestell 10 abgestützt ist.
Zwischen der Federschwinge 8, 9 und dem Maschinengestell 10 ist jeweils ein Dämpfungsmittel 11, 12 angeordnet. Beide Dämpfungsmittel 11, 12 sind mit einer Steuereinrichtung 13 verbunden. Die Steuereinrichtung 13 wiederum ist mit Schwingungssensoren 14, 15 verbunden, die jeweils eine Schwingung des Walzenlagers 6 beziehungsweise 7 erfassen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, auch aktiv im System auftretende Schwingungen zu dämpfen, das heißt man gibt Druckimpulse auf die Dämpfungsmittel 11, 12 entgegengesetzt den Schwingungen des Systems.
Die Funktionsweise der Steuereinrichtung 13 wird nach der Erläuterung eines einzelnen Dämpfungsmittels 11 anhand von den Figuren 2 und 3 näher erläutert. Das andere Dämpfungsmittel 12 ist entsprechend aufgebaut.
Das Walzenlager 6 ist über das Dämpfungsmittel 11 mit einer Abstützung 10 verbunden, das je einen Zylinder 16 und einen darin angeordneten Kolben 17 aufweist, der den entsprechenden Zylinder 16 in zwei mit einem ERF-Fluid F gefüllte Druckräume, in einen ersten Druckraum 18 und in einen zweiten Druckraum 19 unterteilt. Der Kolben 17 ist über eine Kolbenstange 20 mit der Federschwinge 8, also dem Walzenlager 6 verbunden. Auf der der Kolbenstange 20 gegenüber liegenden Seite ist eine zweite Kolbenstange 21 angeordnet, die den gleichen Durchmesser wie die entsprechende erste Kolbenstange 20 hat. Die zweite Kolbenstange 21 ist in einer Blindbohrung 22 in einer Stirnseite 23 des Zylinders 16 geführt, die dem Maschinengestell 10 zugewandt ist. Damit sind die beiden Druckangriffsflächen am Kolben 17 gleich groß. Bei einer Bewegung des Kolbens 17 wird aus einem Druckraum 18, 19 immer genau so viel Hydraulikflüssigkeit verdrängt, wie vom anderen Druckraum 19, 18 aufgenommen werden kann. Das für die Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stehende Volumen bleibt konstant, so dass man keinen externen Speicher benötigt.
Natürlich kann man das Dämpfungsmittel auch dann verwenden, wenn der Kolben 17 mit dem Maschinengestell 10 und der Zylinder 16 mit der Federschwinge 8 verbunden ist.
Lediglich schematisch sind Dichtungen 24, 25, 26 dargestellt, die die beiden Druckräume 18, 19 zueinander beziehungsweise nach außen abdichten.
Die beiden Druckräume 18, 19 sind über eine Verbindungsstrecke 27, die mindestens eine ERF-Einheit 28; 28.1 bis 28.4 enthält, verbunden. Darüber hinaus ist in der Verbindungsstrecke 27 ein Schaltventil 29 (Figuren 2 und 3) angeordnet, das über einen Eingang 30 von der oben erwähnten Steuereinrichtung 13 betätigt werden kann.
Im Kolben 17 ist eine Druckausgleichsdrossel 31 angeordnet, deren Strömungswiderstand wesentlich größer ist als der Strömungswiderstand der mindestens einen ERF-Einheit 28; 28.1 bis 28.4. Er sollte so groß sein, dass bei höheren Frequenzen in der Größenordnung ab 30 Hz das Volumen des ERF-Fluids F in den beiden Druckräumen 18, 19 sozusagen eingespannt ist, wenn das Schaltventil 29 geschlossen ist. Im Übrigen sollte die Druckausgleichsdrossel 31 nur einen vergleichsweise geringen Anteil des ERF-Fluids F durchlassen, der von einem Druckraum 18 zum anderen Druckraum 19 verdrängt wird oder umgekehrt. Die Druckausgleichsdrossel 31 dient dazu, bei geschlossenem Schaltventil 29 einen Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 18, 19 zu ermöglichen, wenn das Eigengewicht der Wickelrolle 5 zunimmt.
Die beiden Druckräume 18, 19 sind mit einer Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung 32 verbunden. Die Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung 32 weist eine Pumpe 33 auf, die das ERF-Fluid F aus einem Tank 34 entnimmt und durch die beiden Druckräume 18, 19 zurück in den Tank 34 pumpt. Zwischen dem Tank 34 und der Pumpe 33 kann noch eine Temperiereinrichtung 35 vorgesehen sein, die das ERF-Fluid F auf einer möglichst konstanten Temperatur hält. Dies ist von Vorteil, um die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungsmittels 11 über einen längeren Zeitraum konstant zu halten. Die Dämpfung hängt unter anderem von dem Widerstand ab, den sich das ERF-Fluid F in der ERF-Einheit 28; 28.1 bis 28.4 ausgesetzt sieht. Dieser Strömungswiderstand wiederum ist abhängig von der Viskosität η des ERF-Fluids F und damit von der Temperatur des ERF-Fluids F. Das ERF-Fluid F weist im Regelfall eine Viskosität η im Bereich von 110 bis 10⁶ mPas bei 20 °C auf.
