KR19990064165A

KR19990064165A - 종이 권취기용 중심 권취 보조 구동부

Info

Publication number: KR19990064165A
Application number: KR1019980702646A
Authority: KR
Inventors: 알. 존슨 노엘; 에이. 스미쓰 데이빗
Original assignee: 캠벨 레이몬드 더블유; 벨로이트 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1996-09-16
Publication date: 1999-07-26
Also published as: JPH10512532A; MY132304A; DE854834T1; JP2900289B2; KR100430127B1; CA2233476A1; EP0854834A1; EP0854834B1; DE69608909D1; WO1997013714A1; CA2233476C; US5664737A; DE69608909T2

Abstract

본 발명은 구동 샤프트가 권취기상의 스풀과 결합하기 위하여 머신 방향으로 그리고 머신 교차 방향으로 이동되는 제지기의 중심 권취 보조 구동부에 관한 것이다. 구동 샤프트는 외부 원통형 셸에 탄성적으로 링크 결합된 내부 구동 샤프트를 구비함으로써, 내부 샤프트와 외부 셸간의 오정렬을 허용하여, 구동 헤드가 그 위에 형성된 종이 롤에 중심 권취 보조 구동부를 제공하기 위하여 스풀과 결합할 때 수평 및 수직 방향 변위 뿐만 아니라 각상 변위를 허용한다. 구동 샤프트 축선의 위치는 항상 기하학적 고려부터 측정되며, 그 데이터는 권취 스풀의 축선상에 구동 샤프트를 위치설정시키는데 사용된다.

Description

종이 권취기용 중심 권취 보조 구동부

종이는 제지기상에 형성된 연속 웨브로서 제조된다. 종이 섬유와 물로 이루어진 슬러리를 가동 스크린상에 침적함으로써, 제지기의 이른바 습식 단부(wet end)에서 종이 웨브가 성형된다. 스크린상의 섬유 메트는 우선적으로 탈수된다. 이렇게 형성된 섬유 메트의 주성분은 물이며, 이러한 물은 점진적인 압축 단계를 통해 제거된 이후에 가열식 건조 롤상에서 건조된다. 건조된 종이 웨브는 대향하는 롤러 사이에서 웨브를 압축하여 표면의 마무리 상태 및 종이 두께의 균일성을 향상시키는 캘린더 또는 슈퍼캘린더(supercalender)를 통과하면서 평활화(平滑化)될 수도 있다.

습식 단부에서의 종이 성형으로부터 건조 단부에서의 캘린더링에 이르기까지 제지 작업에 포함된 모든 공정은 사실상 연속한다. 그러나, 종이 웨브를 제지기로부터 제거하기 위하여 그것을 스풀상에 권취, 즉 감는 제지 공정의 마지막 단계는 본래부터 단속적인 공정이므로, 종이 웨브가 불균일하게 처리되게 할 수 있다.

현대의 제지기상에 통상적으로 형성되는 종이 릴은 120 인치 이상의 직경과200 내지 400 인치의 릴 너비를 갖는다. 소위 머신 릴 또는 점보 릴(jumbo reel)상의 종이는 신문과 같은 종이를 소비하는 고객에 의하여 사용되는 개별 릴 또는 셋트를 형성하기 위하여 종이를 다시 권취하여 절단하고, 때때로 코팅하는 부가적인 처리가 이루어지는 것이 일반적이다. 지난 수년간 수행된 연구는 점보 또는 머신 릴에 형성된 종이 웨브가 손상을 입을 수 있음을 입증한다. 그러한 손상은 시이트의 연부 부근에서의 찢어짐이나 중심 부근에서의 구김살 형태로 나타나는 것이 일반적이다. 그 손상은 종이 코팅기 또는 재권취기에서 부가적인 처리가 이루어질 때나 신문 웨브 프레스에서 사용될 때 종이 웨브를 파손시키는 것이 일반적이다.

점보 릴에서 형성된 작은 종이 롤은 한 셋트가 된다. 마지막 셋트는 원래 점보 릴의 중심에 가장 인접한 종이이며, 그것은 점보 릴 스풀상에 최초로 권선된 종이이다. 몇몇 제지기에 있어서, 종이 등급에 관한 모든 불합격품중 70 내지 80 퍼센트가 릴에서 벗겨지는 마지막 셋트에서 발생되는 것이 연구에 의하여 입증되었다. 한 연구에 의하면, 프레스 룸 종이 웨브의 73 퍼센트가 릴에서 벗겨지는 마지막 셋트가 프린팅되는 동안 파단되었다.

종이를 제조하는 속도가 증가하고 웨브 너비가 넓어지면, 권선 점보의 크기와 중량 또한 증가한다. 지금까지 릴 결함에 기인한 종이 손실율은 용인될 수 있는 것으로 고려되었다. 그러나, 머신 롤의 크기가 증가하면, 기존의 종이 릴과 관련된 문제는 더욱 심화되었지만, 이와 동시에, 경쟁력 증가에 기인하여 그리고 천연 자원의 이용에 있어서 최대 효율에 관한 관심의 증가에 기인하여 제품 결함의 허용차와 어떤 종류의 폐기물이 감소되었다.

머신 릴 또는 점보 릴에서의 결함 해결책은 릴상에서 종이 웨브를 보다 균일하게 감는 것이다. 릴 랩의 타이트니스(tightness) 또는 품질은 3가지 요인, 즉 인장력, 닙 압력(닙 압력의 균일성을 위한 릴 지지를 포함) 및 토오크에 의존한다. 제지 권취기는 제지기 구동부에 의하여 적절한 인장력을 부과하도록 선택된 속도로 피동되는 릴 드럼을 구비한다. 인장력은 소정의 종이 등급과 강도를 위해 선택되며, 소정 등급의 종이 인장력의 10 내지 25 퍼센트가 일반적이다. 그 상부에 장착된 종이 릴과 웨브 스풀은 릴 드럼에 대항하여 그 사이에 닙부를 형성하는 상태로 겹쳐있다. 닙부는 코어상에 권취된 종이를 압축한다. 그와 동시에, 적어도 초기에는, 릴 드럼은 릴에 대한 초기 권취 동안 어느 정도의 지지부를 제공할 수도 있다.

