EP2457856A2 - Rollenwicklerwalze, Funktionsbelag für eine Rollenwicklerwalze, Rollenwickelvorrichtung und Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn - Google Patents

Rollenwicklerwalze, Funktionsbelag für eine Rollenwicklerwalze, Rollenwickelvorrichtung und Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn Download PDF

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EP2457856A2
EP2457856A2 EP11189098A EP11189098A EP2457856A2 EP 2457856 A2 EP2457856 A2 EP 2457856A2 EP 11189098 A EP11189098 A EP 11189098A EP 11189098 A EP11189098 A EP 11189098A EP 2457856 A2 EP2457856 A2 EP 2457856A2
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EP
European Patent Office
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roller
winding
roll
winder
nip
Prior art date
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Withdrawn
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EP11189098A
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English (en)
French (fr)
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EP2457856A3 (de
Inventor
Christian Pringal
Michael Schmitz
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65H27/00—Special constructions, e.g. surface features, of feed or guide rollers for webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2301/00—Handling processes for sheets or webs
    • B65H2301/40—Type of handling process
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    • B65H2301/414—Winding
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    • B65H2301/41486—Winding slitting winding on two or more winding shafts simultaneously
    • B65H2301/414866—Winding slitting winding on two or more winding shafts simultaneously on bed rollers
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    • B65H2404/55—Built-up surface, e.g. arrangement for attaching the surface to the forwarding or guiding element
    • B65H2404/552—Built-up surface, e.g. arrangement for attaching the surface to the forwarding or guiding element permanent attachment
    • B65H2404/5521—Coating

Definitions

  • the invention relates to a roller winder roller having a roller core, which has a functional coating of an incompressible elastomer on the outside and whose boundary layer is defined by at least one opening and at least one web, and which can be brought into operative contact with a winding sleeve and / or a winding roller to form a nip is, wherein the nip has a width that changes over a winding process.
  • the invention further relates to a functional lining for a roller winder roller.
  • the invention further relates to a roll winding device for winding a material web, in particular a paper or board web, to a winding core, in particular a winding tube to a winding roll by means of at least one reel winding roll, which is designed as a support roll, backup roll or load roller, with the formation of a nip with the Winding sleeve and / or the winding roll can be brought into operative contact, wherein the nip has a width that changes over a winding process.
  • the invention further relates to a method for winding a material web, in particular a paper or board web, on at least one winding core, preferably a winding tube, to a winding roll, by means of a reel winding apparatus having at least one reel winder roller having a functional coating which during a winding process forming a nip is applied to the at least one winding roll and by means of which a voltage or elongation prevailing in the material web is influenced.
  • the resulting paper webs are wound up for further processing or transport on empty reeds and then often called full reels or mother rolls, which currently usually reach axial lengths of up to 11 m, diameter of over 4 m and weights of up to 170 tons. For some finishing processes, but especially for transport outside the home such large and heavy roles are too unwieldy.
  • role winding devices which are often referred to briefly as a reel winder
  • support roller winder in which the roll or rollers rest with their weight on two or more support rollers
  • contact roller winder in which the rollers are held centrally and rest only on a contact roller
  • the contact roller becomes part of the roller weight added.
  • the contact roller winder is also referred to as a back-up roller winder.
  • a carrier roll winder there is often still a loading or rider roll, which presses at the beginning of a winding process, a roll core with a winding roll based thereon with an increased force in the winding bed formed by the support rollers to produce a certain winding tension profile.
  • roller winder rollers with a functional coating.
  • the functional coating is formed by an elastomer and allows a relation to a steel roller widened bearing or Kunststoffnip between the roller winder roller and the winding roll.
  • Roller winder rollers with a functional coating bring improved winding results and make it possible to wind bobbins with a larger diameter than with steel rollers, because the pressure in the widened contact area up to medium roll diameters no longer exceeds an impermissible maxiumum.
  • Functional linings made of incompressible elastomers can only realize nip widths of 35 mm, while even large rolls on steel rolls have barely more than 20 mm nip width.
  • the relatively large Nip Museumn and the much lower modulus of elasticity of the modulus of elasticity of steel allow a much gentler winding process to do than steel rolling. This counteracts in particular the danger of places, crepe creases, bars and markings.
  • Functional pads made of elastomers squeeze off the air flow in the nip against the material web and thus effectively prevent the wrapping of air, which bears against the moving material web, into the forming coil. Thus they prevent a "soft" becoming the roll and lateral trajectory.
  • roller winder rollers with elastomeric functional coatings also enable higher production or winding speeds.
  • functional linings made of compressible elastomers achieve higher efficiencies than their incompressible counterparts.
  • functional coverings made of compressible materials are only suitable for small to medium finished roll weights. At high loads, compressible functional linings quickly reach their functional limits and then react like a spring compressed on material contact and set the loads rigidly against their counter bearing. The desired effects then remain, but the roll winder roller essentially assumes the properties of a pure steel roll.
  • compressible materials according to the prior art, only in manual manufacturing processes, in particular by strip-like bonding, can be applied to the roll core of a roll winder roller.
  • the invention has for its object to improve the quality of bobbins. In particular, attention should be paid to the high-quality production of large diameter winding rolls.
  • This object is achieved with a roller winder roller of the type mentioned above, that for the width of the nip a maximum value range of 58 mm to 75 mm, preferably from 63 mm to 75mm, can be achieved.
  • the width of the nip assumes a value from the claimed range.
  • the width of the nip does not necessarily have to be formed by a continuous contact between the functional coating and the winding tube / wound roll. Smaller gaps or loss of contact within the nip should be ignored here. However, it is preferred that within the nip a contact zone between the reel winder roller and winding tube / reel is formed, in which at least substantially, that is more than 90%, most preferably almost 100% contact between the reel winder roller and winding tube / reel.
  • the winding roll is particularly gentle to treat and it can be achieved in particular with bobbins with large end diameters high-quality winding results.
  • the resulting bobbins are particularly well stabilized by means of the high Mais redesigntreu contact surface and thus a particularly quiet winding process achievable, which again has a massive impact on the increase in the expected winding quality.
  • a nip is formed in the claimed maximum value range according to the invention, a width of up to 75 mm, a relative movement between the winding partners is effectively avoided.
  • relative movements depends, among other things, on the diameter ratio of the wound partners involved and the width of their nips formed with each other. If relative movements occur, they have, inter alia, frictional loading on the surface of the paper web to be wound up and the upper layers of the already wound paper web and thus a negative influence on the winding result to be achieved.
  • relative movements between the winding partners as may occur during winding by means of circulating belts, are effectively prevented by the maximum value range claimed according to the invention.
  • the width of the nip increases substantially continuously over the winding process under the main influence of the growing weight of the winding roll or the winding rolls and the effect of a Strain roller forms, is ensured in this way that a largely uniform distribution of the prevailing surface pressure and thus a consistently good winding result is guaranteed.
  • the ratio of the at least one opening and the at least one web of the boundary layer is selected such that the boundary layer forms a quasi-compressible behavior, the functional surfacing having a hardness of 200 +/- 20, preferably 200 +/- 10, more preferably 200 +/- 5 Pusy & Jones.
  • a functional coating according to the invention thus mimics, under the influence of loads acting on it during the winding process, by means of deformation work which becomes effective on it, a behavior defined by volume change work.
  • the height of the boundary layer ie its radial extent, is defined by the distance between the opening bottom and the surface of the functional lining.
  • the functional coating still retains its supporting, supporting, loading or contact function, ie with the functional coating, one achieves the desired contact behavior between the winding roller forming and the roller winder roller. In particular, one achieves an enlarged contact nip compared to a pure steel roller.
  • the term "quasi-compressible" is intended to express that the boundary layer is much more compressible than the rest of the functional coating. Because the rest of the functional coating is incompressible, it ensures the required winding function and retains its carrying or Support function at. In this way it is possible to combine the advantages of a compressible functional coating with the advantages of an incompressible functional coating.
  • the advantages of a compressible functional coating are, so to speak, integrated into the basic function of an incompressible functional coating, in which the boundary layer of the incompressible functional coating behaves "quasi-compressibly" under the special load of a forming wound roll due to targeted macrostructural weakening.
  • a plurality of openings are distributed uniformly or non-uniformly over the surface of the functional coating.
  • the openings can be introduced, for example, to form a hole or polygon pattern in the surface of the functional coating.
  • a hole pattern comprises circular or oval openings, which are preferably introduced vertically into the surface of the functional coating.
  • a polygon pattern may preferably be formed by intersecting grooves and form, for example, a diamond pattern on the surface of the functional coating.
  • the functional coating consists of a thermosetting elastomer or a thermoplastic elastomer.
