EP2502860A2

EP2502860A2 - Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn

Info

Publication number: EP2502860A2
Application number: EP12159567A
Authority: EP
Inventors: Rolf Van Haag
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: EP2502860A3; CN102745532A; DE102011006158A1; EP2502860B1; CN102745532B

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Wickelrolle (5) angegeben mit mindestens einer Walze (2, 3), an der die Wickelrolle (5) beim Wickeln anliegt und die beim Wickeln rotiert, wobei die Walze (2, 3) in einer Lagereinrichtung mit einem Lager (7, 8) an jedem Walzenende gelagert ist. Man möchte auch vibrationskritische Materialbahnen mit möglichst wenig Problemen aufwickeln können. Hierzu ist vorgesehen, dass das Lager (7, 8) eine hydrostatische Abstützung mit mindestens einer ersten Lagertasche (12) aufweist, die mit Hydraulikflüssigkeit gespeist ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Wickelrolle mit mindestens einer Walze, an der die Wickelrolle beim Wickeln anliegt und die beim Wickeln rotiert, wobei die Walze in einer Lagereinrichtung mit einem Lager an jedem Walzenende gelagert ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen Materialbahnen anwendbar, bei denen ähnliche Probleme auftreten. Vorrichtungen zum Aufwickeln von Papierbahnen erreichen hohe Arbeitsbreiten von mehr als 10 m. Die auf ihnen hergestellten Wickelrollen können im Falle längs geteilter Bahnen dabei einen Enddurchmesser von 1,6 m und mehr erreichen. Im Falle ungeteilter Bahnen können die Enddurchmesser 3,5 m und mehr betragen.
Beim Aufwickeln von Papierbahnen kann man vielfach beobachten, dass die Wickelvorrichtung in Schwingungen gerät. Diese Schwingungen sind aus mehreren Gründen unerwünscht. zum einen erzeugen sie Geräusche. zum anderen verschlechtern sie die Qualität der erzeugten Wickelrolle. In kritischen Situationen können die Schwingungen so stark sein, dass sie zum Auswurf der Rolle aus der Wickelvorrichtung führen.
Besonders beim Aufwickeln von Papieren mit einem hohen Haftreibwert kommt es zu starken unerwünschten Schwingungserscheinungen. Man spricht bei diesen Papiersorten allgemein von vibrationskritischen Papieren. Diese liegen vor, wenn der Haftreibwert der Papierlagen untereinander größer ist als 0,5, insbesondere den Wert 0,7 und mehr erreicht.
Man nimmt an, dass die Schwingungen auf einen Selbsterregungseffekt aus der Wickelrolle zurückgehen. Bedingt durch einen hohen Haftreibbeiwert der Papierlagen untereinander werden die üblichen Lagenverschiebungen beim Aufwickeln der Papierbahn weitgehend unterdrückt. Dies hat zur Folge, dass sich dynamisch bedingte Wickelhärtedifferenzen am Umfang der Wickelrolle einstellen, die zu Radienveränderungen am Umfang der Wickelrolle führen, weil durch die fehlende Lagenverschiebung die Wickelhärteunterschiede nicht ausreichend ausgeglichen werden. Aus jeder dynamischen Verformung der Wickelrolle bzw. der dynamischen Wickelbelastung an der oder den Walzen verbleibt ein kleiner Anteil als bleibende ortsfeste Verformung, welche dann beim Wiedereinlauf in eine Wickelkontaktzone wie eine Wegerregung wirkt. Dieser regenerative Effekt führt beim Zusammentreffen einiger Harmonischen der Wickeldrehzahl mit bestimmten Eigenfrequenzen des aus der oder den Walzen und der Wickelrolle gebildeten Wickelsystems zu einem Selbsterregungsprozess, bei dem sich die Schwingungen selbst verstärken.
