NO162226B - Opprullingsanordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en opprullingsanordning av

den type som er angitt i ingressen til krav 1. En slik opprullingsanordning er kjent f.eks. fra GB 417 769.

Typisk for moderne rullskjæremaskiner og lignende er at de arbeider med en banehastighet på over 2000 m/min., i det minste når det er spørsmål om opprulling av normale papirba-ser. Ved rulling av papirruller som bæres hovedsakelig ved sin periferi, vil understøttelseskreftene forårsake belastningstopper som lett kan bevirke skader i tunge ruller. Typ-iske skader opptrer i form av rynkedannelse og brudd i banen. Skadene oppstår på grunn av høyt understøttelsestrykk i nippet mellom papirrullen og den eller de understøttelsesvalser som bærer rullen. Understøttelseskreftene er avhengig av rullens vekt og av den belastning som tilveiebringes av en spesiell trykkvalse, dersom en slik benyttes. En papirrull som har indre skader medfører alvorlige driftsforstyrrelser, f.eks.

i trykkpresser, og skadene kan i mange tilfeller være så alvorlige at rullen blir uselgelig.

Teknikkens stand belyses av US patentskrifter 4 485 980,

4 485 979 og 4 456 190. For å tilveiebringe en rull av god kvalitet i en bærevalserullemar-kin bør linjetrykket i hvert nipp som påvirker rullen være minst 1-4 kN/m, avhengig av hvilken papirkvalitet som rulles.

Dersom rullen bæres av en liten understøttelsesvalse, vil linjetrykket i understøttelsesnippet overskride tolerable verdier, spesielt i rullingens sluttfase. Dette beror på at en liten understøttelsesvalse gir en meget smal understøttelses-flate, noe som i sin tur gir opphav til høye kontakttrykk ved en gitt rullvekt. Lokale belastningstopper som gir enda høy-ere kontakttrykk kan dessuten oppstå på grunn av variasjoner i banetykkelse i banens tverretning. Man har forsøkt å minske understøttelsestrykket ved å gjøre understøttelsesvalsene større, men dette medfører økede fremstillingskostnader og økede driftskostnader på grunn av understøttelsesvalsenes større masse. Å øke understøttelsesvalsenes størrelse er derfor kun hensiktsmessig opp til en viss grense, og denne grense har man allerede nådd i konvensjonelle understøttelsesvalse-rullemaskiner.

I en rull som påvirkes av et altfor høyt understøttelsestrykk oppstår det radiale deformasjoner og ofte også tangentiale forskyvninger mellom lagene i rullen. Dette skaper ofte ryn-ker og/eller brudd i banen. Ved å minske understøttelses-trykket, minskes risikoen for slike rullskader. Patentet EP

157 062 viser en understøttelsesvalse med myk overflate. En slik understøttelsesvalse minsker understøttelsestrykket, men gir opphav til både stabilitetsproblemer og varmeutvikling på grunn av at to ettergivende flater arbeider mot hverandre i et valsenipp.

Man har også forsøkt å redusere understøttelsestrykket ved å anvende to understøttelsesvalser, f.eks. som vist i DE 31 21 039. Bruk av to understøttelsesvalser gjør det mulig å styre under-støttelsestrykket individuelt ved hver valse. Den jevneste fordeling av understøttelsestrykket oppnås ved å benytte to symmetrisk anordnede understøttelsesvalser med samme diameter, slik det er vist i US 4 456 190. Man kan også tilveiebringe en bredere understøttelsesflate ved å anvende et understøttel-sesbånd, jfr. GB 417 769 og US 3 098 619. Ifølge denne kjente løsning holdes likevel understøttelsesflatens størrelse kon-stant, hvilket innebærer at rullen bæres av en like stor un-derstøttelsesf late som er uavhengig av rullens størrelse og vekt. Denne teknikk gir derfor stort sett samme resultat som bruken av symmetrisk anordnede understøttelsesvalser. I begge tilfeller vil understøttelsestrykket ofte komme opp i altfor høye verdier når rullen vokser, eller man kan bli tvunget til å stoppe opprullingen før rullen blir altfor tung.