인장력은 머신 릴을 구동하는 중심 권취 보조 구동부(centerwind assist drive)에 의하여 제어될 수도 있다. 중심 권취 보조 구동부는 코어상에 장착될 때 릴 드럼과 머신 릴 사이의 웨브에 인가되는 인장력을 조절하는 차동 토오크 제어기(differential torque controller) 를 갖는 차동 토오크 구동부이다. 발명의 명칭이 "릴-업 및 릴-업에서의 닙 압력의 조정 방법"인 독일 특허 출원 제91850261.8호에는 릴에서의 상술한 문제점중 일부를 해결한 릴 시스템이 개시되어 있다. 상기 독일 출원은 릴 드럼의 회전축을 중심으로 선회 이동하는 경동 레일(tilting rail)을 구비한다. 종이 웨브가 권취되는 릴의 코어는 레일상에서 구동한다. 상기 독일 출원은 웨브가 머신 릴상에 권취될 때 머신 릴과 릴 드럼 사이에 형성된 닙부의 부하가 균일하게 존재하도록 레일과 수평선간의 각도를 변경시키는 것을 개시한다.

또 다른 종류의 권취 시스템으로는 본원에서 설명한 문제점에 보다 덜 민감한 밀도가 균일한 머신 릴을 제조하기 위하여 인장력, 닙 및 토오크를 연속적으로 제어하는 벨로이트사 제품의 TNT 시스템이 있다. 벨로이트사의 TNT 머신은 릴 드럼 상방에 위치하는 수평한 레일을 채용한다. 릴 드럼은 수직으로 위치설정될 수 있으며 닙 압력을 직접 측정하는 로드셀에 응답하여 제어된다. 벨로이트사의 TNT 머신은 상술한 문제점을 해결하며 권취기에 의하여 발생되는 결함을 최소로하면서 균일한 구조의 머신 롤을 제조한다. 벨로이트사의 TNT 머신은 우수한 균일성을 갖는 점보 머신 롤을 제조하기에 만족스런 해결책을 제공하지만, 동일한 문제에 대한 다른 접근법이 요구된다. 제지 업계는 매우 다양한 종이와 판지를 제조하는데 사용되는 구조와 수명이 여러 가지인 설치 기계류를 토대로 한다.

완전히 새로운 권취기 구조가 종이 웨브를 점보 릴상에 권취하는 것에 의하여 발생된 결함을 극복하는 것에 있어서 효과적인 것이 증명되었지만, 종래 포프형 릴(Pope-type reel)의 대형 설치 베이스가 존재한다. 이러한 종류의 릴에 있어서 구동 롤 상방에 위치하는 제1 아암은 스풀을 수납한다. 제1 아암은 종이 웨브의 감기가 시작되는 구동 드럼과 스풀을 결합시킨다. 웨브가 롤상에 감겨질 때, 제1 아암은 구동 드럼의 축선과 거의 평행하게 연장하는 한 쌍의 평행한 레일 위로 이동시킨다. 종이 웨브는 제2 아암에 의하여 구동 드럼과 결합 상태를 유지하면서 스풀상에 연속적으로 감겨진다. 이러한 권취기가 예를 들면 카알 등에게 허여된 미국 특허 제3,743,199호와 멜라드 등에게 허여된 미국 특허 제3,857,524호에 개시되어 있다. 포프형 권취기는 권취기 드럼에 대항하여 릴을 가압하기 위하여 제2 권취기 아암을 이용하는 기구를 통해 권취기 드럼과 릴 사이의 닙 압력을 제어한다. 릴상에 권취된 종이의 균일성을 향상시키기 위한 필요성은 권취된 롤의 균일성과 구조에 영향을 주는 3개의 매개변수, 즉 스풀/코어에 인가되는 토오크, 권취된 웨브 롤과 지지 드럼간의 선형 닙 압력, 롤상에서 권취되는 유입 웨브에서의 인장력에 주목하는 것을 요한다.

기존의 릴 또는 권취기는 권취된 웨브 롤과 지지 드럼간의 닙 압력을 주로 제어한다. 종래 포프형 권취기에서 중심 권취 보조 구동부를 채용하는 것은 드럼 상방의 제1 아암으로부터 제2 아암까지 그리고 지지 레일을 따른 스풀/코어에 의해 취해진 통로가 돌발적인 변화를 경험하는 통로이기 때문에 곤란하다. 이러한 통로의 복잡성은 권취된 웨브에 불균일성을 야기하고, 종이 웨브가 코어상에 형성될 때 중심 권취 보조 구동부를 코어에 대하여 구동식으로 연결하는 것을 곤란하게 한다.

종래 포프형 권취기에 채용되어 그 위에 형성된 종이 릴의 품질을 향상시킬 수 있는 중심 권취 보조 구동부가 요구된다.

본 발명은 종이를 롤 형태로 권취 및 취급하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 제지기로부터 종이를 수집 및 제거하기 위한 종이 권취기에 관한 것이다.

도 1은 권취기상의 권취 드럼과 결합할 때 스풀과 결합하는 본 발명의 중심 권취 보조 구동기의 측면도이다.

도 2는 종이 릴이 권취기상에 거의 완전히 형성되어 있는 도 1의 중심 권취 보조 구동부와 권취기의 측면도이다.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 절취한 중심 권취 구동 샤프트와 지지 아암의 부분 단면도이다.

도 4는 스풀과 구동 롤간의 기하학적 관계를 개략적으로 도시하는 개략도이다.

도 5는 구동 롤상에 결합된 스풀의 개략도이다.

도 6은 지지 레일상에 결합된 스풀의 개략도이다.