  • Thermosetting resins make up the group with the most incompressible elastomers and offer outstanding technical properties. Even selected thermoplastics offer incompressible properties and, in addition, better processing and processing options.
  • the at least one opening has a rectangular cross-section.
  • openings are particularly easy to produce. For example they are easily and inexpensively introduced into the functional coating by milling or casting molds. Another advantage is that the free volume of such openings in abrasion of the functional coating, ie reducing the opening depth, is always linearly reduced, which makes the design of the openings particularly simple.
  • the at least one opening has a shape deviating from a rectangular cross-section, in particular the shape of an open polygon or an open ellipse.
  • the boundary layer under pressure load.
  • the webs of the boundary layer are then either progressively or degressively deformable.
  • the achievable volume flow and the flow of air removal can be influenced by the choice of the opening geometry.
  • the at least one opening in the surface of the functional lining forms a helical shape.
  • the web roll to be wound in particular the paper web roll
  • a helical opening continuously reciprocates on the surface of the forming web roll during rotation of the reel winder roller over a certain portion corresponding to the pitch of the helical shape. This makes it possible to treat even highly sensitive types of paper perfectly. In particular, winding errors such as placement, crepe wrinkles or bar formation are even better avoidable.
  • the function coating has a radial thickness in the range of 4 mm to 24 mm, preferably between 5 mm and 20 mm, most preferably from 6 mm to 16 mm.
  • the functional coating of a roller winder roller acts on the material web to be treated under the influence of friction, it is subject to a more or less severe wear due to abrasion.
  • the reduction of the shell thickness, ie the radial thickness of the functional coating, according to experience is not quite uniform.
  • it often happens that a functional coating is locally damaged due to foreign body impact. Uneven wear and such damage make it necessary that the coating must be nachschleifbar to contribute to the economic operation of a reel winder. For this reason, efforts are being made to provide as few millimeters of material as possible for such repair work.
  • the functional lining thickness increases, the internal forces which the functional coating has to withstand during the winding process also grow. The specified thickness ranges make good to very good compromises from these requirements.
  • the opening pitch is between 1.8 mm and 9.2 mm, preferably between 2.5 and 7.0, more preferably between 3.5 mm and 5.5 mm.
  • the opening width is between 0.5 mm and 2.5 mm, preferably between 0.7 mm and 1.6 mm, very preferably between 0.8 and 1.3 mm.
  • the opening depth is between 0.7 mm and 5 mm, preferably between 1.0 mm and 3.5 mm, most preferably between 1.3 and 2.8 mm.
  • the functional coating has at least one of the aforementioned parameters from the aforementioned value ranges, a quasi-compressible behavior of the boundary layer can be produced particularly well.
  • the boundary layer is defined by a feature combination of at least two parameters from the aforementioned 3 claimed parameter ranges.
  • Opening pitch is meant the common expansion of an opening and a web in the axial direction of the reel winder roller, opening width only the extent of the opening in the same direction and opening depth whose extent in the radial direction of the reel winder roller.
  • the functional coating is vulcanized onto the roll core, wound up, shrunk or glued.
  • an adhesion-promoting layer can also be stored temporarily.
  • roll winding device comprises a roll winding roll according to one of claims 1 to 10.
  • the roll winding device is designed as Doppeltragwalzenwickelvorraum and in particular has a cutting section and the roll winding roll is arranged according to one of claims 1 to 10 as seen in the web running direction, second support roller.
  • The, as seen in the web running direction, second support roller of a double carrier roller device basically has to take only supporting tasks in the winding process. Often, however, at least in one section of the winding process, unintentionally high surface pressures occur on the forming winding rolls and, due to this additional undesired high energy input, a falsification of the winding results.
  • the energy input in the winding roll which becomes active on the second support roll can lead to known winding defects, such as impermissibly high J lines, locations and the like. Also here is one of the most common sources of suggestions of the winding system, so of vibration initiators to find.
  • roller winder roller has too hard a surface, high surface pressures, and slight vibrations or Out-of-roundness movements act in the form of (almost) completely elastic impacts between the winding partners and can cause massive vibrations throughout the reel winder. If a roller winder roller has too soft a surface (functional coating), from a certain winding stage there is an increased influence of the so-called nip-induced winding hardness, which arises due to bead formation directly in front of the actual nip, and the winding hardness wrapped in the winding roller into an inadmissibly high Value range can drive. The achievable diameter of a winding roll is often limited in practice.
  • a reel winding apparatus designed according to the invention always provides sufficient load-bearing capacity and a defined influence of the second support roller.
  • the object of the invention is achieved in a method of the type mentioned in that the nip assumes a width of 58 mm to 75 mm, preferably from 63 mm to 75 mm during at least a portion of the winding process.
  • the winding roll is wound during at least a portion of the winding process with a nip in a width, that is, in an extent in the circumferential direction of 58 mm to 75 mm, preferably from 63 mm to 75 mm, the winding roll growing in the winding process over the entire wrapping process is gently wound and high-quality bobbins are produced even with large diameters. In this case, vibrations in the winding system can be effectively avoided.
  • the nip assumes this width in a last section of a winding process, preferably after the at least one winding roll has reached a diameter of at least 1380 mm, preferably of at least 1500 mm, more preferably of at least 1650 mm.
  • Fig. 1a shows a reel winding apparatus 1 in the form of a Doppeltragwalzenwickelvorraum, which is also referred to below as a support roller winder and having a first support roller 2, and seen in the web direction Rx, second support roller 3, which together form a winding bed 4, in which a winding roll. 5 lies.
  • a support roller winder which is also referred to below as a support roller winder and having a first support roller 2, and seen in the web direction Rx, second support roller 3, which together form a winding bed 4, in which a winding roll. 5 lies.
  • the support rollers 2, 3 is driven.
  • the reel winding device 1 has a, upstream of the winding bed 4, cutting section 24 for longitudinal division of the running material web M.
  • a loading roller 6 is located above the winding bed 4 intended.
  • the loading roller 6 moves with increasing diameter D of the winding roll 5 upwards, ie in the Rz direction, and can experience in certain cases along the circumference of the forming winding rollers 5 laterally, ie in the Rx direction a deflection.
  • roller winder rollers involved that is, the two support rollers 2, 3 and the loading roller 6, may have at their periphery a functional coating 17 according to the invention, which in connection with the FIGS. 3 to 5 is discussed in more detail.
  • Fig. 1b shows another embodiment of a roll winding device 7, which is designed as a so-called back-up roll winder.
  • the roll winding device 7 has a central roller 8, which can also be referred to as a support or contact roller.
  • a central roller 8 At the central roller 8 are winding rollers 5 and although in the axial direction Ry offset to each other gap. These bobbins 5 are held centric. You can also have a center drive 11, 12. When winding the bearings are moved along guideways 13, 14 obliquely upwards. The winding rollers 5 rest in the two upper quadrants on the central or support roller 8.
  • the central or support roller 8 is provided with a functional coating 17 according to the invention, which in connection with the already mentioned FIGS. 3 to 5 will be described in more detail.
  • FIG. 2 schematically a nip N is shown, which is formed between a winding roll 5 and a roll winder roller 20 and has a width B
  • the invention assumes at least a temporal portion of a winding process, a maximum value range of 58 mm to 75 mm, preferably from 63 mm to 75 mm
  • the nip N takes such a width B in a last one Section of the winding process.
  • a last section is to be understood as meaning a section to which no further time segment follows before the end of the winding process. In clear words, this means that once a width corresponding to the claimed maximum value range has formed, the width B of the nip N no longer leaves this value range until the end of the winding process.
  • a speed change has no effect on the present description of a last section of a winding process.
  • the roller winder roller 20 may be formed as a support roller 2 or 3, as a support roller 8 or as a loading roller 6 and consists of a roller core 15 and a functional coating 17, which has a boundary layer 17a, in which the nip width B is formed substantially.
  • the winding roll 5 has a diameter D.
  • the outer winding layers L are shown exaggerated for illustrative purposes.
  • the material web M to be wound up is reproduced with its surface OM coming into contact with the surface OF of the functional lining 17 in the overall representation, which is not to scale.
  • Fig. 3 now shows a longitudinal section of a section of a roller winder roller 20 according to the invention.
  • this roller may be one of the two support rollers 2, 3, the loading roller 6 or the central roller 8.
  • second support roller 3 is formed as a roller winder roller 20 according to the invention.
  • the roller winder roller 20 has a roller core 15, which may also be referred to as a carrier shell.
  • the roll core 15 is formed, for example, from steel or other solid material.
  • the roll core 15 should be made sufficiently stable so as not to be deformed by the adjacent winding rollers 5.
