EP2019060B1

EP2019060B1 - Wickelvorrichtung und Verfahren zum Wickeln von Faserstoffbahnen in einer Wickelvorrichtung

Info

Publication number: EP2019060B1
Application number: EP20080160598
Authority: EP
Inventors: Hermann Albert Stitz
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: DE102007034179A1; EP2019060A3; EP2019060A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung zum Aufwickeln von Bahnen, insbesondere Faserstoffbahnen, vorzugsweise in Form von Papier- oder Kartonbahnen mit einer verlagerbaren, insbesondere lenkergeführten Belastungswalze, zumindest einer ersten und einer zweiten ein Wickelbett bildenden Tragwalze, an denen der Wickel während des Wickelns anliegt, wobei die erste in Faserstoffbahnlaufrichtung liegende Tragwalze von dieser wenigstens teilweise umschlungen ist, während die zweite über Mittel zur Achsverlagerung in ihrer Lage veränderbar einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Wickeln einer Faserstoffbahn in einer Wickelvorrichtung.
Wickelvorrichtungen in Form von so genannten Doppeltragwalzenwickelvorrichtungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Allen gemeinsam ist, dass der Wickel der aufzuwickelnden Faserstoffbahn von zwei Tragwalzen gestützt wird, wobei die beiden Tragwalzen ein Wickelbett bilden. Einen wesentlichen Parameter für die anschließende Weiterbearbeitung für mit diesen Maschinen gewickelte Faserstoffbahnen stellt die Wickelhärte dar. Besonders bei Faserstoffbahnen in Form von Papierbahnen ist es entscheidend, dass die Wickelhärte über den gesamten Rollendurchmesser durch einen bestimmten Verlauf charakterisiert ist. Dabei soll die Wickelhärte idealerweise über den gesamten Rollendurchmesser konstant sein, hilfsweise aber von einem gewissen Anfangswert gleichmäßig auf einen Endwert abfallen. Ein derartiges Verhalten ist jedoch nur erreichbar, wenn zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, da ansonsten mit zunehmendem Rollendurchmesser der Liniendruck zwischen der Rolle und der einzelnen Tragwalze beziehungsweise den Tragwalzen sich weiter vergrößert und damit auch die auftretende Wickelhärte. Daher werden so genannte Belastungswalzen verwendet, die mit ihren Achsen parallel zur Tragwalze angeordnet sind, wobei mit jenen auf den entstehenden Wickel ein Anpressdruck ausgeübt wird. Dieser ist hinsichtlich seiner Größe einstellbar und kann gesteuert werden, wobei der Anpressdruck in der Regel am Anfang der Wicklung sehr groß gewählt wird und mit zunehmendem Rollengewicht geringer wird. Derartige Belastungswalzen sind daher entweder linear geführt oder aber lenkergeführt. Bei lenkergeführten Ausführungen erfolgt die Einstellbarkeit der Anpresskraft über einen verschwenkbaren Lenker. Die Belastungswalze wird vor Wickelbeginn auf die Leerhülse abgesenkt und drückt diese mit einer bestimmten Kraft in das Wickelbett. Beginnt nun der Wickelprozess und wächst demgemäß der Wickeldurchmesserr, so wird die Kraft, mit welcher die Belastungswalze gegen den Wickel gepresst wird, zunächst noch gesteigert. Erst ab Erreichen eines bestimmten Durchmessers genügt das Eigengewicht des Wickels, um ein gutes Wickelergebnis zu erzielen und die Anpresskraft wird nicht mehr benötigt. Die Belastungswalze wird mit zunehmendem Wickeldurchmesser immer weiter von der Scheitellinie des Wickels wegbewegt. Da die Belastungswalze in der Regel nicht auf der Seite auf den Wickel wirkt, an der der Zulauf der Faserstoffbahn erfolgt, sondern auf der Seite der zweiten Tragwalze, führt dies zu einer starken Erhöhung des Anteils der über die Belastungswalze aufgebrachten Kraft auf die erste Tragwalze, was zur Verschlechterung des Härteverlaufes führt.
Ferner sind auch Maßnahmen zur Beeinflussung der Wickelhärte dahingehend bekannt, dass die Lage der Tragwalzen zueinander verändert wird. Eine derartige gattungsgemäße Ausführung einer Wickelvorrichtung ist aus EP 0 640 544 A1 vorbekannt. Hier sind Achsverlagerungsmittel zum achsparallelen Verlagern der Achse einer Tragwalze bezüglich der Achse der anderen Tragwalze vorgesehen. Dabei ist die in Bahnlaufrichtung gesehene erste Tragwalze mit einem größeren Durchmesser als die andere zweite Tragwalze ausgeführt und die Achse der zweiten Tragwalze ist während des gesamten Wickelvorganges in vertikaler Richtung betrachtet höher als die Achse der ersten Tragwalze, die auch von der Faserstoffbahn umschlungen wird und diese führt, angeordnet. Bei dieser Ausführung sind mit den Achsverlagerungsmittel verbundene Mittel vorgesehen, die ein Senken der Achse der zweiten Tragwalze in Abhängigkeit vom zunehmenden Durchmesser des Wickels derart bewirken, dass sich die Achse des Wickels entlang einer vorgegebenen Vertikalen oder bezüglich einer Vertikalebene nur leicht geneigten Bewegungslinie bewegt, wobei die Hauptlast zur Verbesserung der Wickelhärte im in Faserstoffbahnlaufrichtung ersten Spalt abgestützt wird.