Man hat bislang versucht, diesem Problem dadurch entgegenzuwirken, dass man die erste Eigenfrequenz, also die niedrigste Eigenfrequenz, des Systems so hoch ansetzt, dass sie beim Betreiben der Wickelvorrichtung nicht erreicht wird. Die bekannten Systeme waren also auf die höchste Drehzahl der Walze oder der Walzen ausgelegt. Dabei wird berücksichtigt, dass nur Drehfrequenzen unterhalb der höchsten Drehzahl beim Anfahren der Wickelvorrichtung durchlaufen werden. Die von einer Wickelrolle auf die Wickelwalzen wirksam werdende Erregerfrequenz ist am größten, wenn die Wickelrolle auf die maximale Wickelgeschwindigkeit beschleunigt worden ist und bezüglich der dann eingetretenen Hauptwickelphase noch den kleinsten Durchmesser hat. Mit zunehmendem Durchmesser der Wickelrollen und bei konstanter Zufuhr der Materialbahn nimmt dann die Drehfrequenz der Wickelrolle und damit die von ihr auf die Wickelwalzen ausgeübte Erregerfrequenz wieder entsprechend ab.
Zusätzlich hat man versucht, das Auftreten von Schwingungen durch geeignete Dämpfer zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch vibrationskritische Materialbahnen mit möglichst wenig Problemen aufwickeln zu können.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Lager eine hydrostatische Abstützung mit mindestens einer ersten Lagertasche aufweist, die mit Hydraulikflüssigkeit gespeist ist.
Bei einer hydrostatischen Abstützung ruht die Walze auf Hydraulikflüssigkeit, die fortlaufend durch einen "Ölspalt" strömt, der sich an der Begrenzung der Lagertasche ergibt. Unabhängig von der Last stellt sich jedenfalls im Mittel immer der gleiche Ölspalt an der Begrenzung der Lagertasche ein. Kurzzeitige bzw. schnelle Bewegungen, wie die einer Schwingbewegung, können jedoch aufgenommen werden. Eine beispielsweise elektronische Regelung der Walzenposition ist dabei nicht erforderlich.
Vorzugsweise ist die Lagertasche mit einem konstanten Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit gespeist. Wenn die Last vergrößert wird, dann verringert sich der Ölspalt etwas und der Drosselwiderstand für die Hydraulikflüssigkeit, die durch den Ölspalt abströmt, erhöht sich. Dadurch steigt der Druck in der Lagertasche, was der erhöhten Last entgegenwirkt. Damit ergibt sich sozusagen eine statische Positionsregelung. Ein konstanter Volumenstrom lässt sich relativ einfach bereitstellen, beispielsweise durch eine Konstantpumpe oder eine Pumpe mit einem Konstantstromregler.
Alternativ dazu kann die Lagertasche über eine Drossel mit einem konstanten Vordruck in Verbindung stehen. Der konstante Vordruck richtet sich nach der zu erwartenden Last und sollte wesentlich größer sein als ein durch diese Last erzeugter Gegendruck. Auch in diesem Fall ergibt sich eine automatische statische Positionsregelung. Wenn die Last steigt, vergrößert sich der Drosselwiderstand im Ölspalt. Dementsprechend kann weniger Hydraulikflüssigkeit aus der Lagertasche abfließen und der Druckabfall an der Drossel zwischen dem konstanten Vordruck und der Lagertasche wird entsprechend kleiner, so dass der Druck in der Lagertasche wieder ansteigt. Dieser ansteigende Druck wirkt der vergrößerten Last entgegen.
Beide Möglichkeiten machen sich also zunutze, dass sich der Druck in der Lagertasche automatisch an die Belastungsverhältnisse anpasst. Diese Anpassung kann sehr schnell erfolgen, so dass die beim Wickeln auftretenden Schwingungen auch gut aufgenommen werden können. Im Mittel bleibt die Walze in der gewünschten Position. Die Lager können aber die Schwingung gut aufnehmen.