도 7은 도 1의 구동부 지지 아암과 구동 샤프트의 부분 측면도이다.

본 발명의 중심 권취 보조 구동부는 제1 캐리지상에 장착된 구동 모터와 기어 박스를 구비한다. 제1 캐리지는 머신 교차 방향으로 이동하도록 일련의 선형 가이드 레일에 장착된다. 제1 캐리지는 머신 방향으로 이동하도록 선형 가이드 레일상에 장착된 제2 캐리지상에 장착된다. 제1 캐리지상에 장착된 가동형 아암상에는 구동 샤프트가 장착된다. 기어 박스의 출력부와 구동 샤프트 사이에는 구동 벨트가 연장하며, 상기 벨트는 구동 아암에 회전가능하게 장착된 중공의 원통형 셸을 구동시킨다. 구동 샤프트는 외부 원통형 구동 셸과 내부 구동 샤프트로 구성된다. 내부 구동 샤프트는 한 단부에 구동 헤드를 다른 단부에 탄성 구동 링크를 구비하므로, 상기 내부 구동 샤프트를 외부 구동 셸에 연결하지만 내부 구동 샤프트와 외부 구동 셸간의 약간의 오정렬을 허용한다. 내부 구동 샤프트와 구동 헤드 사이에 유연한 링크 장치가 존재하기 때문에, 내부 구동 샤프트와 구동 헤드 사이에 수평 및 수직 변위뿐만 아니라 각상(角狀) 변위가 허용된다. 구동 헤드는 스풀과 결합하여 스풀상에 형성된 종이 롤에 중심 권취 보조 구동부를 제공한다. 피동 스풀의 축선 위치는 항상 제1 스풀 아암의 각 위치, 권취기 구동 릴의 직경 및 속도, 릴 지지 레일의 높이, 릴 지지 레일상의 피동 스풀의 위치 및 스풀상에 형성되는 종이의 각 속도에 기초한 기하학적 고려에 의하여 측정된다.

이렇게 얻어진 지식과 구동 스풀의 축선 위치에 의하여, 중심 권취 보조 샤프트는 구동 샤프트 아암의 각 위치, 제2 캐리지의 선형 위치 및 머신 방향으로 활주 이동하는 레일상의 이동을 제어하여 위치 설정된다.

본 발명의 한 특징은 포프형 권취기용 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 종이 웨브가 권취되는 스풀의 축선의 계산된 위치까지 피동되는 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 종이 롤상에 감겨진 종이 웨브의 품질을 향상시키기 위한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 구동 샤프트와 릴간의 변위 및 각위치 관계에서의 오정렬을 수용할 수 있는 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 것이다.

상기 및 기타 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련된 하기의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

유사한 부재에는 동일한 참조부호가 병기된 도 1 내지 도 6을 참조하면, 도 1 및 도 2에 권취기(20)가 도시되어 있다. 권취기(20)는 제지기의 일부를 이루며, 권취기의 상류측에 형성된 연속한 종이 웨브(37)를 수납한다. 권취기(20)는 강체 지지 프레임(24)에 고정된 두 개형 펴행한 지지 레일(22)을 구비한다. 지지 프레임(24)에는 축선(28)을 중심으로 권취기 구동 롤(26)이 회전가능하게 장착되어 있으며, 상기 권취기 구동 롤은 구동면(30)을 구비한다. 제1 아암(32)은 스풀(36)을 수납 및 보유하는 결합 기구(34)를 구비하며, 상기 스풀상에는 종이 릴(42)이 웨브(37)로부터 권취된다. 스풀(36)은 종래 스풀 공급 기구(비도시)로부터 결합 기구(34)에 공급된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 아암(32)은 원호를 따라 스풀(36)을 이동시켜, 스풀을 구동 롤(26)의 구동면(30)과 결합시킨다.

프레임(40) 상에는 중심 권취 보조 시스템 또는 구동부(38)가 이동하도록 장착된다. 프레임(40)은 스풀 이동 레일(22)의 한 측면 또는 양 측면에 대하여 외향으로 이격되어 있다. 중심 권취 보조 구동부(38)는 제1 캐리지(42)상에 지지된다. 제1 캐리지(42)는 머신을 교차하는 방향으로 연장하는 일련의 평행한 직선 가이드 레일(44)상에 측방향으로 이동하도록 장착된다. 머신을 교차하는 직선 가이드 레일(44)은 직선 가이드 레일(48)상의 머신 방향으로 이동하는 제2 캐리지(46)에 고정되며, 상기 레일(48)은 지지 레일(22)과 평행한 머신 방향으로 연장한다. 중심 권취 보조 구동부(38)는 이동 스풀과 협력하여 머신 방향으로 이동하도록 장착되며, 또한 스풀과 결합 및 분리하도록 머신을 교차하는 방향으로 이동할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 중심 권취 보조 구동부(38)는 웨브가 권취되는 스풀에 대하여 회전가능한 샤프트상에 장착된 스풀 커플링(94)을 위치 및 구동시키도록 구성된다. 중심 권취 보조 구동부(38)는 제1 캐리지(42)에 장착된 모터(50)를 구비한다. 모터(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 그것에 장착된 제1 풀리(54)를 구동시키는 출력 샤프트(53)를 구비하는 기어 박스(52)를 구동시킨다. 구동 샤프트 지지 아암(56)은 출력 샤프트(53)의 축선과 동심인 하부 피벗 축선(58)을 중심으로 선회 이동가능하게 장착되어 있다. 아암(56)은 출력 샤프트(53)에 평행한 스풀 구동 샤프트(60)를 지지한다.

스풀 구동 샤프트(60)는 복합 구조로 이루어지며, 외부 관형 중공 샤프트(62)와 스풀을 구동시키는 내부 구동 샤프트(70)로 구성되고, 상기 샤프트는 지지 베어링(64)에 의하여 아암(56)에 장착된다. 외부 구동 샤프트(62)는 기어 박스의 출력 샤프트(53)상의 제1 풀리(54)를 외부 샤프트(62)상에 장착된 제2 풀리(68)에 연결하는 로프형 벨트(66)에 의하여 구동된다.