Aus der GB 2 157 273 A ist eine Wickelvorrichtung bekannt, in der die sich bildendende Wickelrolle durch Verlagerung einer ersten, kleinen Tragwalze und gleichzeitiger Durchmesserzunahme entlang des Umfangs einer zweiten, großen Tragwalze in Richtung ihres Scheitelpunktes verlagerbar ist. Dabei durchläuft die Linienlast im ersten Wickelnip ausgehend von einem hohen Anfangswert einen Maximalwert im mittleren Wickelabschnitt um später auf einen Belastungswert gegen Null abgesenkt zu werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wickelvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auch bei verlagerbarer, insbesondere lenkergeführten Belastungswalze möglichst eine gleichmäßige Wickeldichte über den gesamten Wickel erzielt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Ansprüche 1 und 13 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Wickelvorrichtung zum Wickeln von Faserstoffbahnen in Form von Papier- oder Kartonbahnen mit einer ersten ortsfesten und einer zweiten Tragwalze, an denen der Wickel während des Wickelns anliegt, umfasst Achsverlagerungsmittel zum achsparallelen Verlagern der Achse der in Faserstoffbahnlaufrichtung zweiten Tragwalze gegenüber der ersten Tragwalze, wobei die Verlagerung erfindungsgemäß derart erfolgt, dass während des Betriebes die Achse der in Faserstoffbahnlaufrichtung zweiten Tragwalze in vertikaler Richtung derart angeordnet beziehungsweise verlagerbar ist, dass der zwischen Wickel und der zweiten Tragwalze gebildete Wickelspalt in einer Ebene oder unterhalb des anderen, zwischen erster Tragwalze und Wickel gebildeten Wickelspaltes angeordnet ist, wobei die zweite Tragwalze gegenüber der ersten Tragwalze über die Mittel zur Achsverlagerung absenkbar ist. Durch die Möglichkeit des Absenkens der zweiten Tragwalze wird das Gewicht des aufgewickelten Wickels zunehmend auf die zweite Tragwalze verlagert, so dass der Liniendruck im zwischen der ersten Tragwalze und dem Wickel gebildeten Spalt niedrig gehalten werden kann, vorzugsweise auf einem konstanten Wert, so dass die Wickelhärte nicht durch hohe Liniendrücke im ersten Pressspalt negativ beeinflusst wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Verstellung auf einem Kreisbogen, das heißt durch Verschwenken. Dazu umfassen die Mittel zur Achsverlagerung eine Führungseinrichtung für die zweite Tragwalze, welche mittels einer Schwenkeinrichtung um die Schwenkachse verschwenkbar ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Schwenkachse von der Lagerachse beziehungsweise Achse der ersten Tragwalze gebildet. In diesem Fall erfolgt die Verschiebung um den Außenumfang der ersten Tragwalze auf einem Kreisbogen immer im gleichmäßigen Abstand, wobei hier bei automatischer Absenkung und Belastung mittels einer Belastungswalze ohne erheblichen Zusatzaufwand bei Vergrößerung des Wickels, das heißt in Abhängigkeit auch von der Zufuhrgeschwindigkeit der Faserstoffbahn und der Antriebsdrehzahl der einzelnen Tragwalzen, eine Zunahme der Linienkraft im zweiten Spalt, der zwischen dem Wickel und der zweiten Tragwalze gebildet wird, erzielt wird, während die Linienkraft im ersten Spalt zwischen Wickel und erster Tragwalze konstant gehalten werden kann, ohne aufwendige Steuerungsalgorithmen zur Ermittlung der Stellgröße zur Ansteuerung der Stelleinrichtung.
Bei dieser Ausführung ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Führungseinrichtung für die Tragwalze an der Lagerachse der ersten Tragwalze gelagert. Dadurch ist eine Achsparallelität zwischen den Tragwalzen auf einfache Art und Weise gewährleistet.
Denkbar ist es jedoch auch, eine andere Schwenkachse als die Lagerachse der ersten Tragwalze zu wählen. In diesem Fall ist die Schwenkachse jedoch vorzugsweise ebenfalls in einem Bereich angeordnet, der beim Verschwenken eine horizontale Bewegung in Richtung zur ersten Tragwalze ermöglicht.
Gemäß einer weiteren dritten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, die Verschiebung beziehungsweise Verlagerung der zweiten Tragwalze durch Überlagerung einer Horizontalen in einer Vertikalbewegung zu realisieren. In diesem Fall ist die als Lagerachse fungierende Achse der zweiten Tragwalze beispielsweise über zwei Führungen gelagert. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass hier eine freie Einstellbarkeit der Lage und damit auch des Anteils der von der zweiten Tragwalze abzustützenden Auflagekraft einstellbar ist. Diese freie Einstellbarkeit ermöglicht es, auch den Liniendruck an der ersten Tragwalze gezielt einzustellen.