Vorzugsweise steht die Lagertasche über eine Drossel mit einem Druckspeicher in Verbindung. Der Druckspeicher nimmt bei einer Schwingungsbewegung der Walze kurzzeitig die Flüssigkeit auf, die durch den Spalt am Rand der Lagertasche nicht abfließen kann, und gibt sie bei der entgegengesetzten Bewegung der Walze wieder ab. Dabei muss die Flüssigkeit jeweils durch die Drossel fließen, was eine Dämpfung bewirkt. Mit Hilfe der Drossel wird also Energie aus dem schwingenden System herausgenommen. Die Kombination aus hydrostatischer Abstützung und Druckspeicher mit Drossel bewirkt also eine klare Trennung der dynamischen und der statischen Eigenschaften des Lagers, so dass sich auf einfache Weise unterschiedliche Steifigkeiten für den statischen Zustand und für den dynamischen Zustand erreichen lassen.
Vorzugsweise weist die Drossel einen verstellbaren Drosselwiderstand auf. Damit lässt sich die Dämpfung einstellen. Man kann auf einfache Weise Einfluss auf die dynamische Steifigkeit des Lagers nehmen, so dass die dynamische Steifigkeit so eingestellt werden kann, dass sich möglichst wenig Schwingungen ergeben.
Bevorzugterweise ist die Drossel mit einer von außen betätigbaren Stelleinrichtung verbunden. Dementsprechend kann man die dynamische Steifigkeit auch noch dann verändern, wenn die Drossel im Innern des Lagers eingebaut ist. Dadurch ist es möglich, eine adaptive Dämpfung zu bewirken, d.h. man kann die dynamische Steifigkeit und die Dämpfung situationsbezogen einstellen.
Vorzugsweise ist die hydrostatische Abstützung mit einer Federanordnung in Reihe geschaltet. Die Federanordnung kann beispielsweise eine Vorspannung in Richtung auf die Lagertasche erzeugen. Sie kann auch verwendet werden, um das Lager insgesamt härter einzustellen.
Bevorzugterweise ist mindestens eine weitere hydrostatische Abstützung mit mindestens einer zweiten Lagertasche vorgesehen, die mit einem konstanten Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit oder über eine Drossel von einem konstanten Druck gespeist ist, wobei die zweite Lagertasche eine andere Wirkrichtung als die erste Lagertasche aufweist. Man kann beispielsweise die Wirkrichtung der ersten Lagertasche und die Wirkrichtung der zweiten Lagertasche unter einem Winkel von 90° zueinander ausrichten. Dadurch ist es möglich, das Lager in zwei oder mehr Richtungen abzustützen. Man ist also nicht mehr darauf beschränkt, das Lager nur in Schwerkraftrichtung hydrostatisch abzustützen.
Vorzugsweise ist mindestens eine Lagertasche in zwei Teiltaschen unterteilt, von denen jede über eine Zuführ-drossel gespeist ist. Mit dieser Ausgestaltung kann man ein Kippen des Lagers gegenüber den Lagertaschen verhindern. Vielmehr wird dafür gesorgt, dass das Lager immer über seine gesamte Abstützfläche parallel zu den Kanten der Lagertaschen gehalten wird.
Vorzugsweise weist die Lagereinrichtung eine Steifigkeit auf, die sich mit der Erregerfrequenz verändert. Man hat also eine statische Steifigkeit, die gegen Belastungen wirksam ist, deren Frequenzen theoretisch gegen Null gehen. In der Praxis werden üblicherweise Belastungen als statisch betrachtet, deren Frequenzen kleiner 0,1 Hz sind. Die dynamische Steifigkeit wird demgegenüber gegen Belastungen wirksam, deren Frequenzen höher als 0,1 Hz sind. Rotiert also eine Walze bleibt die statische Steifigkeit im Wesentlichen gegen die wirksame Gewichtskraft der Walze wirksam, während die dynamische Steifigkeit gegen die dann auftretenden höherfrequenten Belastungen wirksam werden muss. Die Steifigkeit ist hierbei die Summensteifigkeit beider Lager einer Walze.
Dabei ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung eine statische Steifigkeit aufweist, die größer ist als die Steifigkeit der Walze. Die Lagereinrichtung ist also für sehr kleine Erregerfrequenzen (f < 0,1 Hz) relativ steif, so dass auch beim Auftreten von größeren Kräften, wie beispielsweise der Gewichtskraft einer fertigen Wickelrolle, keine Ortsveränderung der Walze zu beobachten ist.