내부 구동 샤프트(70)는 중공 외부 샤프트(62) 내측에 장착되며 가요성 커플링(74)에 의하여 비스풀(non-spool) 결합 단부(72)에서 외부 구동 샤프트(62)에 연결된다. 가요성 커플링(74)은 팽창식 블레더 또는 에어 튜브 형태가 바람직하지만 다른 유사한 형태를 취할 수도 있다. 내부 샤프트(70)는 한 단부에서 가요성 커플링(74)에 의하여 그리고 다른 단부에서 내부 샤프트 베어링(76)에 의하여 지지된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 지지 아암(56)은 유압 실린더와 같은 작동기(92)에 의하여 캐리지(42)에 대하여 위치설정된 장착판(82)에 선회 이동가능하게 연결되어 있다. 내부 샤프트 베어링(76)은 샤프트 링(78)상에 지지된다. 구동 샤프트 지지 실린더(80)는 샤프트 링(78)에 의하여 내부 구동 샤프트의 중량을 지지한다. 구동 샤프트 지지 실린더(80)는 장착판(82)에 대하여 선회 이동가능하게 연결된다. 장착판(82)은 지지 링(84)에 의하여 구동 아암(56)에 선회 이동가능하게 장착된다. 장착판(82)은 평행한 링크에 의하여 베이스(88)에 연결되며, 따라서 그것이 승강 및 하강할 때 베이스에 대하여 그 방향을 유지한다. 아암(56)은 장착판(82)을 아암 베이스(88)에 평행한 방식으로 연결하는 링크 아암(90) 하방에서 아암 베이스(88)의 아암 피벗부(58)상에서 선회이동한다. 아암(56)은 작동기(92)에 의하여 승강 및 하강된다. 그러므로, 아암 작동기(92)는 스풀 결합 커플링(94)을 스풀(36)상에 권취되는 종이 웨브(37)에 대하여 z 방향으로 또는 수직 방향으로 위치설정하기 위하여 스풀 구동 샤프트(60)를 이동시킨다.

스풀 커플링(94)은 제2 가요성 커플링(98)에 의하여 내부 구동 샤프트(70)의 단부에 결합된다. 제2 캐리지(46)는 스풀 커플링(94)을 머신 방향으로 위치설정하기 위하여 머신 방향 작동기(100)에 의하여 제어된다. 스풀 커플링(94)은 캐리지(42)를 머신 교차 작동기(102)로 머신 교차 방향으로 구동시키므로서 수풀(36)과 결합 또는 분리하도록 이동된다.

제지기상에 형성된 종이 웨브(37)는 분당 2천 내지 4천 피트의 비율로 형성되는 것이 일반적이며, 분당 6천 피트 이상의 비율로도 형성될 수 있다. 상기 웨브는 스풀(36)상에 종이 롤(41)로 연속적으로 형성 및 권취된다. 롤을 권취하는 공정은 스풀 공급 시스템이 제1 아암(32)의 결합 기구(34)에 스풀을 전달하면서 개시한다. 스풀(36)과 결합 기구(34)의 결합은 리미트 스위치의 작동에 의하여 명확하게 검출되며, 상기 리미트 스위치는 아암(32)에 장착되고, 스풀(36)이 결합 기구(34)에 적절히 위치될 때 작동된다. 따라서, 스풀(36)과 결합 기구(34)이 결합하면 스풀 단부(96)를 권취기(20)에 의하여 형성된 기준 프레임에 대하여 고정 지점에 위치시킨다.

결합 기구(34)에서 스풀 커플링(94)과 스풀 단부(96)의 결합 시에, 스풀 커플링의 위치는 알고 있어야 한다. 스풀 커프링(94)은 지지 링(84)에 대하여 밀기 위하여 두 개의 센터링 실린더(104)를 장착판(82)으로부터 연장시키고 그리고 권취기 좌표계에 대하여 기지의 중심 지점에 스풀 커플링(94)을 위치시킴으로서 기지의 지점에 위치하게 된다.

스풀 커플링(94)은 스풀 커플링(94)이 스풀 단부 θ와 동일한 높이에 있을 때까지 아암(56)을 승강시키기 위하여 작동기(92)를 작동시켜 스풀 단부(96)와 결합하게 된다. 머신 방향 작동기(100)는 스풀 커플링(94)이 머신 방향으로 스풀 단부(96)와 정렬되도록 제2 캐리지(46)를 위치시킨다. 그리고 머신 교차 방향 작동기(102)는 스풀 커프링(94)과 결합하도록 스풀 단부(96)를 향하여 제1 캐리지(42)를 이동시킨다.

스풀 커플링(94)이 스풀(36)과 결합하면, 센터링 실린더(104)는 수축하여, 스풀 커플링(94)이 부양하게 된다. 이러한 스풀 커플링(94)의 부양은 외부 구동 샤프트(62)와 스풀(36)간의 사소한 오정렬도 조정한다. 모터(50)는 제1 풀리(54)와 제2 풀리(68)사이에 결합된 벨트(66)를 구동시키기 위하여 외부 구동 샤프트(62)를 구동시키기 위하여 직각 기어 감속기(52)를 구동시킨다.

외부 구동 샤프트(62)는 공기 충전 탄성 블레더(air-filled elastic bladder) 또는 일정 속도 조인트와 같은 가요성 커플링(74)에 의하여 내부 구동 샤프트에 결합되어 있다.