  • the functional coating 17 is always made of, essentially, incompressible elastomer. It can be multi-layered. The individual layers may consist of the same material, but optionally have other hardnesses. It is also conceivable that individual layers, such as by uniform or irregular structuring, are mechanically weakened or stiffened. However, the functional coating 17 preferably consists of a layer of an incompressible elastomer which is largely homogeneous.
  • this elastomer layer has been applied in several steps in the production of the roll winder roller or, for example, has a substantially uniformly distributed reinforcements.
  • the at least one opening 18 is defined by the opening width y and the opening depth t.
  • the at least one opening 18 is preferably rectangular. However, it may occasionally be advantageous also from the rectangular shape deviating opening shapes. In particular, polygonal or elliptical openings 18 may also be preferred.
  • a polygonal opening 18 can then be realized for example by a trapezoidal shape, an elliptical shape, for example, by the portion of a circular shape. It goes without saying that all described opening forms can be opened over more or narrower sections.
  • the at least one opening 18 is preferably introduced helically into the circumferential surface of the functional coating 17. In this case, a plurality of openings can be arranged next to each other, so that the image of a multi-thread on the surface of the functional coating 17 is formed. If a plurality of openings 18 are provided, these can also be arranged radially, ie form a closed circular shape. Such openings 18 may then be distributed at regular or irregular intervals from one another in the axial direction over the functional lining 17.
  • the functional coating 17 formed from an incompressible elastomer is characterized in its outer boundary layer 17a by at least one, preferably a combination of the following parameters: description variable value range tolerance unit slot pitch X 2.0 - 7.0 +/- 0.2 mm groove width y 0.7 - 1.6 +/- 0.2 mm groove depth t 1.0 - 3.5 +/- 0.2 mm reference thickness S 7.0 - 17.0 +/- 0.2 mm reference hardness 200 +/- 5.0 to +/- 20 Pusy & Jones
  • an aperture ratio of up to 80% may result, with an aperture ratio of at least 47% being preferred.
  • Particularly preferred is an opening ratio of slightly over 50%, for example from 51% or 52% to about 55%. This makes it possible that under the high surface pressure of a forming finished roller 5 of about 500 kg to now even over 5000 kg weight displaced volume of the incompressible functional coating, more precisely its supporting webs 19 can escape almost completely into the openings 18.
  • roller coiler rolls 20 equipped with functional coating according to the invention are suitable for wrapping finished rolls 5 with hitherto unknown end diameters and thereby enabling high production speeds, since known winding defects can now be effectively prevented even with developing finished rolls 5 of such dimensions.
  • the support and carrying capacity of the functional covering 17 or the roller winder roller 20 is formed by the combination of the particularly soft material having a hardness of about 200 Pusy & Jones and the ability to form unknown nips N of 58 mm to 75 mm, in particular over the entire winding process in the production of bobbins with large end diameters and correspondingly high weights, guaranteed over the entire winding process with extremely gentle treatment of the resulting bobbins 5.
  • a functional lining 17 according to the invention can be next to it, as in FIG. 5 also have at least one suction opening 21 which is located so that it corresponds to a suction opening 22 in the roll core 15.
  • Roller winding device here: roller winder
  • roller winder roller here: carrier roller
  • Roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winder roller here: carrier roller
  • roller winding device here: back-up roller winder
  • 8th Roller Winder Roller here: Central Roller, Back-up Roller
  • 11 center drive
  • center drive 13
  • guideway 14
  • guideway 15
  • Rollenwicklerwalze 21
  • Suction opening in the functional lining 22
  • Suction opening in the roll core 23 mandrel 24 slitting section
  • B Width of the nip
  • D diameter here: paper web
  • N nip OF Surface functional coating

Landscapes

  • Winding Of Webs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rollenwicklerwalze (20) mit einem Rollenkern (15), der radial außen einen Funktionsbelag (17) aus einem im Wesentlichen inkompressiblen Elastomer aufweist und dessen radial außen liegende Grenzschicht (17a) durch mindestens eine Öffnung und mindestens einen Steg gebildet ist, und die Grenzschicht (17a) unter Ausbildung eines Nips (N) mit einer Wickelhülse und/oder einer Wickelrolle in Wirkkontakt bringbar ist, wobei der Nip eine Breite aufweist, die über einen Wickelprozess änderbar ist. Man möchte die Qualität von Wickelrollen zu verbessern. Im Besonderen soll dabei ein Augenmerk auf die qualitativ hochwertige Erzeugung von Wickelrollen mit großen Durchmessern gelegt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass für die Breite des Nips ein Maximalwertbereich von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75mm, erreichbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rollenwicklerwalze mit einem Rollenkern, der radial außen einen Funktionsbelag aus einem inkompressiblen Elastomer aufweist und dessen Grenzschicht durch mindestens eine Öffnung und mindestens einen Steg definiert ist, und die unter Ausbildung eines Nips mit einer Wickelhülse und/oder einer Wickelrolle in Wirkkontakt bringbar ist, wobei der Nip eine Breite aufweist, die sich über einen Wickelprozess ändert.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Funktionsbelag für eine Rollenwicklerwalze.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Rollenwickelvorrichtung zum Wickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, um einen Wickelkern, insbesondere eine Wickelhülse zu einer Wickelrolle mittels wenigstens einer Rollenwicklerwalze, die als Tragwalze, Stützwalze oder Belastungswalze ausgebildet ist, die unter Ausbildung eines Nips mit der Wickelhülse und/oder der Wickelrolle in Wirkkontakt bringbar ist, wobei der Nip eine Breite aufweist, die sich über einen Wickelprozess ändert.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens einen Wickelkern, vorzugsweise eine Wickelhülse, zu einer Wickelrolle, mittels einer Rollenwickelvorrichtung, die mindestens eine Rollenwicklerwalze aufweist, die einen Funktionsbelag aufweist, der während eines Wickelprozesses unter Ausbildung eines Nips an der mindestens einen Wickelrolle anliegt und mittels dem eine in der Materialbahn herrschende Spannung beziehungsweise Dehnung beeinflusst wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist jedoch auch auf andere Materialbahnen anwendbar, die auf ähnliche Weise gehandhabt werden können. Als Beispiel für eine Wickelvorrichtung dient in der Folge eine Rollenschneidmaschine, auf die die Erfindung mit besonderem Vorteil anwendbar ist.
  • Um den Herstellungsprozess der Papiererzeugung so effizient wie möglich zu gestalten, ist man bestrebt, möglichst breite Papierbahnen mit möglichst hoher Geschwindigkeit zu fertigen.
  • Die so entstandenen Papierbahnen werden zur Weiterverarbeitung oder zum Transport auf Leertamboure aufgewickelt und dann häufig Volltamboure oder Mutterrollen genannt, die derzeit üblicherweise axiale Längen von bis zu 11 m, Durchmesser von über 4 m und Gewichte von bis zu 170 Tonnen erreichen. Für einige Weiterverarbeitungsprozesse, insbesondere aber für den Transport außer Haus sind solche großen und schweren Rollen zu unhandlich.
  • Deshalb müssen sie für den Transport außer Haus und die sich daran anschließenden Weiterverarbeitungsprozesse zu handhabbaren Rollen gemacht werden. Das geschieht in Rollenwickelvorrichtungen, bei denen zwischen dem Abwickeln und Aufwickeln noch ein Längsschneiden der Materialbahn vorgesehen ist, so dass in der Rollenwickelvorrichtung mehrere Teilbahnrollen gleichzeitig gewickelt werden.
  • Bei Rollenwickelvorrichtungen, die häufig kurz als Rollenwickler bezeichnet werden, unterscheidet man prinzipiell zwischen Tragwalzenwicklern, bei denen die Rolle oder die Rollen mit ihrem Gewicht auf zwei oder mehr Tragwalzen aufliegen, und Kontaktwalzenwicklern, bei denen die Rollen zentrisch gehalten werden und nur an einer Kontaktwalze anliegen. In vielen Fällen wird von der Kontaktwalze ein Teil des Rollengewichts aufgenommen. In diesem Fall wird der Kontaktwalzenwickler auch als Stützwalzenwickler bezeichnet. Bei einem Tragwalzenwickler gibt es vielfach noch eine Belastungs- oder Reiterwalze, die zu Beginn eines Wickelvorganges einen Rollenkern mit einer sich darauf aufbauenden Wickelrolle mit einer erhöhten Kraft in das durch die Tragwalzen gebildete Wickelbett drückt, um einen bestimmten Wickelspannungsverlauf zu erzeugen.
  • Unabhängig von der Art des Rollenwicklers möchte man möglichst hohe Wickelgeschwindigkeiten erzielen können, um eine hohe Produktivität zu erzielen. Dabei möchte man gleichzeitig eine gute Wickelqualität erreichen und Beschädigungen der Materialbahn vermeiden.