Hierbei ist bevorzugt, dass die statische Steifigkeit mindestens das 2-fache der Steifigkeit der Walze beträgt. Die statische Steifigkeit kann also relativ groß gewählt werden.
Auch ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung bei der verminderten Drehfrequenz eine dynamische Steifigkeit aufweist, die kleiner ist als die Steifigkeit der Walze. Mit zunehmender Erregerfrequenz wird die Steifigkeit der Lagereinrichtung also zurückgesetzt, so dass die Lagereinrichtung der Schwingungsbewegung der Walze weniger Widerstand entgegensetzt. Im Bereich der Schwingungsamplitude kann die Lagereinrichtung also in gewissen Grenzen nachgeben. Die Walze wird im Wickelprozess stets durch mehrere Einflüsse, also überlagert, erregt. Die Erregung ändert sich fortlaufend, da sie hauptsächlich von der Wickelrolle ausgeht. Die von der aktuellen Drehfrequenz der Walze selbst ausgehende Erregung ist in weiten Bereichen wesentlich besser vorhersehbar und spielt daher beim Erreichen kritischer Wickelzustände eine eher nebengeordnete Rolle.
Hierbei ist bevorzugt, dass die dynamische Steifigkeit maximal 50 % der Steifigkeit der Walze beträgt. Es existiert also ein erheblicher Unterschied zwischen der dynamischen Steifigkeit und der statischen Steifigkeit der Lagereinrichtung.
Mit dieser Ausgestaltung kann die Vorrichtung jedenfalls dann, wenn die maximale Wickelgeschwindigkeit erreicht ist, überkritisch gefahren werden, d.h. die Drehfrequenz der Walze kann größer sein als die Eigenfrequenzen des Systems aus Walze und Lagereinrichtung. Damit ist es möglich, zwischen der Wegerregung der (unrunden) Wickelrolle und der Systemantwort der schwingenden Walze mit aufliegender Wickelrolle eine Phasenverschiebung von ungefähr 180° zu erzeugen. Auch wenn diese Phasenverschiebung nicht vollständig erreicht wird, ergibt sich doch ein sehr positiver Effekt dadurch, dass die Schwingungen gedämpft werden bzw. nicht so stark erregt werden wie bisher. Natürlich kann die Vorrichtung auch unterkritisch gefahren werden.
Wenn die Wickelrolle beim Erreichen ihres maximalen Durchmessers mit einer verminderten Drehfrequenz rotiert, kann die erste Eigenfrequenz sogar kleiner sein als die verminderte Drehfrequenz der Wickelrolle. Wie oben ausgeführt, wickelt man die Materialbahn vielfach mit einer konstanten Geschwindigkeit auf. Dies führt dazu, dass die Drehzahl der Wickelrolle mit zunehmendem Durchmesser der Wickelrolle abnimmt. Die Eigenfrequenz des Systems aus Walze und Lagereinrichtung wird dann noch kleiner gewählt, nämlich kleiner als die verminderte Drehfrequenz der Wickelrolle bei ihrem maximalen Durchmesser. Der maximale Durchmesser ist üblicherweise durch die Wickelvorrichtung vorgegeben. Gleiches gilt auch für die gewünschte Zuführgeschwindigkeit der Materialbahn und damit für die maximale Drehfrequenz der Walze, die sie erreicht, wenn zu Beginn eines Wickelvorgangs die Materialbahn auf die gewünschte Zuführgeschwindigkeit beschleunigt worden ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Wickelrolle,
Fig. 2: eine erste Ausführungsform eines Lagers,
Fig. 3: eine zweite Ausführungsform eines Lagers,
Fig. 4: eine dritte Ausführungsform eines Lagers,
Fig. 5: eine vierte Ausführungsform eines Lagers und
Fig. 6: verschiedene Frequenzverläufe.

Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine Wickelvorrichtung 1 in Form eines Doppeltragwalzenwicklers. Die Wickelvorrichtung 1 weist zwei Tragwalzen 2, 3 auf, die zwischen sich ein Wickelbett 4 bilden, in dem eine schematisch dargestellte Wickelrolle 5 liegt, auf die eine nicht näher dargestellte Materialbahn aufgewickelt wird. Die Ausbildung eines derartigen Doppeltragwalzenwicklers an sich ist bekannt.