내부 샤프트(70)와 스풀 커플링(94)사이에 위치하는 제2 가요성 커플링(98)은 제1 가요성 커플링(74)과 유사하거나 동일한 구조로 이루어질 수 있으며 스풀 단부(96)와 스풀 커플링(94)의 얼라인먼트를 제공한다. 스풀 커플링(94)과 스풀 구동 샤프트(60)의 위치 설정은 아암 작동기(92), 머신 방향 작동기(100) 및 머신교차 방향 작동기(102)가 스풀 단부(96)의 기지(旣知) 또는 계산된 위치에 스풀 커플링(94)을 위치시키도록 제어기, 마이크로프로세서 또는 일반적인 용도의 컴퓨터에 의하여 제어된다. 스풀 구동 샤프트(60)의 위치 설정이 개루프 형태로 수행될 수 있지만, 샤프트 인코더와 같은 각 측정 센서를 아암(58)의 제1 축선상에 제공하고 변환기를 제1 및 제2 캐리지상에 선형으로 위치시키는데 유리하므로, 피이드백은 스풀 커플링(94)을 보다 정밀하게 위치시키는데 사용될 수 있다.

역사적으로, 도 1, 2 및 4 내지 6에 도시된 바와 같은 포프형 권취기(pope-ytpe winder; 20)는 중심 권취 보조 구동부를 구비하지 않거나 종이 롤이 지지 레일(22)상에 지지된 이후에만 중심 권취 보조 구동부를 구비한다. 종이가 롤로 권취될 때의 불균일성은 종이 롤의 권취 상태에서의 결함의 주원인일 수 있음이 알려져 있다. 재권취기 또는 프린팅 프레스에서의 후가공은 종이를 끊어지게 하여 형성된 종이 롤의 불균일성을 규명할 수 있다.

또한, 권취 롤의 경도 또는 균일성에 영향을 미치는 3개의 매개변수로서, (1) 스풀에 인가되는 토오크, (2) 권취 웨브 롤과 지지 드럼간의 선형 닙 압력 및 (3) 롤로 권취된 접근 웨브에서의 장력이 알려져 있다. 이러한 매개변수는 제지기의 기계 속도에 대하여 권취기 구동 롤(26)의 속도를 제어하고 간명성으로 위하여 도 6에만 도시된 제1 아암(32)과 제2 아암(51)을 권취기 구동 롤(26)에 대항하여 가압하는 힘에 의하여 닙 압력을 제어함으로써 포프형 권취기에서 제어되는 것이 일반적이다. 이러한 기구는 종이 너비가 넓고 직경이 큰 종이 롤이 형성되는 몇몇 경우에 불충분한 것이 발견되었다.

롤 균일성을 개선하는 해결책은 중심 권취 보조부를 추가하는 것이다. 최근에는, 중심 권취 보조부를 이용하는 것을 용이하게 하며 그리고 최신식 점보 종이 롤의 군일한 형성을 용이하게 하기 위하여 완전히 재구성된 다수의 권취기가 개발되었다. 포프형 권취기에 있어서, 제1 아암은 스풀을 권취기 드럼상에 위치시키고 지지 레일상에 스풀을 하향 안착시키며, 제2 아암은 레일상에 일단 스풀을 결합시키고 나서 권취기 드럼에 대항하여 가압하여, 닙 압력의 불균일성이 도입될 수 있다.

본 발명의 중심 권취 보조부(38)는 스풀 단부(96)와 결합 및 추적할 수 있는 3개의 자유도를 갖는 시스템을 채용한다. 스풀 단부(96)를 추적하기 위하여, 중심 권취 보조 구동부(38)가 결합 및 구동 관계를 연속하여 유지할 수 있도록 그 위치를 파악하는 것이 필요하다. 스풀 단부(96)에 의하여 취해진 통로는 종이 롤(41)이 스풀(36)상에 권취될 때 기하학적인 고려에 의하여 구속된다.

도 4, 도 5 및 도 6은 다른 기학학적 매개변수가 스풀 단부(96)의 위치를 결정하는 동안 스풀(36)상의 종이 롤(41)을 형성하는 3개의 다른 형태의 공정을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스풀(36)은 제1 아암(32)의 결합 기구와 결합하는 초기 위치에서 개시하고, 제1 아암(32)의 회전에 의하여 형성된 만곡 통로(106)를 따라 회전한다. 만곡 통로(106)는 구동 롤(26)의 상사점으로 간주되는 지점(108)에서 구동 롤(26)의 표면(30)과 교차한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 구동 롤(26)의 축선(28)에 대한 스풀 단부(96)의 축선 또는 중심 위치는 θ와 ρ로 환산한 극좌표로 한정될 수 있다. 스풀 단부(96)의 중심과 구동 롤(26)의 축선(28)을 교차하는 직선과 수평선 사이의 각도는 θ로 한정되며, 두 축선간의 거리는 ρ로 한정된다. 세타와 로우는 제1 아암(32)의 피벗부상에 장착된 각 변환기에 의하여 측정될 수 있다. 간단한 좌표 변환은 제1 아암의 각 위치를 ρ,θ 좌표로 해석된다.

스풀(36)이 중심 상사점(108)에서 구동 롤(26)의 표면(30)에 결합하면, 종이 턴업 기구(paper turn-up mechanism; 비도시)는 스풀(36)을 중심으로 종이 웨브를 감기 시작하며 형성된 종이 롤(41)로부터 종이 웨브를 분리한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스풀(36)이 제1 아암(32)에 의하여 계속 보유되는 동안, θ는 제1 아암상의 각 센서로부터 추론할 수 있으나, 종이가 스풀상에 권취되기 시작하면, ρ는 구동 롤(26)의 반경, 스풀과 그 위에 형성된 종이 롤의 합성 반경에 종속한다.