Die beiden Tragwalzen weisen vorzugsweise den gleichen Durchmesser auf. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Einstellbarkeit. Denkbar ist es jedoch auch, die zweite Tragwalze größer auszuführen, als die erste, wodurch hier noch einmal eine Vergrößerung der Auflagekraft erzielt werden kann. Ferner besteht die Möglichkeit, die zweite Tragwalze mit einem weichen Walzenmantel zu versehen. In diesem Fall bildet sich kein Pressspalt mit Linienberührung aus, sondern ein flächiger Pressspalt, so dass hier die Flächenpressung in dem zweiten Wickelspalt zwischen dem Wickel und der zweiten Tragwalze erheblich reduziert werden kann, was positiv für die Wickelgüte ist.
Gemäß einer weiteren Ausführung können die erforderlichen Verhältnisse auch durch Verlagerung beider Tragwalzen eingestellt werden. Diese sind dazu im einfachsten Fall auf einer Schwinge gelagert, deren Schwenkachse sich unterhalb der Lagerachsen beider Tragwalzen in der Neutralstellung befindet und die parallel zu diesen angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Schwenkachse der Schwinge im Bereich der Lagerachse der ersten Tragwalze angeordnet.
Die Andrückung des Wickels erfolgt mittels einer entsprechenden Belastungswalze. Diese ist vorzugsweise lenkergeführt, das heißt, gegenüber einer über den Lenker voreinstellbaren Kraft wird dieser bei Vergrößerung des Wickels gegen den Lenker gedrückt und wandert damit in radialer Richtung bezogen auf die Wickelachse nach außen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wickeln einer Faserstoffbahn, bei welcher der Wickel an einer ersten und zweiten Tragwalze während des Wickelvorganges anliegt, wobei die erste Tragwalze von der Faserstoffbahn teilweise umschlungen ist und ortsfest ausgeführt ist, ist dadurch charakterisiert, dass die Wickelhärte in Abhängigkeit der Zunahme der Wickelgröße, insbesondere des Durchmessers, die zweite Tragwalze gegenüber der ersten Tragwalze aus einer Position, in welcher diese mit ihrer Achse in einer Ebene oder unterhalb der Achse der ersten Walze liegt, abgesenkt wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die zweite Lagerachse der Tragwalze verschwenkt. Dadurch wird eine gleichmäßige Verlagerung der zweiten Tragwalze erzielt. Das Verschwenken erfolgt vorzugsweise um die Lagerachse der ersten Tragwalze, wobei in diesem Fall eine akkurate achsparallele Führung gegeben ist.
Der Wickelvorgang wird mit konstantem Anpressdruck an der Druckwalze ausgeübt. Ferner kann der Anpressdruck gesteuert werden.
Dabei wird erfindungsgemäß eine Absenkung nicht sofort vorgenommen, sondern erst wenn der Wickel eine vordefinierte Mindestgröße erreicht hat und die Auflagekraft in einzelnen Wickespalten einen bestimmten Wert nicht überschreitet. In diesem Fall wird eine die Zunahme des Durchmessers des Wickels wenigstens mittelbar beschreibende Größe, beispielsweise der Durchmesser oder aber die Faserstoffbahnzulaufgeschwindigkeit beziehungsweise die Antriebsgeschwindigkeit der Tragwalzen, erfasst und in Abhängigkeit dieser eine Stellgröße zur Ansteuerung einer Stelleinrichtung für die zweite Tragwalze zur Änderung der Lage erzeugt, wobei die Lageänderung immer achsparallel erfolgt.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1a und 1b: verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und die Grundproblematik einer Vorrichtung zum Wickeln einer Faserstoffbahn gemäß dem Stand der Technik;
Figur 1c - 1e: verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wickeln einer Faserstoffbahn;
Figur 1f: verdeutlicht anhand eines Diagrammes den Verlauf der Streckenlast im ersten Wickelspalt gemäß der Ausführung aus dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Ausführung;
Figur 2: verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine besonders vorteilhafte Ausführung einer Achsverlagerung der zweiten Tragwalze;
Figur 3: verdeutlicht eine alternative Ausführung zu Figur 2;
Figur 4: verdeutlicht eine weitere alternative Ausführung zur Achsverlagerung gemäß Figur 2 durch Überlagerung einer horizontalen und vertikalen Bewegung;
Figur 5: verdeutlicht eine weitere alternative Ausführung zur Achsverlagerung gemäß Figur 2 mittels einer Schwinge;
Figur 6: verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Wickeln einer Faserstoffbahn, insbesondere zur Steuerung der Wickelhärte.