Die beiden Tragwalzen 2, 3 sind in einem Maschinengestell 6 gelagert. Hierzu weist jede Tragwalze 2, 3 eine Lagereinrichtung mit einem Lager 7, 8 an jedem Ende der Tragwalzen 2, 3 auf. Nur ein Lager 7, 8 ist in Fig. 1 jeweils sichtbar.
Eine derartige Wickelvorrichtung kann mit einer maximalen Zuführgeschwindigkeit betrieben werden. Diese Zuführgeschwindigkeit beträgt beispielsweise 2.500 m/min oder 3.000 m/min. Dadurch ergibt sich eine bestimmte Drehzahl und damit eine bestimmte Drehfrequenz der Tragwalzen 2, 3. Für diese Drehfrequenz ist die Wickelvorrichtung ausgelegt. Die Drehzahl der Wickelrolle 5 ist zu Beginn eines Wickelvorganges am größten, weil die Wickelrolle 5 hier ihren kleinsten Durchmesser aufweist. Am Ende des Wickelvorganges, wenn die Wickelrolle 5 ihren maximalen Durchmesser erreicht hat, rotiert die Wickelrolle 5 mit einer verminderten Drehfrequenz.
Jede Tragwalze 2, 3 weist (einschließlich ihrer Lagereinrichtung mit den Lagern 7 bzw. 8) eine erste Eigenfrequenz auf. Die erste Eigenfrequenz ist die niedrigste Eigenfrequenz. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich dabei um eine Biegeeigenfrequenz. Man wählt die erste Eigenfrequenz der Tragwalze 2, 3 mit Lager 7, 8 nun so, dass sie kleiner ist als die maximale Drehfrequenz der Tragwalze 2, 3.
Dies führt dazu, dass die Vorrichtung 1 überkritisch betrieben werden kann mit der Folge, dass es möglich ist, zwischen der Wegerregung der Wickelrolle 5 und der Systemantwort des Schwingungssystems aus einer Tragwalze mit der aufliegenden verformbaren Wickelrolle 5 eine Phasenverschiebung von annähernd 180° zu erzeugen.
Um diesen Zustand zu erreichen, müssen die Tragwalzen 2, 3 dynamisch sehr weich abgestimmt sein. Allerdings muss das System statisch relativ hart sein, um beispielsweise die Masse der fertigen Wickelrolle 5 aufnehmen zu können.
Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt das Lager 7 vergrößert und in stark schematisierter Form.
Das Lager 7 weist ein Lagergehäuse 9 auf, in dem ein Walzenzapfen 10 der Tragwalze 2 drehbar gelagert ist. Der Walzenzapfen 10 kann im Lagergehäuse 9 durchaus mit Wälzlagern oder dergleichen gelagert sein.
Das Lagergehäuse 9 ist in einem Maschinengehäuse 11 angeordnet, das mit dem Maschinengestell 6 verbunden ist oder einen Teil des Maschinengestells 6 bildet. Das Maschinengehäuse 11 weist in Schwerkraftrichtung unterhalb des Lagergehäuses 9 eine erste Lagertasche 12 einer hydrostatischen Abstützung auf. Die erste Lagertasche 12 ist mit einem Zuführkanal 13 für Hydraulikflüssigkeit verbunden. Der Zuführkanal 13 wird über eine nicht näher dargestellte Versorgungseinrichtung mit einem konstanten Strom Vp an Hydraulikflüssigkeit versorgt. Die hierzu notwendige Pumpe und Regeleinrichtung ist an sich bekannt und daher nicht dargestellt.
Die erste Lagertasche 12 ist von einem ringartigen Ölsteg 14 umgeben. Der Ölsteg 14 bildet mit dem Lagergehäuse 9 einen Spalt 15, der ebenfalls umlaufend um die Lagertasche 12 ausgebildet ist. Die über die Zuführleitung 13 zufließende Hydraulikflüssigkeit kann also nur über den Spalt 15 entweichen und über einen Abfluss 16 abgeführt werden.