  • Man hat daher die früher verwendeten Rollenwicklerwalzen, die als Stahlwalzen ausgebildet waren, mit einem Funktionsbelag versehen. Der Funktionsbelag ist durch einen Elastomer gebildet und ermöglicht einen gegenüber einer Stahlwalze verbreiterten Auflage- oder Kontaktnip zwischen der Rollenwicklerwalze und der Wickelrolle. Rollenwicklerwalzen mit einem Funktionsbelag bringen verbesserte Wickelergebnisse und ermöglichen es, Wickelrollen mit einem größeren Durchmesser als bei Stahlwalzen zu wickeln, weil der Druck im verbreiterten Auflagebereich bis hin zu mittleren Rollendurchmessern nicht mehr ein unzulässiges Maxiumum übersteigt.
  • Allerdings gibt es auch bei Rollenwicklerwalzen, die einen Funktionsbelag aufweisen, nach wie vor Probleme im Betriebsverhalten.
    Bei Funktionsbelägen für Rollenwickler wird grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Arten unterschieden, nämlich solchen aus kompressiblen Elastomeren und solchen aus inkompressiblen Elastomeren, die beide die Eigenschaften des sich bildenden Wickels grundsätzlich verschieden beeinflussen. Funktionsbeläge aus kompressiblen Werkstoffen verdichten sich bei Durchlauf des Nips. Dabei erzeugen bislang verwendete Funktionsbeläge in der Praxis die in Warenlaufrichtung breitesten Nips, nämlich bis zu maximal 50 bis 55 mm. Funktionsbeläge aus inkompressiblen Elastomeren können lediglich Nipbreiten um 35 mm realisieren, während auch große Wickel auf Stahlwalzen kaum mehr als 20 mm Nipbreite vorweisen. Die relativ großen Nipbreiten und der wesentlich geringere E-Modul der Elastomere gegenüber dem E-Modul von Stahl lassen einen erheblich schonenderen Wickelprozess zu als das Stahlwalzen tun. Dies wirkt insbesondere der Gefahr von Platzstellen, Kreppfalten, Riegeln und Markierungen entgegen. Funktionsbeläge aus Elastomeren quetschen den an der Materialbahn anliegenden Luftstrom im Nip ab und verhindern damit wirkungsvoll ein Einwickeln von, an der sich bewegenden Materialbahn anliegenden, Luft in den sich bildenden Wickel. Damit verhindern sie ein "Weich"-werden des Wickels und seitlichen Bahnverlauf. Somit ermöglichen Rollenwicklerwalzen mit elastomeren Funktionsbelägen auch höhere Produktions- beziehungsweise Wickelgeschwindigkeiten. Auch in dieser Disziplin erzielen Funktionsbeläge aus kompressiblen Elastomeren höhere Wirkungsgrade als ihre inkompressiblen Pendants. Allerdings sind Funktionsbeläge aus kompressiblen Werkstoffen nur für kleinere bis mittlere Fertigrollengewichte geeignet. Bei hohen Belastungen gelangen kompressible Funktionsbeläge rasch an ihre Funktionsgrenzen und reagieren dann wie eine auf Materialkontakt komprimierte Feder und stellen die Belastungen starr an ihr Gegenlager durch. Die gewünschten Effekte bleiben dann aus, die Rollenwicklerwalze nimmt vielmehr im Wesentlichen die Eigenschaften einer reinen Stahlwalze an.
    Zudem sind kompressible Werkstoffe, nach Stand der Technik, nur in manuellen Fertigungsprozessen, insbesondere durch streifenförmiges Verkleben, auf den Rollenkern einer Rollenwicklerwalze aufbringbar. Entsprechend kostspielig ist ihre Herstellung und entsprechend aufwändig ihre Instandsetzung.
    Funktionsbeläge aus inkompressiblen Elastomeren bieten dagegen auch gegenüber Fertigrollen mit hohen Gewichten eine gute Trag- und Stützfähigkeit. Auch sie vergleichmäßigen Querprofilschwankungen der zu wickelnden Materialbahn und verringern gleichzeitig die Gefahr von Markierungen, da sie, ähnlich wie kompressible Funktionsbeläge, mit geringeren Anpressdrücken als Rollenwicklerwalzen aus Stahl arbeiten. Sie bringen jedoch einen weiteren, nicht immer gewünschten, einzigartigen Wickeleffekt mit sich: die so genannte nipinduzierte Wickelhärte - die sich bildenden Wickel erhalten also bei sonst gleichen Fahrdaten der Wickelvorrichtung durch die Verwendung von Rollenwicklerwalzen mit Funktionsbelägen aus inkompressiblen Elastomeren höhere Wickelhärten als durch Rollenwicklerwalzen aus Stahl.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität von Wickelrollen zu verbessern. Im Besonderen soll dabei ein Augenmerk auf die qualitativ hochwertige Erzeugung von Wickelrollen mit großen Durchmessern gelegt werden.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Rollenwicklerwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass für die Breite des Nips ein Maximalwertbereich von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75mm, erreichbar ist.
  • Zur Bestimmung eines Maximalwertbereichs ist es dabei ausreichend, wenn die Breite des Nips einen Wert aus dem beanspruchten Bereich annimmt. Die Breite des Nips muss dabei nicht zwangsweise durch einen ununterbrochenen Kontakt zwischen Funktionsbelag und Wickelhülse/Wickelrolle gebildet sein. Kleinere Zwischenräume oder auch Kontaktverluste innerhalb des Nips sollen hier unbeachtet bleiben. Bevorzugt ist es jedoch, dass innerhalb des Nips eine Kontaktzone zwischen Rollenwicklerwalze und Wickelhülse/Wickelrolle ausgebildet ist, in der zumindest weitgehend, also möglichst über 90%, ganz bevorzugt nahezu 100 % Kontakt zwischen Rollenwicklerwalze und Wickelhülse/Wickelrolle besteht.
  • Mittels eines derartig breiten Nips sind auch hohe Rollengewichte gut abstützbar und die sich im Nipbereich ausbildende Flächenpressung in der entstehenden Wickelrolle in moderaten Grenzen haltbar. Somit ist die Wickelrolle besonders schonend behandelbar und es sind insbesondere auch bei Wickelrollen mit großen Enddurchmessern qualitativ hochwertige Wickelergebnisse erzielbar.
    Ferner sind die entstehenden Wickelrollen mittels der hohen Kontaktbeziehungsweise Anlagefläche besonders gut stabilisierbar und somit ein besonders ruhiger Wickelprozess erreichbar, was abermals einen massiven Einfluss auf die Steigerung der zu erwartenden Wickelqualität besitzt. Andererseits wird bei Ausbildung eines Nips in dem erfindungsgemäß beanspruchten Maximalwertbereich einer Breite von bis zu 75 mm eine Relativbewegung zwischen den Wickelpartnern wirksam vermieden. Das Entstehen von Relativbewegungen ist unter Anderem abhängig vom Durchmesserverhältnis der beteiligten Wickelpartner und der Breite Ihres untereinander ausgebildeten Nips. Treten Relativbewegungen auf haben diese unter Anderem Reibbelastung an der Oberfläche der aufzuwickelnden Papierbahn und den oberen Lagen der bereits aufgewickelten Papierbahn und somit einen negativen Einfluss auf das zu erzielende Wickelergebnis zur Folge. Derartige Relativbewegungen zwischen den Wickelpartnern, wie sie etwa beim Wickeln mittels umlaufender Bänder auftreten können, werden aber durch den erfindungsgemäß beanspruchten Maximalwertbereich wirksam vermieden.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass der Maximalwertbereich nach Erreichen eines Durchmessers der Wickelrolle von wenigstens 1380 mm, bevorzugt von wenigstens 1500 mm, ganz bevorzugt von wenigstens 1650 mm erzielbar ist.
  • Da sich die Breite des Nips im Wesentlichen kontinuierlich steigend über den Wickelprozess unter dem Haupteinfluss des wachsenden Gewichts der Wickelrolle oder der Wickelrollen und dem wirkenden Einfluss einer Belastungswalze, ausbildet, ist auf diese Weise sichergestellt, dass eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der vorherrschenden Flächenpressung und damit ein konstant gutes Wickelergebnis gewährleistet ist.
  • Es ist von großem Vorteil, wenn das Verhältnis der mindestens einen Öffnung und des mindestens einen Stegs der Grenzschicht derart gewählt ist, dass die Grenzschicht ein quasikompressibles Verhalten ausbildet, wobei der Funktionsbelag eine Härte von 200 +/-20, vorzugsweise von 200 +/- 10, ganz vorzugsweise von 200 +/- 5 Pusy & Jones aufweist.
  • Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Funktionsbelag gute Tragfähigkeiten ausbildet, die Stege jedoch erfindungsgemäß derart in das freie Volumen der Öffnungen verdrängbar sind, dass sich ein quasikompressibles Verhalten der Grenzschicht ausbildet. Ein erfindungsgemäßer Funktionsbelag imitiert also, unter dem Einfluss an ihm während des Wickelprozesses wirksam werdender Belastungen, mittels an ihm wirksam werdenden Formänderungsarbeiten ein durch Volumenänderungsarbeiten definiertes Verhalten.
  • Die Höhe der Grenzschicht, also ihre radiale Ausdehnung, wird dabei durch den Abstand zwischen Öffnungsboden und Oberfläche des Funktionsbelages definiert.
    Der Funktionsbelag behält nach wie vor seine Trag-, Stütz-, Belastungs-oder Kontaktfunktion, d.h. mit dem Funktionsbelag erreicht man das gewünschte Berührungsverhalten zwischen der sich bildenden Wickelrolle und der Rollenwicklerwalze. Insbesondere erreicht man einen gegenüber einer reinen Stahlwalze vergrößerten Kontaktnip.
  • Mit dem Begriff "quasikompressibel" soll ausgedrückt werden, dass die Grenzschicht wesentlich kompressibler ist als der übrige Funktionsbelag. Dadurch, dass der übrige Funktionsbelag inkompressibel ist, gewährleistet er die erforderliche Wickelfunktion und behält seine Trag- oder Stützfunktion bei.
    Auf diese Weise ist es möglich, die Vorteile eines kompressiblen Funktionsbelages mit den Vorteilen eines inkompressiblen Funktionsbelages zu vereinigen. Die Vorteile eines kompressiblen Funktionsbelages werden sozusagen in die Grundfunktion eines inkompressiblen Funktionsbelages integriert, in dem sich die Grenzschicht des inkompressiblen Funktionsbelages auf Grund gezielter makrostruktureller Schwächung unter der speziellen Belastung einer sich bildenden Wickelrolle "quasikompressibel" verhält.
    Somit ist es erstmals möglich, auch große und schwere Wickelrollen, vorzugsweise mit einem Rollenenddurchmesser von über 1400 mm, bevorzugt mit einem Rollenenddurchmesser von über 1650 mm, mit hohen Wickelgeschwindigkeiten, beispielsweise mit maximal 2500 m/min insbesondere mit maximal 2800 m/min, ganz insbesondere mit maximal 3100 m/min zu wickeln. Die axiale Ausdehnung (in Ry-Richtug) einer einzelnen Wickelrolle ist bei dieser Betrachtung von nebengeordneter Bedeutung, da die im einzelnen Wickelspalt auftretende und auf die Materialbahn beziehungsweise die einzelnen Wickellagen wirksame Belastung als Strecken- beziehungsweise Linienlast auftritt. Die Streckenlast wird unabhängig vom Schnittmuster allgemein in Newton pro Meter gemessen und dient dem Technologen als Bewertungsgrundlage beobachteter Wickelfehler.
  • Es ist bevorzugt, dass mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90%, ganz bevorzugt mindestens 97% des, unter einer Druckbelastung von 10 t/m2 bis 100 t/m2, bevorzugt von 20 t/m2 bis 80 t/m2, verdrängten Stegmaterials von der mindestens einen Öffnung aufnehmbar ist.
  • Auf diese Weise ist es besonders gut möglich, quasikompressible Eigenschaften der Grenzschicht des an sich inkompressiblen Funktionsbelages auszubilden.
  • Es ist von Vorteil, wenn mindestens zwei Öffnungen, bevorzugt 3 bis 6 Öffnungen, ganz bevorzugt eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen sind.
  • Es ist bevorzugt, dass mehrere Öffnungen gleichmäßig oder ungleichmäßig über die Oberfläche des Funktionsbelages verteilt sind.
  • Auf diese Weise ist die Lastverteilung auf den Funktionsbelag besonders gleichmäßig verteilbar oder abschnittsweise konzentrierbar.
    Die Öffnungen können beispielsweise unter Bildung eines Loch- oder Polygonmusters in die Oberfläche des Funktionsbelages eingebracht sein. Ein Lochmuster umfasst dabei insbesondere kreisrunde oder ovale Öffnungen, die vorzugsweise senkrecht in die Oberfläche des Funktionsbelages eingebracht sind. Ein Polygonmuster kann bevorzugt durch sich kreuzende Nuten ausgebildet sein und beispielsweise ein Rautenmuster auf der Oberfläche des Funktionsbelages bilden.
    Ferner ist der, von der sich schnell bewegenden, aufzuwickelnden Materialbahn, mitgerissene Luftfilm besser abführbar. Eingewickelte Luft macht die Wickelrollen "weich" und führt zu Folgefehlern, wie beispielsweise dem Teleskopieren.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Funktionsbelag aus einem duroplastischen Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer besteht.
  • Duroplaste stellen die Gruppe mit den meisten inkompressiblen Elastomeren, sie bieten dazu hervorragende technische Eigenschaften. Auch ausgesuchte Thermoplaste bieten inkompressible Eigenschaften und daneben eine bessere Ver- und Bearbeitungsmöglichkeit.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn die mindestens eine Öffnung einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
  • Derartige Öffnungen sind besonders einfach herstellbar. Beispielsweise sind sie durch Fräsungen oder Gussformen leicht und preiswert in den Funktionsbelag einbringbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das freie Volumen derartiger Öffnungen bei Abrieb des Funktionsbelags, also bei Verringerung der Öffnungstiefe, stets linear reduziert wird, was die konstruktive Auslegung der Öffnungen besonders einfach gestaltet.
  • Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn die mindestens eine Öffnung eine, von einem rechteckigen Querschnitt abweichende Form, insbesondere die Form eines offenen Polygons oder einer offenen Ellipse aufweist.
  • Auf diese Weise ist es möglich, ein nicht lineares Verhalten der Grenzschicht unter Druckbelastung zu erzeugen. Die Stege der Grenzschicht sind dann entweder progressiv oder degressiv verformbar. Auch sind durch die Wahl der Öffnungsgeometrie der erreichbare Volumenstrom und die Strömungsart der Luftabfuhr beeinflussbar.
  • Mit Vorteil kann dafür gesorgt sein, dass die mindestens eine Öffnung in der Oberfläche des Funktionsbelages eine Schraubenlinienform ausbildet.
  • Auf diese Weise ist die zu wickelnde Materialbahnrolle, insbesondere Papierbahnrolle, besonders schonend behandelbar. Eine schraubenlinienförmige Öffnung bewegt sich während der Rotation der Rollenwicklerwalze kontinuierlich über einen bestimmten Abschnitt, der der Steigung der Schraubenlinienform entspricht, auf der Oberfläche der sich bildenden Materialbahnrolle hin- und her. Damit lassen sich auch hochempfindliche Papiersorte hervorragend behandeln. Insbesondere sind Wickelfehler wie Platzstellen, Kreppfalten oder Riegelbildung nochmals besser vermeidbar.
  • Es ist vorteilhaft dass mehrere, Öffnungen schraubenlinienförmig nebeneinander angeordnet sind.
  • Auf diese Weise sind die eben beschriebenen Effekte besonders effektiv umsetzbar.
  • Bevorzugt weist der Funktionsbelag eine radiale Dicke im Bereich von 4 mm bis 24 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 20 mm, ganz vorzugsweise von 6 mm bis 16 mm auf.
  • Da der Funktionsbelag einer Rollenwicklerwalze auf die zu behandelnde Materialbahn unter Reibungseinfluss einwirkt, unterliegt er einem mehr oder minder starkem Verschleiß auf Grund von Abrieb. Dabei geht die Reduzierung der Mantelstärke, also der radialen Dicke des Funktionsbelages, erfahrungsgemäß nicht ganz gleichmäßig von statten. Auch kommt es in der Praxis immer wieder vor, dass ein Funktionsbelag durch Fremdkörpereinwirkung lokal beschädigt wird. Ungleichmäßiger Verschleiß und derartige Beschädigungen machen es notwendig, dass der Belag nachschleifbar sein muss um zum wirtschaftlichen Betreiben eines Rollenwicklers beizutragen. Aus diesem Grund ist man bestrebt, möglichst einige Millimeter Material für derartige Instandsetzungsarbeiten bereit zu stellen.
    Mit steigender Funktionsbelagsdicke wachsen jedoch auch die inneren Kräfte, denen der Funktionsbelag im Wickelprozess standhalten muss.