Die Figuren 1c bis 1e verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Wickelmaschine 1 zum Aufwickeln von Faserstoffbahnen 6, insbesondere in Form von Papier- oder Kartonbahnen, sowie das Verfahren zum Aufwickeln einer Faserstoffbahn 6. Die Figuren 1a und 1b verdeutlichen die Verhältnisse bei einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik. Es wurden die gleichen Bezugsziffern verwandt. Die Wickelmaschine 1 umfasst zumindest zwei Tragwalzen, eine erste Tragwalze 2 und eine zweite Tragwalze 3, die achsparallel zueinander angeordnet, drehbar gelagert sind und miteinander ein Wickelbett 4 zur Aufnahme eines Wickels 5 bilden. Das Wickelbett 4 wird von dem theoretisch möglichen Auflagebereich des Wickels am Außenumfang der Tragwalzen 2 und 3 gebildet. Der Wickel 5 entsteht dabei durch Aufwickeln der Faserstoffbahn 6 um eine Hülse 7, wobei die Faserstoffbahn 6 um die erste Tragwalze 2 geführt wird. Die Figur 1a verdeutlicht dabei den Betriebszustand vor beziehungsweise zu Beginn des Wickelvorganges gemäß dem Stand der Technik. Die Faserstoffbahn 6 wird von links unten an die erste Tragwalze 2 herangeführt und umschlingt diese auf einem Teilbereich ihres Außenumfanges 14. Die Hülse 7 beziehungsweise mit aufgewickelter Faserstoffbahn 6 der Wickel 5 wird von einer in ihrer Kraft einstellbaren Druckwalze beziehungsweise Belastungswalze 8 belastet, um damit den Auflagedruck für den während des Wickelvorgangs entstehenden Wickel 5 an den beiden Tragwalzen 2 und 3 zu beeinflussen.
Die Tragwalzen 2 und 3 weisen vorzugsweise den gleichen Durchmesser D2 und D3 auf. Die Achsen L₂, L₃, die den Drehachsen entsprechen, der Tragwalzen 2 und 3 liegen dann in einer Ebene, die vorzugsweise horizontal ausgerichtet ist, das heißt mit der Horizontalen einen Winkel von 0° bildet. Beide Achsen der Tragwalzen 2 und 3, die hier mit L₂ und L₃ bezeichnet sind, sind achsparallel zueinander angeordnet. Diese bilden mit der Hülse 7 und später dem entstehenden Wickel 5 jeweils einen Wickelspalt 12, 13. Die Hülse 7, um welche der Wickel 5 gebildet wird, liegt in diesem Betriebszustand mittig zwischen den beiden Tragwalzen 2 und 3 im Wickelbett 4, so dass die Auflagekraft der Hülse an jeder der einzelnen Tragwalzen 2 und 3 gleich groß ist. Die Auflagekräfte sind hier mittels Pfeil dargestellt und mit F_A2 für die Tragwalze 2 und F_A3 für die Tragwalze 3 bezeichnet. Die Belastungswalze 8 wirkt senkrecht und mittig auf die Hülse 7, das heißt, die resultierende Kraft der Belastungswalze 8 auf die Hülse 7 liegt in einer Senkrechten, vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsebene zwischen den Längsachsen L₂ und L₃ der Tragwalzen 2 und 3. Die zweite Tragwalze 3 fungiert als Abstützwalze zur Ausbildung des Wickelbettes 4, während die erste Tragwalze 2 zusätzlich auch der Führung der Faserstoffbahn 6 zum Wickel 5 dient. Bis zum Erreichen einer vordefinierten Größe, insbesondere eines vordefinierten Durchmessers D_definiert des Wickels 5, wird die Belastung der Belastungswalze 8 verringert. Diese ist dazu in ihrer Lage veränderlich gegenüber der Lage der beiden Tragwalzen 2 und 3, insbesondere der Längsachsen L₂ und L₃ der Tragwalzen 2 und 3. Die Belastungswalze 8 ist lenkergeführt. Dazu wird die Belastungswalze 8 von einer um eine Achse A schwenkbare Traverse 10 gehalten und bezüglich dieser in Richtung des Pfeils geführt, um in einer den Tragwalzen 2, 3 etwa gegenüber liegenden Position an dem bereits hergestellten Wickel 5 mit einstellbarer Kraft gedrückt zu werden. Dabei folgt die Einheit aus Traverse 10 und Belastungswalze 8 mit zunehmendem Durchmesser D des Wickels 5 auf einem kreissegmentförmigen Weg dem Außenumfang 11 des Wickels 5. Dazu ist der Belastungswalze 8 eine Stelleinrichtung 9 zugeordnet, die die Traverse 10 und die Verstellmittel, insbesondere die Mittel zur Lageveränderung der Traverse 10 umfassen. Die Drehachse A für die Traverse 10 und damit den diese führenden Lenker 20 ist bezogen auf die Scheitellinie des entstehenden Wickels 5 auf der Seite der zweiten Tragwalze 3 angeordnet, das heißt in axialer Richtung in einem Bereich zwischen der Senkrechten zur Mittellinie der Hülse 7 im Anfangszustand beziehungsweise der Trennebene zwischen den Tragwalzen 2, 3 und einem Bereich axial neben der zweiten Tragwalze 3 auf der von der ersten Tragewalze 2 abgewandten Seite. Die Drehachse A ist ferner oberhalb der Lagerachsen L₂, L₃ der ersten und zweiten Tragwalze 2, 