구동 롤(26)의 반경은 고정 및 그것을 알고 있고, 종이 롤(41)의 반경은 내부 구동 샤프트(70)의 회전 각속도 또는 회전율을 측정하는 각속도 센서로부터 추론될 수 있다. 종이 롤(41)과 구동 롤(26)이 구동식 결합 관계에 있기 때문에, 그 각속도의 비는 각각의 반경간의 비율이어야 한다. 따라서, 내부 구동 샤프트상의 각속도 센서와 제1 아암상의 각 센서는 측정된 구동 롤(26)의 각속도와 기지의 고종된 직경과 더불어 스풀 단부(96)의 회전을 측정한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 스풀이 제1 아암(32)에 의하여 더 이상의 위치 설정되지 않지만, 그 대신 평행한 레일(32)상에서 구동하며 제2 아암(51)에 의하여 구동 드럼(26)에 대하여 가압되는 경우에 제3의 기하학적 관계를 얻는다. 스풀 단부(96)의 좌표는 지지 레일(22)상의 스풀 중심의 고정 높이와, 도 6에서 ρ가 구동 롤(26)과 종이 롤(41)의 반경 합과 동일한 상태에서 구동 드럼(26)과 종이 롤(41)간의 상대적인 각속도에 의하여 측정된 스풀과 종이 반경에 의하여 측정된다. 구동 롤은 구동 롤(26)의 각속도에 대하여 내부 샤프트(70)상의 센서에 의하여 검출된 종이 롤(41)의 각속도로부터 측정가능한 반경을 갖는다.

마이크로프로세서는 스풀 단부(96)의 위치를 일전하게 측정하여 중심 권취 보조 구동부가 스풀 커플링(94)을 유지하도록 그리고 스풀 단부(96)와 결합하도록 기지의 구동 롤의 직경과 지지 레일의 위치와 더불어 제1 아암의 각 위치와 구동 롤(26)과 스풀(36)의 각속도를 측정하는 센서와 함께 도 4 내지 도 6에 도시된 3개의 기하학적 관계를 채용할 수 있다.

따라서, 장치(20)는 구동 롤을 따라 그리고 평행한 레일상에서 이동하는 것에 의하여 제1 아암상의 제1 결합으로부터 완전한 이동 동안 스풀(36)에 중심 권취 보조를 제공하는 것을 알 수 있다. 여러 가지 각속도 센서와 각위치 센서는 중심 권취 보조 구동부가 스풀의 이동을 추적하도록 하고 적절한 중심 권취 보조 구동부를 제공하게 한다.

유압식 실린더가 설명되었지만, 볼 및 스크류 작동기, 타이밍 벨트, 공압식 또는 선형 기어 드라이브 및 기타 이와 유사한 시스템이 사용될 수 있다. 중심 권취 보조 구동부(38)의 한 주요한 특징은 형성된 종이 롤에 관한 권취의 균일성에 유해한 영향을 미칠 수 있는 어떠한 비대칭 부하를 방지하는 것이다. 구동 샤프트(70)와 스풀 커플링(94)의 중량을 지지하기 위하여 구동 샤프트 지지 실린더를 사용하면 구동 샤프트의 중량이 스풀 단부(96)상에 존재하는 것을 방지하는 장점이 있다.

종이 권치가 연속한 공정이기 때문에, 제1 아암(32)의 속도까지 회전됨과 동시에 중심 권취 보조 구동부(38)는 지지 레일(22)상에 지지된 종이 롤(41)의 권취를 종료하는 동안, 제1 아암이 스풀(36)에 결합할 수 있도록 권취기(20)의 각 측면상에 위치하는 두 개의 중심 권취 보조 구동부(38)를 구비하는 것이 바람직하다. 또는, 외부 랩 종이에서의 장력이 보다 덜 중요하기 때문에, 종이 롤(41)이 완료하기 전까지 중심 권취 보조 구동부를 사용하여 단일 중심 권취 보조 구동부를 분리하여 제1 지지 아암에 있는 다음 스풀에 결합하도록 권취기 롤을 향하여 이동시키는 것이 가능할 수도 있다.

또한, 지지 레일(22)상에 잔류할 때 형성된 종이 롤상의 스풀 위치는 다소 정밀도가 떨어질 수 있지만 제2 아암의 각 위치에 의하여 측정될 수 있음을 알 수 있다.

게다가, 단일의 제1 아암과 제2 아암만을 도시하였지만, 제1 및 제2 아암이 장치의 각 측면상에 위치하는 한 쌍의 아암으로 구성될 수 있음을 알 수 있다.

통상 기존의 중심 권취 보조 구동부는 수 센티미터의 웨브가 스풀상에 쌓아 올려진 이후에 롤이 수평한 선형 레일상에 조립된 때에만 사용되었음을 알 수 있다. 권취된 롤의 구조를 최대한 활용하기 위하여 권취 작동의 시작부터 스풀에 토오크가 연속적으로 제공되어야 한다. 또한, 크레이프 페이퍼 또는 무탄소 복사지 등급을 감을 때와 같은 몇몇 적용시에, 종이 제품이 손상을 입지 않도록 낮은 닙 압력이 제공되어야 한다. 종래 포프형 릴에 중심 권취 토오크가 제공되지 않으면, 크레이프 페이퍼 및 무탄소 복사지가 손상을 입는 것을 방지하는데 필요한 낮은 닙 압력은 웨브 롤을 권치하도록 구동시키기에 충분한 마찰력을 제공하지 못한다. 따라서, 중심 권취 보조 구동부(38)는 종이 웨브가 스풀상에 형성되는 이동으로부터 신규의 그리고 기존의 포프형 권취기에 일정한 중심 권선 보조를 제공할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 본원에서 설명 및 도시된 부품들의 특정 구조 및 배열에 제한받지 않지만, 하기의 청구범위에 속하는 변형예를 포함한다.