Dadurch, dass der Volumenstrom Vp der Hydraulikflüssigkeit konstant ist, ergibt sich im statischen Fall auch immer eine annähernd konstante mittlere Höhe ho des Spalts 15, so dass das Lagergehäuse 9 gegenüber dem Maschinengehäuse 11 immer eine klar definierte Position hat, ohne dass eine wie immer geartete sonstige Regelung erforderlich wäre.
Alternativ zu einem konstanten Volumenstrom kann man auch eine andere Art der Versorgung der Lagertasche 12 mit Hydraulikflüssigkeit vorsehen: man speist die Lagertasche 12 mit einem höheren Druck und führt die Hydraulikflüssigkeit über eine Drossel (nicht dargestellt) zu. Auch in diesem Fall ergibt sich der geschilderte Effekt.
Die erste Lagertasche 12 steht mit einem Druckspeicher 17 in Verbindung und zwar über eine Drossel 18. Der Druckspeicher 17 ist hier als Gasdruckspeicher ausgebildet mit einer Membran 19, die einen Flüssigkeitsbereich 20 von einem unter Druck stehenden Gasbereich 21 trennt.
Wenn nun die Tragwalze 2 schwingt, wird auch das Lagergehäuse 9 in entsprechende Schwingungen versetzt. Dadurch bleibt zwar der Spalt 15 im Mittel mit seiner Höhe ho erhalten. Die Dicke des Spalts 15 schwankt aber mit der gleichen Frequenz, mit der auch die Tragwalze 7 schwingt.
Da über den Zuführkanal 13 der konstante Volumenstrom Vp der Hydraulikflüssigkeit zugeführt wird, kann in der Zeit, in der der Spalt 15 verringert worden ist und damit der Strömungswiderstand erhöht worden ist, die dann nicht über den Spalt 15 abfließende Hydraulikflüssigkeit in dem Flüssigkeitsbereich 20 des Druckspeichers 17 aufgenommen werden. In den Zeiten, in denen sich der Spalt 15 etwas vergrößert hat, wird die Flüssigkeit dann aus dem Druckspeicher 17 wieder abgegeben.
Sowohl beim Einströmen in den Druckspeicher 17 als auch beim Herausströmen aus dem Druckspeicher 17 muss die Hydraulikflüssigkeit die Drossel 18 durchströmen. Dann wird Bewegungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Dem schwingenden System wird dadurch Energie entzogen.
Auf diese Weise ergibt sich eine relativ weiche Lagerung gegenüber Schwingungen. Mit anderen Worten hat das Lager 7 eine hohe Steifigkeit gegenüber statischen Belastungen und eine relativ niedrige Steifigkeit gegenüber dynamischen Belastungen. Bezogen auf die Steifigkeit der Tragwalze 2 ist die statische Steifigkeit des Lagers 7 beispielsweise mindestens doppelt so groß und die dynamische Steifigkeit des Lagers 7 ist beispielsweise maximal halb so groß.
Da das Lagergehäuse 9 gegenüber dem Maschinengehäuse 11 prinzipiell unbeweglich ist, ist ein Anschlagen des Lagergehäuses 9 am Maschinengehäuse 11 bei extremen Belastungen unter der zu erwartenden Quetschöldämpfung auf den Ölsteg 14 des hydrostatischen Lagers völlig unkritisch.
Die Drossel 18 kann einen veränderbaren Drosselwiderstand aufweisen. Dies ist schematisch durch einen Pfeil 22 dargestellt. Man kann zur Verstellung des Drosselwiderstandes eine von außen betätigbare Stelleinrichtung verwenden, beispielsweise einen elektrischen Motor oder dergleichen. Dementsprechend ist es möglich, den Drosselwiderstand der Drossel 18 auch dann zu verstellen, wenn die Drossel 18, wie dargestellt, in das Lager 7 eingebaut und damit nicht zugänglich ist.