3 angeordnet. Wird eine vordefinierte Wickelgröße, insbesondere ein vordefinierter Wickeldurchmesser D_definiert des Wickels 5 erreicht, ist eine weitere Verringerung der Kraft der Belastungswalze 8 gegenüber dem Außenumfang 11 des Wickels 5, an welchem diese direkt angreift, nicht unbedingt erforderlich. Diese kann als Restkraft konstant gehalten werden. Diese Restbelastung ist technologisch sinnvoll, jedoch nicht unbedingt zwangsläufig erforderlich, das heißt es kann auch eine Verringerung der Belastung bis auf Null erfolgen. Aufgrund der noch wirkenden Anpresskraft, die gegenüber dem Wickel 5 wirkt und aufgrund der außermittigen, das heißt in einem Winkel zur Senkrechten durch die Längsachse L₅ des Wickels liegenden Kraftwirkungslinie bewirkt die Kraft F₈ der Belastungswalze 8 mit zunehmender Wickelgröße eine Vergrößerung der Linienkraft im zwischen dem Wickel 5 und erster Tragwalze 2 im zwischen diesen gebildeten Wickelspalt 12 bewirken, da aufgrund der außermittigen Krafteinleitung über die Belastungswalze 8 am Wickel 5 der größere Kraftanteil auf der ersten Tragwalze 2 abgestützt werden würde. Diese dort vorliegende Kraft in Form der Auflagekraft F_A2 ist dabei größer als die, welche sich aus der Gewichtskraftkomponente des Wickels 5 und dem Anteil der Kraftkomponente aus der Belastung der Belastungswalze 8 und der zweiten Tragwalze 3 im Spalt 13 zwischen dem Wickel 5 und dem Außenumfang 15 der zweiten Tragwalze einstellt. Die Auflagekraft F_A3 ist dabei kleiner als die Auflagekraft F_A2 im ersten Spalt 12, wie in Figur 1b verdeutlicht. Um generell Unterschiede in der Größe der Auflagekraft im ersten Wickelspalt 12 sowie ein Ansteigen der Auflagekraft im ersten Wickelspalt 12 zu vermeiden, zu verringern beziehungsweise zu begrenzen, erfolgt erfindungsgemäß gemäß der Figuren 1c bis 1e bei einer Vorrichtung 1 gemäß Figur 1a und 1b ein Absenken der zweiten Tragwalze 3 gegenüber der ersten Tragwalze 2, so dass die Längsachse L₃ der Tragwalze 3 in vertikaler Richtung betrachtet tiefer liegt als die Längsachse L₂ der ersten Tragwalze 2. Dadurch nimmt die Verbindungsebene E_2; E₃ der Lagerachsen L₂ und L₃ einen Winkel gegenüber der Vertikalen, insbesondere einen Winkel zu einer Senkrechten zur Wickelachse L₅ ein. Der Spalt 13 wird gegenüber der Lage des Spaltes 12 abgesenkt, wobei die Lage der ersten Tragwalze 2 konstant gehalten wird, das heißt diese ist ortsfest, jedoch drehbar und antreibbar gelagert. Die Absenkung der Tragwalze 3 erfolgt erfindungsgemäß derart, dass die Auflagekraft F_A2 im ersten Spalt 12 zwischen der ersten Tragwalze 2 und dem Wickel 5 konstant gehalten wird. Die Auflagekraft F_A3 nimmt demzufolge zu. Somit wird die Hauptkraft an der zweiten Tragwalze 3 abgestützt, während die die Faserstoffbahn 6 führende Tragwalze 2 mit zunehmender Wickelgröße eine konstant bleibende Linienkraft F_A2 im Spalt 2 abstützt. Die Wickelhärte wird somit über den gesamten Prozess als Funktion dieser konstanten Linienkraft im ersten Spalt eingestellt. Als Stellgröße dafür fungiert die Achsverlagerung der Tragwalze 3. Über diese kann die Linienkraft im ersten Wickelspalt konstant gehalten werden. Die Figur 1c verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung das Absenken der zweiten Tragwalze 3 und die sich dabei einstellenden Kraftverhältnisse in den Wickelspalten 12 und 13, insbesondere die Auflagekräfte F_A2 und F_A3. Die Figuren 1d und 1e verdeutlichen die Kraftverteilung in den einzelnen Wickelspalten 12 und 13 zwischen den Tragwalzen 2 und 3 und dem Wickel 5 beim weiteren Absenken. Daraus ist ersichtlich, dass die Auflagekraft F_A3 sich gegenüber der Auflagekraft F_A2 mit zunehmender Wickelgröße 5 vergrößert, während die Auflagekraft F_A2 nahezu konstant gehalten wird.
Figur 1f verdeutlicht anhand eines Diagrammes die Kräfteverhältnisse im ersten Wickelspalt in Abhängigkeit von der Durchmesseränderung der Wickelrolle. Aufgetragen sind hier die Kraft F_LD mit der die Belastungswalze gegen die Leerhülse gedrückt wird und bis zum Erreichen eines vordefinierten Wickeldurchmessers so geregelt wird, dass diese ansteigt und danach absinkt. Die sich daraus ergebende Streckenlast F_Lalt ist ebenfalls aufgetragen. Die Kennlinie F_Lneu verdeutlicht die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Lösung mit konstanter Streckenlast über den gesamten Wickelprozess. Die Kennlinie G verdeutlicht die Zunahme des Rollengewichtes während des Wickelvorganges.