    Die angegebenen Dickebereiche bilden gute bis sehr gute Kompromisse aus diesen Anforderungen.
  • Mit Vorteil beträgt die Öffnungsteilung zwischen 1,8 mm und 9,2 mm, bevorzugt zwischen 2,5 und 7,0, ganz bevorzugt zwischen 3,5 mm und 5,5 mm.
  • Mit Vorteil beträgt die Öffnungsbreite zwischen 0,5 mm und 2,5 mm, bevorzugt zwischen 0,7 mm und 1,6 mm, ganz bevorzugt zwischen 0,8 und 1,3 mm beträgt.
  • Mit Vorteil beträgt die Öffnungstiefe zwischen 0,7 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 1,0 mm und 3,5 mm, ganz bevorzugt zwischen 1,3 und 2,8 mm.
  • Weist der Funktionsbelag mindestens einen der genannten Parameter aus den zuvor genannten Wertebereichen auf, ist ein quasikompressibles Verhalten der Grenzschicht besonders gut erzeugbar. Dabei ist es jedoch bevorzugt, dass die Grenzschicht durch eine Merkmalskombination von mindestens zwei Parametern aus den vorgenannten 3 beanspruchten Parameterbereichen definiert ist.
  • Unter Öffnungsteilung versteht man dabei die gemeinsame Ausdehnung einer Öffnung und eines Steges in axialer Richtung der Rollenwicklerwalze, unter Öffnungsbreite lediglich die Ausdehnung der Öffnung in dieselbe Richtung und unter Öffnungstiefe deren Ausdehnung in radialer Richtung der Rollenwicklerwalze.
  • Es ist bevorzugt, dass der Funktionsbelag auf den Rollenkern aufvulkanisiert, aufgewickelt, aufgeschrumpft oder aufgeklebt ist.
  • Auf diese Weise ist, auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten, eine besonders stabile Verbindung des Funktionsbelages mit dem Rollenkern erzielbar. Dabei kann auch eine Haftvermittlungs-Schicht zwischengelagert sein.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer Rollenwickelvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass Rollenwickelvorrichtung eine Rollenwickelwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird für eine Rollenwickelvorrichtung der eingangs genannten Art auf diese Weise vollkommen erfüllt. Die Vorteile und die besonderen Vorteile sind analog der Beschreibung der erfindungsgemäßen Rollenwicklerwalze zu entnehmen.
  • Von ganz besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Rollenwickelvorrichtung als Doppeltragwalzenwickelvorrichtung ausgebildet ist und insbesondere eine Schneidpartie aufweist und die Rollenwickelwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als, in Bahnlaufrichtung gesehen, zweite Tragwalze angeordnet ist.
  • Die, in Bahnlaufrichtung gesehen, zweite Tragwalze einer Doppeltragwalzenvorrichtung hat im Grunde lediglich stützende Aufgaben im Wickelprozess einzunehmen. Häufig entstehen hier jedoch zumindest in einem Abschnitt des Wickelprozesses ungewollt hohe Flächenpressungen auf die sich bildenden Wickelrollen und durch diesen zusätzlichen, an sich ungewollten hohen Energieeintrag eine Verfälschung der Wickelergebnisse. Insbesondere kann der an der zweiten Tragwalze wirksam werdende Energieeintrag in der Wickelrolle zu bekannten Wickelfehlern, wie unzulässig hohen J-Linien, Platzstellen und Ähnlichem führen. Auch ist hier eine der häufigsten Quellen von Anregungen des Wickelsystems, also von Schwingungsinitiatoren, zu finden.
    Besitzt die Rollenwicklerwalze eine zu harte Oberfläche, entstehen hohe Flächenpressungen, und leichte Schwingungen oder
    Unrundheitsbewegungen wirken sich in Form von (nahezu) vollkommen elastischen Stößen zwischen den Wickelpartnern aus und können massive Schwingungen in der gesamten Rollenwickelvorrichtung hervorrufen. Besitzt eine Rollenwicklerwalze eine zu weiche Oberfläche (Funktionsbelag) kommt es ab einem gewissen Wickelstadium zu vermehrtem Einfluss der so genannten Nip-induzierten Wickelhärte, die auf Grund einer Wulstbildung direkt vor dem eigentlichen Nip entsteht, und die in die Wickelrolle eingewickelte Wickelhärte in einen unzulässig hohen Wertebereich treiben kann. Der erzielbare Durchmesser einer Wickelrolle wird in der Praxis häufig dadurch limitiert. Ab einem gewissen Wickelstadium (Gewicht der Wickelrolle) kommt dann häufig sogar hinzu, dass die Tragfähigkeit der weichen Oberfläche erschöpft ist und die Rollenwicklerwalze dann beispielsweise wieder Eigenschaften einer harten Rollenwicklerwalze annehmen.
    Eine erfindungsgemäß ausgebildete Rollenwickelvorrichtung bietet dagegen stets genügende Tragfähigkeit und einen definierten Einfluss der zweiten Tragwalze.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Nip während wenigstens eines Abschnittes des Wickelprozesses eine Breite von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75 mm einnimmt.
  • Dadurch, dass die Wickelrolle während wenigstens eines Abschnittes des Wickelprozesses mit einem Nip in einer Breite, das heißt in einer Ausdehnung in Umfangsrichtung, von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75 mm gewickelt wird, kann die im Wickelprozess wachsenden Wickelrolle über den gesamten Wickelprozess schonend gewickelt und Wickelrollen hoher Qualität auch bei großen Durchmessern hergestellt werden. Dabei können Schwingungen im Wickelsystem wirksam vermieden werden.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn der Nip diese Breite in einem letzten Abschnitt eines Wickelprozesses annimmt, vorzugsweise nachdem die mindestens eine Wickelrolle einen Durchmesser von wenigstens 1380 mm, bevorzugt von wenigstens 1500 mm, ganz bevorzugt von wenigstens 1650 mm erreicht hat.
  • Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Beschreibung der erfindungsgemäßen Rollenwicklerwalze analog zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Hierin zeigen schematisch und unmaßstäblich:
    • Fig. 1a
    eine Darstellung einer Tragwalzen-Wickelvorrichtung,
    Fig. 1b
    eine Darstellung einer Stützwalzen-Wickelvorrichtung,
    Fig 2
    schematische Darstellung eines Nips
    Fig. 3
    einen Ausschnitt aus einer ersten Rollenwicklerwalze im Längsschnitt,
    Fig. 4
    einen Ausschnitt aus einer zweiten Rollenwicklerwalze im Längsschnitt,
    Fig 5
    einen Ausschnitt aus einer dritten Rollenwicklerwalze im Längsschnitt,
  • Fig. 1a zeigt eine Rollenwickelvorrichtung 1 in Form einer Doppeltragwalzenwickelvorrichtung, die im Folgenden auch einfacher als Tragwalzenwickler bezeichnet wird und die eine erste Tragwalze 2, und eine, in Bahnlaufrichtung Rx gesehen, zweite Tragwalze 3 aufweist, die zusammen ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine Wickelrolle 5 liegt. Natürlich können in dem Wickelbett 4 auch mehrere Wickelrollen 5 in Axialrichtung Ry nebeneinander liegen. Mindestens eine der Tragwalzen 2, 3 ist angetrieben. Wenn sich diese Tragwalze 2, 3 dreht, dann wird die Wickelrolle 5 durch Reibung mitgedreht und zieht dadurch eine Materialbahn M, beispielsweise eine Papierbahn auf sich. Die Rollenwickelvorrichtung 1 weist eine, dem Wickelbett 4 vorgelagerte, Schneidpartie 24 zur Längsteilung der laufenden Materialbahn M auf.
  • Um das Herausspringen der Wickelrolle 5 aus dem Wickelbett 4 zu verhindern und um eine bestimmte Wickelhärte zu Beginn des Wickelns zu erzeugen, ist eine Belastungswalze 6 oberhalb des Wickelbetts 4 vorgesehen. Die Belastungswalze 6 wandert mit zunehmendem Durchmesser D der Wickelrolle 5 nach oben, also in Rz-Richtung, und kann dabei in bestimmten Fällen auch entlang des Umfangs der sich bildenden Wickelrollen 5 seitlich, also in Rx-Richtung eine Auslenkung erfahren.
  • Jede der beteiligten Rollenwicklerwalzen, also die beiden Tragwalzen 2, 3 und die Belastungswalze 6, können an ihrem Umfang einen erfindungsgemäßen Funktionsbelag 17 aufweisen, der im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 5 näher diskutiert wird.