Claims

축선을 갖는 구동 롤과, 종이 롤이 권취되는 스풀을 수납 및 지지하기 위한 지지 레일을 구비하고, 상기 레일은 거의 수평하며, 권취기 드럼의 축선과 거의 일치하는 레벨에 위치하는, 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법에 있어서,

회전축과 하나 이상의 단부를 갖는 권취기 스풀과 제1 아암간의 결합을 검출하는 단계,

상기 스풀이 제1 아암상에 장착되어 동안, 중심 권취 보조 구동부와 스풀의 한 단부를 결합시키는 단계,

상기 스풀이 레일과 접촉할 때 까지 아암을 이동시키고, 상기 이동된 제1 아암의 회전각을 기준 위치에 대하여 측정하는 단계,

측정된 회전각, 측정된 스풀의 각속도, 기지의 레일 위치 및 구동 롤에 대한 기지의 반경 및 각속도를 이용하여, 제1 단부에 로드될 때부터 종이 롤이 완전히 권취될 때까지 스풀의 적어도 한 단부와 스풀의 축선의 위치 및 통로를 측정하는 단계,

릴을 권취하는 동안 중심 권취 보조 구동부가 스풀과 연속적으로 결합하도록 스풀의 축선과 스풀 단부의 측정된 통로와 위치에 응답하여 중심 권취 보조 구동부의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스풀이 레일상에 위치할 때 형성된 종이 롤을 권취기 드럼에 대항하여 유지시키기 위하여 제2 아암을 사용하는 단계를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 구동부를 스풀의 단부와 결합시키는 단계는 캐리지에 선회식으로 장착된 아암상에서 중심 권취 보조 구동부를 이동시키는 단계와, 상기 캐리지를 머신 방향 및 머신 교차 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 구동부를 스풀의 단부와 결합시키는 단계는 제1 스풀 결합 단부를 구비하는 내부 샤프트와 외부 샤프트를 탄성적으로 결합시키는 단계와 상기 외부 샤프트를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 구동부는 머신 방향으로 이동하도록 장착된 캐리지, 상기 캐리지에 장착된 모터, 상기 모터에 의하여 구동되는 기어박스, 상기 기어박스로부터 연장하는 출력 샤프트, 상기 기어박스의 출력 샤프트에 의하여 구동되는 중심 권취 보조 샤프트 및 상기 중심 권취 보조 샤프트가 회전 가능하게 장착된 아암을 구비하며, 상기 아암은 캐리지에 선회식으로 장착되고, 상기 아암은 권취기 스풀의 회전축과 거의 평행하게 중심 권취 보조 샤프트를 지지하고, 상기 캐리지의 머신 방향 이동과 협력하여 아암의 선회이동은 샤프트를 스풀의 축선과 거의 동축으로 위치시키는 것을 특징으로 하는 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 구동 샤프트를 스풀과 결합 및 분리시키기 위하여 머신 교차 방향으로 운동을 제공하기 위한 수단을 부가적으로구비하는 것을 특징으로 하는 권취기상에 중심 권취 보조 구동부를 제공하는 방법.
종이 권취기용 중심 권취 보조 구동부에 있어서,

종이 롤이 스풀상에 형성될 때, 상기 스풀이 권취기상의 통로를 이동하면, 스풀에 의하여 형성된 축방향 단부의 위치를 측정하기 위한 위치 측정 수단;

회전가능한 구동 샤프트; 그리고

구동 샤프트가 그 위에 종이 롤이 권취되어 있는 권선기를 통과할 때 스풀과 결합하도록 상기 위치 측정 수단에 응답하여 구동 샤프트를 위치설정하기 위한 위치 설정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 중심 권취 보조 구동부.
제7항에 있어서, 상기 구동 샤프트 위치 설정 수단은 머신 방향으로 이동하도록 장착된 캐리지, 상기 캐리지에 장착된 모터, 상기 모터에 의하여 구동되는 기어박스, 상기 기어박스로부터 연장하며 상기 기어 박스에 의하여 구동되는 출력 샤프트 및 상기 구동 샤프트가 회전 가능하게 장착된 아암을 구비하며, 상기 아암은 캐리지에 선회식으로 장착되고, 상기 아암은 권취기 스풀의 회전축과 거의 평행하게 상기 샤프트를 지지하고, 상기 캐리지의 머신 방향 이동과 협력하여 아암의 선회이동은 샤프트를 스풀의 축선과 거의 동축으로 위치시키는 것을 특징으로 하는 중심 권취 보조 구동부.
제7항에 있어서, 상기 구동 샤프트가 스풀과 구동 관계로 결합 및 분리될 수 있도록 머신 교차 방향으로 구동 샤프트를 위치 설정하기 위한 수단을 부가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 중심 권취 보조 구동부.
제7항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 구동부는 종이 권취기에 장착되며, 상기 종이 권취기는 회전축과 구동면을 갖는 구동 롤, 상기 구동 롤에 대하여 고정된 프레임, 상기 프레임에 선회식으로 장착되고, 상기 구동 롤의 구동면 상방의 한 지점에서 스풀을 수납하기 위한 기구를 구비하며, 상기 구동 롤 상방의 한 지점으로부터 스풀을 제1 지점에서 구동 롤과 결합시키도록 선회 이동가능한 제1 아암 및 상기 스풀이 구동 롤과 결합 상태에 있는 동안 스풀상에 형성된 종이 롤을 수납하도록 위치 설정된 한 쌍의 평행한 거의 수평 레일을 구비하며, 상기 레일은 제1 결합 지점 하방에 위치하며, 상기 위치 측정 수단은 스풀과 결합된 각속도 센서, 상기 제1 아암의 각 위치를 측정하기 위한 각 센서 및 상기 스풀의 축방향 단부의 위치를 측정하기 위하여 각속도 센서와 각 센서의 출력을 이용하는 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 중심 권취 보조 구동부.
제지기용 권취기에 있어서,

축선을 중심으로 회전가능한 권취기 구동 롤;

스풀을 수납하기 위한 결합 기구를 가지며, 상기 결합 기구에 의하여 결합된 스풀이 구동 롤의 축선의 상방으로 수직하게 이동된 제1 지점에서 권취기 구동 롤과 결합 상태로 회전될 때 구동 롤에 대하여 선회식으로 장착된 제1 아암;