Bezüglich der Verstellbarkeit der zweiten Tragwalze 3 bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese wird dabei um den Außenumfang 14 der ersten Tragwalze 2 bewegt. Dazu sind der Tragwalze 3 Mittel 16 zur Achsverlagerung zugeordnet, umfassend eine Stelleinrichtung 18. Die Bewegung erfolgt vorzugsweise immer derart, dass die Linienkraft und damit die Auflagekraft F_A2 für den Wickel im Spalt 12 konstant ist. Für die Realisierung der Verschiebung beziehungsweise Bewegung der zweiten Tragwalze 3 hinsichtlich der Achse L₃ in einem Abstand a zur Achse L₂ bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese kann durch Überlagerung linearer, vertikaler und horizontaler Bewegungen oder aber als eine reine Schwenkbewegung realisiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung um den Außenumfang 14 der Tragwalze 2 auf einer Kreisbahn, wobei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung die Bewegung der Achse L₃ durch Verschwenken um die Achse L₂ der ersten Tragwalze 2 erfolgt. In diesem Fall, wie in der Figur 2 in schematisiert stark vereinfachter Darstellung wiedergegeben, sind die Mittel 16 zur Achsverlagerung der zweiten Tragwalze 3 derart ausgeführt, dass vorzugsweise die Achse L₃ an einer Führungseinrichtung 17 gelagert ist, die wiederum schwenkbar beziehungsweise verdrehbar um die Achse L₂ an der ersten Tragwalze 2 gelagert ist. In diesem Fall erfolgt immer eine genaue achsparallele Zuordnung der Achsen L₂ und L₃ zueinander. Die Achsverlagerung erfolgt durch eine reine Schwenkbewegung. Aufgrund der Verschwenkung direkt um die als Schwenkachse S fungierende Lagerachse L₂ ist der Abstand zwischen den Tragwalzen 2 und 3 immer gleich. Diese Lösung ermöglicht eine einfache Anpassung, insbesondere Erhöhung der Linienkraft an der Tragwalze 3 bei größer werdendem Wickel 5. Dabei verdeutlicht die Figur 2 beispielhaft zwei theoretische Stellungen der Tragwalzen 2, 3 zueinander. Die erste ist mit I bezeichnet und verdeutlicht die Stellung der Tragwalze 3 zu Beginn des Wickelvorganges, das heißt, die Anordnung der Lagerachsen L₂ und L₃ der beiden Tragwalzen 2 und 3 in einer horizontalen Ebene. Die durch eine unterbrochene Linie dargestellte Ausführung verdeutlicht die Lage der Lagerachse L₃ der zweiten Tragwalze 3 nach dem Verschwenken um einen vordefinierten Schwenkwinkel α. Daraus ist ersichtlich, dass der Abstand a zwischen den Achsen konstant ist. Zur Verschwenkung ist der Führungseinrichtung 17 eine Stelleinrichtung 18 zugeordnet. Diese kann beliebig ausgeführt sein. Vorzugsweise werden hydraulische oder pneumatische oder mechanisch betätigbare Stelleinrichtungen oder eine Kombination aus diesen gewählt. Vorzugweise ist der Stellweg der Stelleinrichtung 18 begrenzt, zumindest in der Hinsicht, dass die Ausgangsposition I immer die horizontale Lage der Lagerachse L₃, das heißt eine Anordnung in einer Ebene zur Lagerachse L₂ beinhaltet. Ein Verschwenken über die Lagerachse L₂ hinaus ist somit nicht möglich. Dazu ist beispielsweise eine Verstellwegbegrenzung 19 in Form eines Anschlages vorgesehen. Zur Verbesserung der Flächenpressung im Spalt 13 kann die Walze 3 auch mit einem elastischen Mantel versehen sein.
Verdeutlicht die Figur 2 eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, bei welcher die Schwenkachse S mit der Lagerachse L₂ der ersten Tragwalze 2 zusammenfällt, zeigt die Figur 3 eine theoretisch weitere Möglichkeit, bei welcher die Lagerachse L₂ quasi exzentrisch zur Schwenkachse S für L₃ angeordnet ist. Auch hier erfolgt vorzugsweise ein Verschwenken um den Umfang der ersten Tragwalze 2. Das heißt, es findet auch hier eine Bewegung statt, die einen Kreisbogen beschreibt, bezogen auf den Außenumfang der ersten Tragwalze 2, welche jedoch durch eine Richtungskomponente jeweils in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung in Richtung zur oder weg von der ersten Tragwalze 2 gerichtet ist. Auch ist eine entsprechende Stelleinrichtung 18 vorgesehen. Die Tragwalze 3 ist dazu beispielsweise am Maschinengestell, insbesondere dem Gestell der Wickelvorrichtung 1, gelagert und wird über die Stelleinrichtung 18 bewegt und auch hier kann diese mit einer Stellwegbegrenzung versehen sein.
Die Figur 4 verdeutlicht eine weitere Ausführung, bei welcher die Verstellbewegung der zweiten Tragwalze 3 nicht durch eine reine Verschwenkbewegung um eine Schwenkachse S erfolgt, sondern durch eine Überlagerung einer horizontalen und einer vertikalen Bewegung, welche durch Pfeile verdeutlicht sind. Auch hier wird vorzugsweise eine Bewegung der Tragwalze 3 derart stattfinden, dass die zweite Tragwalze um den Außenumfang 14 der ersten Tragwalze 2 bewegt wird, wobei der Abstand in axialer Richtung zwischen den Achsen L₂ und L₃ sich eher verkleinert. Die Horizontal- und Vertikalbewegung wird über entsprechende Führungseinrichtungen, insbesondere Gleitführungen, realisiert werden, wobei die eine vorzugsweise an der anderen verstellbar geführt ist.