  • Fig. 1b zeigt eine andere Ausführungsform einer Rollenwickelvorrichtung 7, die als so genannter Stützwalzenwickler ausgebildet ist. Die Rollenwickelvorrichtung 7 weist eine Zentralwalze 8 auf, die auch als Stütz-oder Kontaktwalze bezeichnet werden kann. An der Zentralwalze 8 liegen Wickelrollen 5 an und zwar in Axialrichtung Ry zueinander versetzt auf Lücke. Diese Wickelrollen 5 werden zentrisch gehalten. Sie können auch einen Zentrumsantrieb 11, 12 aufweisen. Beim Wickeln werden die Lagerungen entlang von Führungsbahnen 13, 14 schräg nach oben verfahren. Die Wickelrollen 5 liegen in den beiden oberen Quadranten an der Zentral- beziehungsweise Stützwalze 8 an.
  • Bei einer derartigen Wickelvorrichtung 7 ist die Zentral- beziehungsweise Stützwalze 8 mit einem erfindungsgemäßen Funktionsbelag 17 versehen, der im Zusammenhang mit den bereits erwähnten Figuren 3 bis 5 näher beschrieben wird.
  • In Figur 2 ist schematisch ein Nip N dargestellt, der zwischen einer Wickelrolle 5 und einer Rollenwicklerwalze 20 ausgebildet ist und eine Breite B aufweist, die erfindungsgemäß während wenigstens eines zeitlichen Abschnittes eines Wickelprozesses einen Maximalwertbereich von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75 mm annimmt. Vorzugsweise nimmt der Nip N eine derartige Breite B in einem letzten Abschnitt des Wickelprozesses ein. Unter einem letzten Abschnitt ist dabei ein Abschnitt zu verstehen, an den sich kein weiterer zeitlicher Abschnitt mehr vor Ende des Wickelprozesses anschließt. In klaren Worten bedeutet dies also, dass wenn sich einmal eine Breite entsprechend des erfindungsgemäß beanspruchten Maximalwertbereieiches ausgebildet hat, die Breite B des Nips N diesen Wertebereich bis zum Ende des Wickelprozesses nicht mehr verläßt. Eine Geschwindigkeitsänderung hat auf die hier vorliegende Beschreibung eines letzten Abschnitts eines Wickelprozesses keine Auswirkung.
  • Die Rollenwicklerwalze 20 kann dabei als Tragwalze 2 oder 3, als Stützwalze 8 oder als Belastungswalze 6 ausgebildet sein und besteht aus einem Rollenkern 15 und einem Funktionsbelag 17, der eine Grenzschicht 17a aufweist, in der sich die Nipbreite B im Wesentlichen ausbildet. Die Wickelrolle 5 weist einen Durchmesser D auf. Die äußeren Wickellagen L sind zur Veranschaulichung übertrieben groß dargestellt. Ebenso ist die aufzuwickelnde Materialbahn M mit ihrer mit der Oberfläche OF des Funktionsbelages 17 in Kontakt tretenden Oberfläche OM in der insgesamt nicht maßstäblichen Darstellung wiedergegeben.
  • Fig. 3 zeigt nun im Längsschnitt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Rollenwicklerwalze 20. Diese Walze kann, wie oben erwähnt, eine der beiden Tragwalzen 2, 3, die Belastungswalze 6 oder die Zentralwalze 8 sein. Von ganz besonderem Vorteil ist es dabei, wenn zumindest die in Bahnlaufrichtung gesehen, zweite Tragwalze 3 als erfindungsgemäße Rollenwicklerwalze 20 ausgebildet ist.
  • Die Rollenwicklerwalze 20 weist einen Rollenkern 15 auf, der auch als Tragmantel bezeichnet werden kann. Der Rollenkern 15 ist beispielsweise aus Stahl oder einem anderen festen Material gebildet. Der Rollenkern 15 soll ausreichend stabil ausgestaltet sein, um durch die anliegenden Wickelrollen 5 nicht verformt zu werden.
  • Auf dem Umfang des Rollenkerns 15 befindet sich zunächst eine Haftvermittler-Schicht 16, die jedoch nicht in allen Ausführungsfällen notwendig ist. Auf der Haftvermittler-Schicht 16 ist ein Funktionsbelag 17 aufgebracht. Der Funktionsbelag 17 ist erfindungsgemäß stets aus, im Wesentlichen, inkompressiblem Elastomer gebildet. Dabei kann er mehrschichtig aufgebaut sein. Die einzelnen Schichten können dabei aus dem gleichen Material bestehen, gegebenenfalls aber andere Härten aufweisen. Es ist auch denkbar, dass einzelne Schichten, etwa durch gleichmäßige oder ungleichmäßige Strukturierungen, mechanisch geschwächt oder versteift sind. Bevorzugt besteht der Funktionsbelag 17 jedoch aus einer Schicht eines, weitgehend homogen aufgebauten, inkompressiblen Elastomers. Dabei ist es unerheblich, ob diese Elastomerschicht bei der Herstellung der Rollenwicklerwalze in mehreren Schritten aufgetragen wurde oder beispielsweise eine weitgehend gleichmäßig verteilte Armierungen aufweist.
    In den vorliegenden, etwa 10 mm bis 16 mm starken, Funktionsbelag 17 , beispielsweise aus einem, auf den Rollenkern 15 aufvulkanisierten
    Duroplast, ist mindestens eine Öffnung 18 eingebracht, die bis zur äußeren Oberfläche des Funktionsbelages reicht und deren Boden 18a den inneren Rand einer Grenzschicht 17a definiert. Die mindestens eine Öffnung 18 ist durch die Öffnungsbreite y und die Öffnungstiefe t definiert. Die mindestens eine Öffnung 18 ist bevorzugt rechteckig ausgeführt. Es können fallweise jedoch auch von der rechteckigen Form abweichende Öffnungsformen von Vorteil sein. So können insbesondere auch polygonförmige oder elliptische Öffnungen 18 bevorzugt sein. Eine polygonförmige Öffnung 18 kann dann beispielsweise durch eine Trapezform realisiert sein, eine elliptische Form beispielsweise durch den Abschnitt einer Kreisform. Es versteht sich von selbst, dass alle beschriebenen Öffnungsformen über weitere oder engere Abschnitte geöffnet sein können.
    Die mindestens eine Öffnung 18 ist bevorzugt schraubenlinienförmig in die umfängliche Oberfläche des Funktionsbelages 17 eingebracht. Dabei können auch mehrere Öffnungen nebeneinander angeordnet sein, sodass sich das Bild eines mehrgängigen Gewindes auf der Oberfläche des Funktionsbelages 17 ausbildet.
    Sind mehrere Öffnungen 18 vorgesehen, können diese auch radial angeordnet sein, also eine geschlossene Kreisform bilden. Derartige Öffnungen 18 können dann in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen voneinander in axialer Richtung über den Funktionsbelag 17 verteilt sein.
    In besonders bevorzugter Weise ist der aus einem inkompressiblen Elastomer gebildete Funktionsbelag 17 in seiner äußeren Grenzschicht 17a durch mindestens einen, vorzugsweise einer Kombination der folgenden Parameter gekennzeichnet:
    Bezeichnung Variable Wertebereich Toleranz Einheit
    Nutteilung X 2,0 - 7,0 +/- 0,2 mm
    Nutbreite y 0,7 - 1,6 +/- 0,2 mm
    Nuttiefe t 1,0 - 3,5 +/- 0,2 mm
    Bezugsdicke S 7,0 - 17,0 +/- 0,2 mm
    Bezugshärte 200 +/- 5,0 bis
    +/- 20    		 Pusy &
    Jones
  • Auf diese Weise kann sich ein Öffnungsverhältnis von bis zu 80% ergeben, wobei ein Öffnungsverhältnis von mindestens 47% bevorzugt ist.
    Besonders bevorzugt ist ein Öffnungsverhältnis von etwas über 50%, beispielsweise von 51 % oder 52% bis ca. 55%.
    Dadurch wird es möglich, dass das unter der hohen Flächenpressung einer sich bildenden Fertigrolle 5 von etwa 500 kg bis nunmehr sogar über 5000 kg Gewicht verdrängte Volumen des inkompressiblen Funktionsbelages, genauer gesagt dessen tragender Stege 19 nahezu vollständig in die Öffnungen 18 entweichen kann. Statt eines, die Wickelhärte erhöhenden und dem Nip N vor- und/oder nacheilenden Materialwulstes, verbreitert sich unter Belastung lediglich die Auflagefläche und damit die wirksame Nipbreite B eines erfindungsgemäßen Funktionsbelages 17. Mit dem erfindungsgemäßen Funktionsbelag ausgerüstete Rollenwicklerwalzen 20 sind dazu geeignet, Fertigrollen 5 mit bisher ungekannten Enddurchmessern zu wickeln und dabei hohe Produktionsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, da bekannte Wickelfehler nun auch bei entstehenden Fertigrollen 5 derartiger Dimensionen wirksam verhindert werden können. Die Stütz- und Tragfähigkeit des Funktionsbelages 17 beziehungsweise der Rollenwicklerwalze 20 wird durch die Kombination des besonders weichen Materials mit einer Härte von etwa 200 Pusy & Jones und die Fähigkeit ungekannt breite Nips N von 58 mm bis 75 mm auszubilden, über den gesamten Wickelprozess insbesondere auch bei der Herstellung von Wickelrollen mit großen Enddurchmessern und entsprechend hohen Gewichten, über den gesamten Wickelprozess bei äußerst schonender Behandlung der entstehenden Wickelrollen 5 garantiert.