Abweichend von den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen ist es natürlich auch möglich, jeden Druckraum 18, 19 mit einem eigenen Anschluss sowohl für den Zufluss als auch für den Abfluss von Hydraulikflüssigkeit zu versehen, so dass eine Strömung auch dann sichergestellt werden kann, wenn das Schaltventil 29 geschlossen ist.
Das Dämpfungsmittel 11 arbeitet in einer ersten, in der Figur 2 dargestellten Ausführungsform nun wie folgt:
Zur Dämpfung werden die beiden Druckräume 18, 19 über das geöffnete Schaltventil 29 und die ERF-Einheit 28 miteinander verbunden. Bei einer schwingenden Lagerbewegung wird das ERF-Fluid F mit einer Viskosität η über die ERF-Einheit 28 von einem Druckraum 18, 19 zum anderen Druckraum 19, 18 hin- und hergepumpt.
Die von der Steuereinrichtung 13 (Figur 1) betätigte ERF-Einheit 28 weist Betriebspannung V im Bereich von 1 bis 10 kV, vorzugsweise von 2 bis 6 kV und eine sehr niedrige Betriebsleistung P auf. Zudem ist die ERF-Einheit 28 in einer Flachspalt- oder Ringspaltausführung realisiert, wobei die Spaltweite einen Wert im Bereich von 0,3 bis 3,0 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 mm annimmt. Überdies ist die ERF-Einheit 28 allgemein in einer Integral- oder Differenzialbauweise, die beide dem Fachmann bekannt sind, ausgeführt.
Sollte es bei diesem Basisbetriebsmodus, also beim gedämpften Betrieb, der Rollenwickeleinrichtung trotzdem zu einer selbsterregten Schwingung kommen, dann kann die Lagersteifigkeit der Tragwalzen 2, 3 (Figur 1) durch Schließen des Schaltventils 29 sehr schnell verändert werden. Mit dem Schaltventil 29 wird die Verbindungsstrecke 27 zwischen den beiden Druckräumen 18, 19 unterbrochen. Durch dieses Absperren wird die dämpfende Wirkung des Zylinders 16 mit dem Kolben 17 abgeschaltet und das in den Druckräumen 18, 19 eingespannte ERF-Fluid F wirkt wie eine steife Tragwalzenlagerung.
Durch die plötzlich versteifte Lagerung einer oder sogar beider Tragwalzen 2, 3 (Figur 1) verändert sich die Eigenfrequenz des aus den beiden Tragwalzen 2, 3 (Figur 1) und der Wickelrolle 5 (Figur 1) gebildeten Systems und damit auch der Rückkopplungsmechanismus von welligen Wickelrollen im Wickelbett 4.
Um einen Ruck der Tragwalzen 2, 3 bedingt durch einen Druckunterschied in den beiden Druckräumen 18, 19 bei einem eventuellen Zurückschalten auf den gedämpften Betriebsmodus, also beim Öffnen der Verbindungsstrecke 27 zu vermeiden, dient die Druckausgleichsdrossel 31. Durch die Druckausgleichsdrossel findet im Langzeitbereich ein statischer Druckausgleich aufgrund des wachsenden Eigengewichts der Wickelrolle 5 (Figur 1) statt. Die Druckausgleichsdrossel 31 muss jedoch so eng bemessen sein, dass das kurzzeitig bewegte Volumen des ERF-Fluids F im Frequenzbereich von 30 bis 40 Hz in den Druckräumen 18, 19 bei einer dynamischen Betrachtungsweise wie fest eingespannt wirkt. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn die Beschleunigungskräfte, die zum Fördern des ERF-Fluids F durch die Verbindungsstrecke 27 notwendig sind, wesentlich größer als die Reibungskräfte sind, die zum Durchströmen der Druckausgleichsdrossel 31 notwendig sind.
In Erweiterung der in der Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsform des Dämpfungsmittels 11 sind in der Ausführungsform der Figur 3 insgesamt vier ERF-Einheiten 28.1 bis 28.4 für das EFR-Fluid F mit einer Viskosität η in der Verbindungsstrecke 27 vorgesehen. Somit lässt sich eine so genannte Vollbrückenschaltung ausbilden, die der Funktion eines in der Schwingungsprüfung üblichen 4/3-Wegeventils entspricht. In der Ausführung der Figur 3 kann von der Realisierung des Schaltventils 29 und des dazugehörigen Eingangs 30 aber auch abgesehen werden.
Ein derartiges Dämpfungsmittel 11, 12 (Figur 1) hat im Grunde alle notwendigen Elemente integriert, das heißt man benötigt keine aufwändige externe Beschaltung mit einem Druckregelkreis oder einem Druckspeicher. Darüber hinaus ist eine derartige Wickelmaschine 1 (Figur 1) relativ wartungsarm und erlaubt einen sicheren Betrieb.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die Erfindung eine hinsichtlich ihrer Dämpfung verbesserte Wickelmaschine der eingangs genannten Art geschaffen wird.