Figur 5 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführung, bei welcher die Verstellbewegung der zweiten Tragwalze 3 über eine Schwinge 21 realisiert wird. Die Schwinge 21 ist schwenkbar um eine Schwenkachse S gelagert. Auf der Schwinge 21 sind beide Tragwalzen 2, 3 drehbar gelagert. Die Schwenkachse S ist dabei derart angeordnet, dass diese in der Neutralstellung unterhalb der Achsen L₂ und L₃ liegt. Bei Verschwenken werden beide Tragwalzen in ihrer Stellung verändert, wobei jedoch der Wickelspalt an der zweiten Tragwalze 3 immer unterhalb des an der ersten Tragwalze 2 sich ausbildenden Wickelspaltes ist. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen Schwenkachse S und der Lagerachse L₂ der ersten Tragwalze 2 möglichst gering gewählt, so dass nur eine geringfügige Verlagerung der ersten Tragwalze 2 erfolgt. Diese wird angehoben und die zweite Tragwalze 3 wird beim Verschwenken abgesenkt.
Die Figur 6 verdeutlicht noch einmal anhand eines Signalflussbildes eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches über eine Steuer-und/oder Regelvorrichtung gesteuert/geregelt werden kann. Dazu wird bei Beginn des Wickelvorganges die zweite Tragwalze 3 gegenüber der ersten ortsfesten Tragwalze 2 derart positioniert, dass beide ein horizontales Wickelbett 4, das heißt Auflageflächen beziehungsweise Wickelspalte 13 und 12 bilden, die in einer horizontalen Ebene liegen. Dies entspricht der Position I der zweiten Tragwalze 3. Die Belastungswalze 8 ist in diesem Zustand derart angeordnet, dass diese vorzugsweise mittig, das heißt mit ihrer Achsmitte auf der Vertikalen zur Mittellinie der Wickelhülse, anliegt. Der Wickelvorgang wird gestartet. Dabei erfolgt eine Verlagerung der Belastungswalze 8 entlang des Außenumfanges 11 mit Zunahme des entstehenden Wickels 5. Wird eine vordefinierte Größe, insbesondere vordefinierte Durchmesser D_definiert des Wickels 5 charakterisierende Größe ermittelt, wird ab diesem Punkt die zweite Tragwalze 3 in ihrer Position gegenüber der ersten Tragwalze 2 abgesenkt, vorzugsweise um den Außenumfang 14 der ersten Tragwalze 2 verschwenkt. Die Verstellbewegung ist dabei eine Funktion des Wickeldurchmessers beziehungsweise des sich daraus ergebenden theoretischen Zuwachses der Auflagekraft F_A2 an der ersten Tragwalze 2, der ausgeglichen werden muss. Daher wird eine Stellgröße Y berechnet, welche als Funktion eines Zuwachses des Wickels 5, insbesondere des Durchmessers D ermittelt wird, und die Stelleinrichtung 18 angesteuert. Die Verstellung wird solange bewirkt, bis die maximale Wickelgröße D_max erreicht ist. Dann wird der Wickelvorgang beendet. Die Wickelvorrichtung 1 kann neu bestückt werden und die Tragwalze 3 ist wieder in die Funktionsstellung I zu verbringen. Dies kann vor Beginn des nächsten Wickelvorganges oder aber gleich nach Entfernen des Wickels 5 erfolgen. Daher ist zu Beginn des Wickelvorganges zu prüfen, ob Funktionsstellung I für Tragwalze 3 eingestellt ist. Um einen Anstieg mit nachherigem Absinken der Auflagekräfte und damit Linienkräfte F_A2 im Wickelspalt 12 zu vermeiden, ist das Wickelbett 4 im Funktionszustand I vorzugsweise durch eine Verbindungsebene zwischen den Auflagebereichen an den Tragwalzen 2, 3 charakterisiert, die in einer horizontalen Ebene liegt. Bei der, die Änderung des Wickels 5 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe kann es sich um den Durchmesser D selbst, eine die Wickelgeschwindigkeit charakterisierende Größe, beispielsweise die Drehzahl n der ersten Tragwalze 2 handeln. Wenigstens mittelbar bedeutet, dass diese Größen in direktem oder funktionalem Zusammenhang mit der zu ermittelnden Größe stehen.