Das Lagergehäuse 9 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Querschnitt in Form eines Rechtecks. Die erste Lagertasche 12 wirkt auf eine Seite dieses Rechtecks. Ferner sind zwei zweite Lagertaschen 23, 24 vorgesehen, die auf Seiten des Rechtecks wirken, die senkrecht zu der Seite angeordnet sind, auf die die erste Lagertasche 12 wirkt. Auch die zweiten Lagertaschen 23, 24 sind mit Zuführkanälen 25, 26 verbunden, die mit einem konstanten Volumenstrom Vp versorgt werden. Auch die zweiten Lagertaschen 23, 24 sind von Ölstegen 27, 28 umgeben, die mit dem Lagergehäuse 9 einen Ölspalt 29, 30 bilden, so dass das Lagergehäuse 9 gegenüber dem Maschinengehäuse 11 auch in andere Richtungen eine hydrostatische Abstützung aufweist. Diese zweiten Lagertaschen 23, 24 können dann ebenfalls mit einem nicht näher dargestellten Druckspeicher verbunden sein.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Lagers 7, bei der gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Lagertaschen 23, 24 entfallen. Stattdessen wird das Lagergehäuse 9 gegenüber dem Maschinengehäuse 11 hier durch Federpakete 31, 32 abgestützt. Diese Federpakete 31, 32 sind parallel zur Wirkrichtung der ersten Lagertasche 12 relativ weich, senkrecht dazu aber relativ hart. Die Wirkung der Federpakete 31, 32 addiert sich daher zur Wirkung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit in der ersten Lagertasche 12, so dass die mit Hilfe der Lagertasche 12 gebildete hydraulische Abstützung und die durch die Federpakete 31, 32 gebildete Federanordnung in Reihe geschaltet sind. Die Federpakete 31, 32 können beispielsweise durch Biegefederpakete gebildet sein. Diese Kombination kann dann sinnvoll sein, wenn aufgrund der Randbedingungen, beispielsweise Platzverhältnisse, begrenzter Öldurchsatz, Speichervolumen usw., die hydrostatische Lagerung im Zusammenspiel mit dem Druckspeicher nicht die gewünschte Kombination aus dynamischer Steifigkeit und Dämpfungsverhalten liefert.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Lagers 7, die im Wesentlichen der der Fig. 2 entspricht. Gleiche und entsprechende Bauelemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Hier sind wiederum zwei zweite Lagertaschen 23, 24 vorgesehen, was den Vorteil hat, dass man eine isotrop dämpfende Lagereinheit realisieren kann, die für alle Durchmesser der Wickelrolle 5 und damit für alle Lastwinkel im Wickelbett 4 optimale Dämpfungseigenschaften gewährleistet.
Zusätzlich zu der Ausgestaltung nach Fig. 2 wirkt eine Druckfeder 33 auf das Lagergehäuse 9. Die Druckfeder 33 wird durch einen mit dem Maschinengehäuse 11 verbundenen Deckel 34 vorgespannt, so dass das Lagergehäuse 9 in Richtung auf die erste Lagertasche 12 vorbelastet ist.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Lagers 7, bei der gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Ausführungsformen bezeichnet sind.
Die (bezogen auf die Fig. 5) rechte zweite Lagertasche 24 ist hier in zwei Teiltaschen 24a, 24b unterteilt. Jede Teiltasche 24a, 24b wird aus der Zuführleitung 26 über eine Zuführdrossel 35a, 35b mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Der in die Zuführleitung 26 eingespeiste Volumenstrom Vp ist wiederum konstant.
Eine derartige Unterteilung einer Lagertasche 24 in zwei Teiltaschen ist natürlich auch bei der ersten Lagertaschen 12 und bei der anderen zweiten Lagertasche 23 möglich.
Die Unterteilung der Lagertasche 24 in zwei oder mehr Teiltaschen 24a, 24b hat den Vorteil, dass man einem Kippen des Lagergehäuses 9 gegenüber dem Maschinengehäuse 11 entgegenwirken kann.