Bezuaezeichenliste

1: Wickelmaschine
2: Tragwalze
3: Tragwalze
4: Wickelbett
5: Wickelrolle
6: Walzenlager
7: Walzenlager
8: Federschwinge
9: Federschwinge
10: Maschinengestell (Abstützung)
11: Dämpfungsmittel
12: Dämpfungsmittel
13: Steuereinrichtung
14: Schwingungssensor
15: Schwingungssensor
16: Zylinder
17: Kolben
18: Erster Druckraum
19: Zweiter Druckraum
20: Erste Kolbenstange
21: Zweite Kolbenstange
22: Blindbohrung
23: Stirnseite
24: Dichtung
25: Dichtung
26: Dichtung
27: Verbindungsstrecke
28, 28.1 bis 28.4: ERF-Einheit
29: Schaltventil
30: Eingang

31: Druckausgleichsdrossel
32: Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung
33: Pumpe
34: Tank
35: Temperiereinrichtung

F: ERF-Fluid
P: Betriebsleistung
V: Betriebsspannung
η: Viskosität

Claims

Wickelmaschine (1) zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse zu einer Wickelrolle (5), an der beim Wickeln eine in einem Walzenlager (6, 7) gelagerte Walze (2, 3) anliegt,
wobei das Walzenlager (6, 7) über ein Dämpfungsmittel (11, 12) mit einer Abstützung (10) verbunden ist, das einen Zylinder (16) und einen darin angeordneten Kolben (17) aufweist, der den Zylinder (16) in zwei mit einem ERF-Fluid (F) gefüllte Druckräume (18, 19) unterteilt, wobei der Kolben (17) mit den Walzenlagern (6, 7) und der Zylinder (16) mit der Abstützung (10) in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Druckräume (18, 19) über eine Verbindungsstrecke (27)
verbunden sind, wobei
mehrere, vorzugsweise vier ERF-Einheiten (28.1 bis 28.4) in der Verbindungsstrecke (27) vorgesehen sind, die in einer Vollbrückenschaltung geschaltet sind.
Wickelmaschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ERF-Einheit (28; 28.1 bis 28.4) eine Betriebsspannung (V) im Bereich von 1 bis 10 kV, vorzugsweise von 2 bis 6 kV und eine sehr niedrige Betriebsleistung (P) aufweist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ERF-Einheit (28; 28.1 bis 28.4) in einer Flachspalt- oder Ringspaltausführung mit einer jeweiligen Spaltweite im Bereich von 0,3 bis 3,0 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 mm realisiert ist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ERF-Einheit (28; 28.1 bis 28.4) in einer Integral- oder Differenzialbauweise ausgeführt ist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das ERF-Fluid (F) eine Viskosität (η) im Bereich von 110 bis 10⁶ mPas bei 20 °C aufweist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Druckräume (18, 19) des Zylinders (16) zusätzlich durch eine Druckausgleichsdrossel (31) miteinander verbunden sind.
Wickelmaschine (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckausgleichsdrossel (31) im Kolben (17) des Zylinders (16) angeordnet ist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Verbindungsstrecke (27) ein Schaltventil (29) angeordnet ist, mit dem die Verbindungsstrecke (27) unterbrechbar ist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (17) in beiden Druckräumen (18, 19) gleich große Druckangriffsflächen aufweist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Druckräume (18, 19) mit einer Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung (32) verbunden sind.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zirkulationsstrom-Erzeugungseinrichtung (32) eine Temperiereinrichtung (35) aufweist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Walzenlager (6, 7) über eine Feder (8, 9) mit der Abstützung (10) verbunden ist.
Wickelmaschine (1) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (8, 9) parallel zum Dämpfungsmittel (11, 12) angeordnet ist.
Wickelmaschine (1) nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder durch eine Federschwinge (8, 9) gebildet ist.
Wickelmaschine (1) nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Walzenlager (6, 7) an einem Gelenkarm gelagert ist, der durch ein Federelement an der Abstützung (10) abgestützt ist.
Wickelmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Walzen (2, 3) mit Walzenlagern (6, 7) vorgesehen sind, die jeweils über ein Dämpfungsmittel (11, 12) mit der Abstützung (10) verbunden sind, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die schwingungsabhängig die Durchlässigkeit der Verbindungsstrecke (27) der einen ERF-Einheit (28; 28.1 bis 28.4) oder der anderen ERF-Einheit (28; 28.1 bis 28.4) oder beider ERF-Einheiten (28; 28.1 bis 28.4) verändert.