Bezugszeichenliste

1: Wickelvorrichtung
2: Erste Tragwalze
3: Zweite Tragwalze
4: Wickelbett
5: Wickel
6: Faserstoffbahn
7: Hülse
8: Belastungswalze
9: Stelleinrichtung
10: Traverse
11: Außenumfang des Wickels
12: Spalt
13: Spalt
14: Außenumfang der ersten Tragwalze
15: Außenumfang der zweiten Tragwalze
16: Mittel zur Achsverlagerung
17: Führungseinrichtung
18: Stelleinrichtung
19: Stellwegbegrenzung
20: Lenker
21: Schwinge
A: Schwenkwinkel
L₂: Achse
L₃: Achse
F_A2: Auflagekraft
F_A3: Auflagekraft
D: Durchmesser
E_2'3: Ebene
S: Schwenkachse

Claims

Wickelvorrichtung (1) zum Wickeln von Bahnen, insbesondere Faserstoffbahnen (6), mit einer verlagerbaren, insbesondere lenkergeführten Belastungswalze, zumindest einer ersten und einer zweiten Tragwalze (2, 3), die ein Wickelbett (4) zur Aufnahme einer Wickelrolle bilden und an denen der Wickel (5) während des Wickelvorganges unter Ausbildung von Wickelspalten (12, 13) anliegt und Mitteln (16) zur Achsverlagerung einer Achse (L₂, L₃) einer Tragwalze (2, 3) während des Wickelvorganges,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achse (L₃) der in Faserstoffbahnlaufrichtung zweiten Tragwalze (3) während des Betriebes in vertikaler Richtung derart angeordnet ist, dass der zwischen Wickel (5) und der zweiten Tragwalze (3) gebildete Wickelspalt (13) in einer Ebene oder unterhalb des anderen Wickelspaltes (12) angeordnet ist und die Achse der zweiten Tragwalze (3) gegenüber der ersten Tragwalze (2) über die Mittel (16) zur Achsverlagerung absenkbar ist.
Wickelvorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Tragwalze (3) um den Außenumfang (14) der ersten Tragwalze (2) verschwenkbar ist.
Wickelvorrichtung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Tragwalze (3) an einer Führungsvorrichtung (17) gelagert ist, die über eine Schwenkeinrichtung an einer Schwenkachse (S) gelagert ist, die achsparallel zur Lagerachse (L₂) der ersten Tragwalze (2) ist.
Wickelvorrichtung (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schwenkachse (S) von der Achse (L₂) der ersten Tragwalze (2) gebildet wird.
Wickelvorrichtung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und die zweite Tragwalze (2, 3) an einer Schwinge (21) drehbar gelagert sind, die um eine Schwenkachse (S) verschwenkbar ist, welche außerhalb der Achsen (L₂, L₃) der Tragwalzen (2, 3) angeordnet ist.
Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerachse (L₃) der zweiten Tragwalze (3) an einer Vertikalführung gelagert ist, welche an einer Horizontalführung gelagert ist.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweiten Tragwalze (3) eine Stelleinrichtung (18) zugeordnet ist, umfassend eine Verstellwegbegrenzung (19).
Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Außenumfang des Wickels (5) eine Belastungswalze (8) angeordnet ist, die an einer Traverse (10) gelagert ist und über einen um eine Achse (A) schwenkbaren Lenker geführt ist, wobei diese eine Gegenkraft zur durch den Wickel (5) aufgebrachten Kraft bewirkt.
Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in Faserstoffbahnlaufrichtung erste Tragwalze (2) kleiner als die zweite Tragwalze (3) ist und die zweite Tragwalze (3) derart in ihrer Ausgangsposition angeordnet ist, dass die Achse (L₃) gegenüber der Achse (L₂) der ersten Tragwalze (2) in vertikaler Richtung in einem Abstand unterhalb der ersten Tragwalze (2) angeordnet ist, der wenigstens der Radiendifferenz zwischen den beiden Tragwalzen (2, 3) entspricht.
Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tragwalzen (2, 3) einen gleichen Durchmesser (D2, D3) aufweisen.
Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Tragwalze (3) einen elastischen Mantelbezug aufweist.
Wickelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieser eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung zur Steuerung der Absenkung der zweiten Tragwalze (3) in Abhängigkeit einer die Auflagekraft im ersten Wickelspalt (12) wenigstens mittelbar beschreibenden Größe zugeordnet ist.
Verfahren zum Wickeln einer Faserstoffbahn in einer Wickelvorrichtung mit einer verlagerbaren, insbesondere lenkergeführten Belastungswalze" bei welcher der Wickel (5) an einer ersten und einer zweiten Tragwalze (2, 3) während des Wickelvorganges anliegt, wobei die erste in Wickelrichtung liegende Tragwalze (2) von der Faserstoffbahn (6) teilweise umschlungen ist, wobei die Achse der ersten Tragwalze (2) in ihrer Lage ortsfest ist, während die Achse (L₃) der zweiten Tragwalze (3) in ihrer Lage gegenüber der ersten Tragwalze (2) veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Wickelvorganges in Abhängigkeit der Zunahme der Wickelgröße die zweite Tragwalze (3) gegenüber der ersten Tragwalze (2) abgesenkt wird, so dass der zweite Spalt (13) immer unterhalb des ersten Spaltes (12) zwischen Tragwalze (2, 3) und Wickel (5) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Tragwalze (3) entlang eines Kreisbogens geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Absenken durch Überlagerung einer horizontalen und vertikalen Bewegung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Absenken gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine, die Wickelgröße beschreibende Größe, wenigstens mittelbar erfasst wird und die Änderung der Lage der zweiten Tragwalze (3) als eine Funktion einer vordefinierten einzuhaltenden Auflagekraft an der ersten Tragwalze (2) gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auflagekraft an der ersten Tragwalze (2) über den gesamten Wickelvorgang konstant gehalten wird.