Fig. 6 zeigt schematisch verschiedene Frequenzverläufe, die in der Wickelvorrichtung auftreten. Hierbei ist horizontal nach rechts ein Durchmesser d der Wickelrolle 5 aufgetragen und vertikal nach oben die jeweiligen Frequenzen f. Die Darstellung ist hier qualitativ zu verstehen.
Die Drehfrequenz der Tragwalzen 2, 3 ist mit fr bezeichnet. Die Drehfrequenz der Wickelrolle 5 ist mit fw bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass die Drehfrequenz der Tragwalzen 2, 3 nach einer Hochlaufphase konstant bleibt. Die Drehfrequenz der Wickelrolle nimmt hingegen nach Erreichen einer maximalen Drehfrequenz ab, weil die Materialbahn mit konstanter Geschwindigkeit aufgewickelt wird, während der Durchmesser der Wickelrolle 5 wächst.
Betrachtet wird der Fall, wo die Drehfrequenz fr der Tragwalzen 2, 3 die maximal konstante Drehfrequenz fR erreicht hat.
Eine Eigenfrequenz der Tragwalzen 2, 3 ist mit f01A eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass die Drehfrequenz fr der Tragwalzen 2, 3 größer ist als die Eigenfrequenz f01A der Walzenanordnung, die aus jeweils einer Tragwalze 2, 3 und ihren Lagern 7, 8 an den beiden Enden gebildet ist.
Mit f02A ist eine noch niedrigere Eigenfrequenz der Walzenanordnung aus Tragwalze 2, 3 und Lager 7, 8 dargestellt. Diese Eigenfrequenz gehört zu der verminderten Drehfrequenz der Wickelrolle.
Um den Unterschied zum Stand der Technik deutlich zu machen, ist auch noch eine Frequenz f0R eingezeichnet, wie man sie bisher als Eigenfrequenz der Tragwalze 2, 3 verwendet hat. Die Eigenfrequenz wurde üblicherweise so gewählt, dass sie das 1,3-fache der maximalen Drehfrequenz fR betrug.
Im vorliegenden Fall wird jedoch die Eigenfrequenz f01A um 10 bis 20 % niedriger gewählt als die maximale Drehfrequenz fR, oder sogar noch niedriger, wenn man sich auf die verminderte Drehfrequenz bezieht.

Claims

Vorrichtung zum Aufwickeln einer Materialbahn zu einer Wickelrolle (5) mit mindestens einer Walze (2, 3), an der die Wickelrolle (5) beim Wickeln anliegt und die beim Wickeln rotiert, wobei die Walze (2, 3) in einer Lagereinrichtung mit einem Lager (7, 8) an jedem Walzenende gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7, 8) eine hydrostatische Abstützung mit mindestens einer ersten Lagertasche (12) aufweist, die mit Hydraulikflüssigkeit gespeist ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagertasche (12) mit einem konstanten Volumenstrom (Vp) von Hydraulikflüssigkeit gespeist ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagertasche (12) über eine Drossel mit einem konstanten Vordruck in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagertasche (12) über eine Drossel (18) mit einem Druckspeicher (17) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (17) als Gasdruckspeicher ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (18) einen verstellbaren Drosselwiderstand (22) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (18) mit einer von außen betätigbaren Stelleinrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Abstützung mit einer Federanordnung (31, 32; 33) in Reihe geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere hydrostatische Abstützung mit mindestens einer zweiten Lagertasche (23, 24) vorgesehen ist, die eine andere Wirkrichtung als die erste Lagertasche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lagertasche (24) in zwei Teiltaschen (24a, 24b) unterteilt ist, von denen jede über eine Zuführdrossel (35a, 35b) gespeist ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung eine Steifigkeit aufweist, die sich mit der Erregerfrequenz verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung eine statische Steifigkeit aufweist, die größer ist als die Steifigkeit der Walze (2, 3).
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Steifigkeit mindestens das Zweifache der Steifigkeit der Walze (2, 3) beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung eine dynamische Steifigkeit aufweist, die kleiner ist als die Steifigkeit der Walze (2, 3).
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Steifigkeit maximal 50 % der Steifigkeit der Walze (2, 3) beträgt.