  • Ein erfindungsgemäßer Funktionsbelag 17 kann daneben, wie in Figur 5 dargestellt, auch mindestens eine Saugöffnung 21 aufweisen, die derart lokalisiert ist, dass sie mit einer Saugöffnung 22 im Rollenkern 15 korrespondiert.
    • Bezugszeichenliste
  • 1 Rollenwickelvorrichtung (hier: Tragwalzenwickler)
    2 Rollenwicklerwalze (hier: Tragwalze)
    3 Rollenwicklerwalze (hier: Tragwalze)
    4 Wickelbett
    5 Wickelrolle / Fertigrolle
    6 Rollenwicklerwalze (hier:Belastungswalze, Auflagewalze)
    7 Rollenwickelvorrichtung (hier: Stützwalzenwickler)
    8 Rollenwicklerwalze (hier: Zentralwalze, Stützwalze)
    11 Zentrumsantrieb
    12 Zentrumsantrieb
    13 Führungsbahn
    14 Führungsbahn
    15 Rollenkern
    16 Haftvermittler-Schicht
    17 Funktionsbelag
    17a Grenzschicht
    18 Öffnung
    18a Öffnungsboden
    19 Steg
    20 Rollenwicklerwalze
    21 Saugöffnung im Funktionsbelag
    22 Saugöffnung im Rollenkern
    23 Wickelhülse
    24 Schneidpartie
    B Breite des Nips
    D Durchmesser
    L Wickellage
    M Materialbahn (hier: Papierbahn)
    N Nip
    OF Oberfläche Funktionsbelag
    OM Oberfläche Materialbahn
    s Stärke des Funktionsbelages
    t Öffnungstiefe
    x, x1... xn Öffnungsteilung
    y, y1...yn Öffnungsbreite
    Rx X-Richtung (Bahnlaufrichtung)
    Ry Y-Richtung (axiale Richtung der Rollenwickelerwalzen)
    Rz Z-Richtung (Höhenrichtung)

Claims (15)

  1. Rollenwicklerwalze (20) mit einem Rollenkern (15), der radial außen einen Funktionsbelag (17) aus einem im Wesentlichen inkompressiblen Elastomer aufweist und dessen radial außen liegende Grenzschicht (17a) durch mindestens eine Öffnung (18) und mindestens einen Steg (19) gebildet ist, und die Grenzschicht (17a) unter Ausbildung eines Nips (N) mit einer Wickelhülse (23) und/oder einer Wickelrolle (5) in Wirkkontakt bringbar ist, wobei der Nip (N) eine Breite (B) aufweist, die sich über einen Wickelprozess ändert, dadurch gekennzeichnet, dass
    für die Breite (B) des Nips (N) ein Maximalwertbereich von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75mm, erreichbar ist.
  2. Rollenwicklerwalze (20) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Maximalwertbereich nach Erreichen eines Durchmessers (D) der Wickelrolle (5) von wenigstens 1380 mm, bevorzugt von wenigstens 1500 mm, ganz bevorzugt von wenigstens 1650 mm erzielbar ist.
  3. Rollenwicklerwalze (20) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Volumenverhältnis der mindestens einen Öffnung (18) und des mindestens einen Stegs (19) der Grenzschicht (17a) derart gewählt ist, dass die Grenzschicht (17a) ein quasi kompressibles Verhalten ausbildet, wobei der Funktionsbelag (17) eine Härte von 200 +/-20, vorzugsweise von 200 +/- 10, ganz vorzugsweise von 200 +/- 5 Pusy & Jones aufweist.
  4. Rollenwicklerwalze (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90%, ganz bevorzugt mindestens 97% des, unter einer Druckbelastung von 10 t/m2 bis 100 t/m2, bevorzugt von 20 t/m2 bis 80 t/m2, verdrängten Materials des mindestens einen Stegs (19) von der mindestens einen Öffnung (18) aufnehmbar ist.
  5. Rollenwicklerwalze (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Funktionsbelag (17) aus einem duroplastischen Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer besteht.
  6. Rollenwicklerwalze (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Öffnung (18) einen rechteckigen Querschnitt aufweist,
    oder
    die mindestens eine Öffnung (18) eine, von einem rechteckigen Querschnitt abweichende Form, insbesondere die Form eines offenen Polygons oder einer offenen Ellipse aufweist.
  7. Rollenwicklerwalze (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Funktionsbelag (17) eine radiale Dicke (s) im Bereich von 4 mm bis 24 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm und 20 mm, ganz vorzugsweise von 6 mm bis 16 mm aufweist.
  8. Rollenwicklerwalze (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Offnungsteilung (x) zwischen 1,8 mm und 9,2 mm, bevorzugt zwischen 2,5 und 7,0, ganz bevorzugt zwischen 3,5 mm und 5,5 mm beträgt.
  9. Rollenwicklerwalze (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    Öffnungsbreite (y) zwischen 0,5 mm und 2,5 mm, bevorzugt zwischen 0,7 mm und 1,6 mm, ganz bevorzugt zwischen 0,8 und 1,3 mm beträgt.
  10. Rollenwicklerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Öffnungstiefe (t) zwischen 0,7 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 1,0 mm und 3,5 mm, ganz bevorzugt zwischen 1,3 und 2,8 mm beträgt.
  11. Funktionsbelag (17) für eine Rollenwicklerwalze (20)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Funktionsbelag (17) zur Herstellung einer Rollenwicklerwalze (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf den Rollenkern (15) der Rollenwicklerwalze (20) aufvulkanisierbar, aufwickelbar, aufschrumpfbar oder aufklebbar ist.
  12. Rollenwickelvorrichtung (1,7) zum Wickeln einer Materialbahn (M), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, um einen Wickelkern, insbesondere eine Wickelhülse (23) zu einer Wickelrolle (5) mittels wenigstens einer Rollenwicklerwalze (20), die als Tragwalze (2,3), Stützwalze (8) oder Belastungswalze (6) ausgebildet ist die unter Ausbildung eines Nips (N) mit der Wickelhülse (23) und/oder der Wickelrolle (5) in Wirkkontakt bringbar ist, wobei der Nip (N) eine Breite (B) aufweist, die sich über einen Wickelprozess ändert, dadurch gekennzeichnet, dass
    Rollenwickelvorrichtung (1,7) eine Rollenwickelwalze (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
  13. Rollenwickelvorrichtung (1,7), nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rollenwickelvorrichtung als Doppeltragwalzenwickelvorrichtung (1) ausgebildet ist und insbesondere eine Schneidpartie (24) aufweist und die Rollenwickelwalze (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als, in Bahnlaufrichtung gesehen, als zweite Tragwalze (3) angeordnet ist.
  14. Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn (M), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens einen Wickelkern, vorzugsweise eine Wickelhülse (23), zu einer Wickelrolle (5), mittels einer Rollenwickelvorrichtung (1,7), die mindestens eine Rollenwicklerwalze (20) aufweist, die einen Funktionsbelag (17) aufweist, der während eines Wickelprozesses unter Ausbildung eines Nips (N) an der mindestens einen Wickelrolle (5) anliegt und mittels dem eine in der Materialbahn (M) herrschende Spannung beziehungsweise Dehnung beeinflusst wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Nip (N) während wenigstens eines Abschnittes des Wickelprozesses eine Breite (B) von 58 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 63 mm bis 75mm einnimmt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Nip (N) diese Breite (B) in einem letzten Abschnitt eines Wickelprozesses annimmt, vorzugsweise nachdem die mindestens eine Wickelrolle einen Durchmesser (D) von wenigstens 1380 mm, bevorzugt von wenigstens 1500 mm, ganz bevorzugt von wenigstens 1650 mm erreicht hat.
EP11189098A 2010-11-26 2011-11-15 Rollenwicklerwalze, Funktionsbelag für eine Rollenwicklerwalze, Rollenwickelvorrichtung und Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn Withdrawn EP2457856A3 (de)

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