스풀을 상기 구동 롤과 결합 상태로 수납하도록 위치 설정되며, 상기 제1 지점 하방에 위치 설정된 두 개 이상의 레일;

상기 스풀이 레일상에 위치할 때, 스풀과 그 상방에 형성된 종이 롤을 구동 롤에 대항하여 가압하도록 선회식으로 장착된 제2 아암;

상기 제지기에 의하여 형성된 머신 방향으로 이동하도록 장착된 캐리지; 그리고

상기 캐리지에 장착되어 있으며, 상기 제1 지점으로부터 레일을 따라 이동하는 동안 스풀에 토오크를 제공하기 위한 토오크 인가 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제지기용 권취기.
제11항에 있어서, 상기 토오크 인가 수단을 스풀에 결합 및 분리시키기 위하여, 상기 토오크 인가 수단에 머신 교차 방향의 이동을 제공하도록 머신 교차 방향으로 이동하도록 장착되며 그리고 머신 방향으로 이동하도록 캐리지에 장착된 캐리지를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제지기용 권취기.
스풀상에 종이를 권취하기 위한 장치에 있어서,

프레임;

축선을 중심으로 상기 프레임에 회전가능하게 장착된 구동 롤;

상기 구동 롤에 대하여 선회 이동하도록 프레임에 장착된 제1 아암;

종이 웨브가 권취되는 스풀을 수납 및 분리가능하게 결합하는 제1 아암상에 위치하며, 스풀이 구동 롤의 축선 상방의 제1 지점으로부터 이동할 때 종이가 스풀상에 권취되면 스풀을 구동 롤과 결합 상태로 보유하기 위하여 제1 아암상에서 이동가능한, 결합 기구;

상기 구동 롤과 결합 상태로 스풀을 수압하도록 위치하며, 제1 지점 하방에 위치하고 구동 롤의 하류측으로 연장하는 두 개 이상의 레일; 그리고

상기 프레임에 위치 설정가능하게 장착되며, 제1 지점으로부터 구동 롤상에 지지된 지점까지, 레일을 따라 이동하는 지점까지의 이동 동안 스풀에 토오크를 인가하는, 상기 스풀을 회전시키기 위한 중심 권취 보조 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제13항에 있어서, 상기 스풀이 레일상에 위치할 때, 스풀과 그 상방에 형성된 종이 롤을 구동 롤에 대항하여 가압하도록 상기 레일에 대하여 선회식으로 장착된 제2 아암을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제14항에 있어서, 상기 제2 아암과 기준각 사이의 각 회전을 측정하여, 레일상의 스풀 위치를 측정하기 위한, 제2 아암상의 회전 센서를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제13항에 있어서, 결합된 스풀의 회전 속도를 측정하여, 상기 스풀의 위치를 측정하기 위한, 상기 중심 권취 보조 수단상에 회전 속도 센서를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 아암과 기준각 사이의 각 회전을 측정하여, 구동 롤상의 스풀 위치를 측정하기 위한, 제1 아암상의 회전 센서를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제13항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 수단은 구동 롤의 각 측면에 위치 설정가능하게 장착되어, 상기 중심 권취 보조 수단은 레일 상의 한 권취 롤에 결합함과 동시에 다른 중심 권취 보조 수단은 제1 지점에 있는 스풀과 결합하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제13항에 있어서, 머신 교차 방향으로 이동하도록 프레임에 장착된 제1 캐리지와, 구동 롤을 향하는 그리고 그로부터 멀어지는 머신 방향으로 이동하도록 제1 프레임에 장착된 제2 캐리지를 부가적으로 포함하며, 상기 제1 및 제2 캐리지는 조립체 형태로 연결되며, 상기 중심 권취 보조 수단은 머신 방향과 머신 교차 방향 모두로 이동하도록 상기 조립체에 장착된 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제19항에 있어서, 상기 조립체에 선회 이동가능하게 장착된 보조 지지 아암을 부가적으로 구비하며, 상기 중심 권취 보조 수단은 상기 보조 지지 아암에 장착된 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제19항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 수단은 구동 샤프트와, 지지판과, 상기 캐리지 조립체로부터 지지판까지 연장하며 캐리지 조립체와 지지판 모두에 선회 이동가능하게 장착된 하부 아암과, 상기 캐리지 조립체로부터 지지판까지 연장하며 캐리지 조립체와 지지판 모두에 선회 이동가능하게 장착된 상부 아암과, 상기 구동 샤프트의 축선에 대하여 장착판의 배향을 유지하는 궤도를 따라 장착판을 이동시키기 위하여, 상기 캐리지 조립체와 상부 및 하부 아암 사이를 연장하는 작동기를 구비하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제21항에 있어서, 상기 지지판에 선회 이동가능하게 장착된 지지 작동기와, 상기 구동 샤프트와 결합하는 베어링을 부가적으로 구비하며, 상기 지지 작동기는 구동 샤프트의 중량을 지지하기 위하여 지지판과 베어링 사이를 연장하는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제22항에 있어서, 상기 지지판으로부터 연장하며 구동 샤프트에 대항하여 결합하는 두 개의 위치설정 작동기를 부가적으로 구비하며, 상기 위치설정 작동기는 구동 샤프트를 기지의 지점에 위치설정하도록 연장가능한 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제13항에 있어서, 상기 중심 권취 보조 수단은 모터와, 스풀을 소정의 회전율로 회전시키기 위하여 스풀과 결합가능한 내부 구동 샤프트와, 상기 내부 구동 샤프트를 에워싸는 외부 샤프트를 구비하며, 상기 외부 샤프트는 모터에 의하여 구동되고, 상기 내부 샤프트는 외부 샤프트에 의하여 탄성적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.
제24항에 있어서, 상기 내부 샤프트 및 외부 샤프트는 각각 두 개의 단부를 가지며, 상기 내부 샤프트의 두 단부는 외부 샤프트의 두 단부에 탄성적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 종이 권취 장치.