Vekten av en papirrull kan også helt eller delvis opptas av en sentral aksel. Derved blir det mulig å styre rulloppbyggingen mere effektivt under hele opprullingsprosessen, f.eks. slik det er beskrevet i GB 2142909. Systemets komplekse karakter kan imidlertid forårsake praktiske vanskeligheter ved at altfor mange størrelser må beherskes. Det er også kjent å kombinere akselunderstøttelse og ytre båndunderstøttelse, slik det er vist i US 4 14 3 828. Denne opprullingsanordning utgjør-es av en sylinderrullstol (poperullstol), der rullen har en grov stålaksel som bærer hovedsakelig hele rullensvekt. Ba-nehastigheten er her betydelig lavere enn i normale rullskjæremaskiner.

Oppfinnelsens formål er å tilveiebringe en opprullingsanordning hvor svært store understøttelseskrefter kan unngås også når den dannede papirrull får meget høy vekt, mens fordelene ved konvensjonell understøttelsesvalserulling samtidig bibe-holdes hovedsakelig uforandret. Et annet formål er å tilveiebringe en anordning hvor linjetrykket i opprullingsnippet lett kan styres og hvor rullens tyngde opptas av en stor un-derstøttelsesflate.

En opprullingsanordning som til en viss grad ligner oppfinnelsen er vist i DE 29 08 294. I denne kjente anordning anvendes to vertikalt over hverandre anordnede, fast lagrede valser og en tredje bevegelig valse som benyttes for flere forskjel-lige formål. Den fungerer som trykkvalse, som understøttelses-valse og som et organ som regulerer spenningen i et bånd som bærer rullen. Rullens diameter bestemmer den bevegelige valses stilling, hvilket innebærer at den bevegelige valses trykkvalsefunksjon opphører i et visst stadium av opprullingsprosessen, hvorved hele understøttelsesmønsteret endres og rullen understøttes kun av den nedre av de fast lagrede valser og av den bevegelige valse. Denne omstilling er vanske-lig å styre med tilstrekkelig nøyaktighet, og det foreligger derfor en betydelig risiko for at altfor høye understøttel-sestrykk oppstår i en eller annen fase av opprullingen.

Oppfinnelsens formål oppnås ved en anordning av den type som er definert i krav 1. Oppbyggingen av en rull bestemmes i høy grad av de nipptrykk som påvirker rullen, og disse er vanligvis avhengig av rullens vekt. Nippkreftene styres ved å bestemme hvilken stilling rullen, opprullingsvalsen og de andre understøttelsesorganer inntar i forhold til,hverandre. Dersom en trykkvalse benyttes, styres også dennes belastning nøye. Fordelene ved en normal bærevalserullemaskin oppnås ved å holde papirrullen ved eller over et nivå som går gjen-nom opprullingsvalsens midtpunkt.

Understøttelsesbåndets understøttende egenskaper reguleres ved å styre båndspenningen og understøttelsesvalsenes stilling i forhold til hverandre. Under en del av opprullingsprosessen strekker understøttelsesbåndets understøttende del seg fra et nipp mellom rullen og den ene understøttelsesvalse mot den andre understøttelsesvalse. I en senere fase av opprullingen vil understøttelsesbåndets understøttende del også omfatte nippet mellom papirrullen og understøttelsesvalsene eller strekke seg nesten helt frem til dette nipp, hvorved en stor rull kommer til å bæres på en betydelig del av sin periferi.

Understøttelseskreftenes fordeling kan også reguleres ved å endre stillingen av nippet mellom rullen og opprullingsvalsen. Understøttelseskreftenes fordeling påvirkes cgså på grunn av at trykkvalsens belastningsretning ved voksende rulldiameter vil endre seg i forhold til anordningens øvrige valser.

For å oppnå de beste resultater ved anvendelse av en anordning ifølge oppfinnelsen, bør visse geometriske betingelser være oppfylt. Opprullingsvalsens aksel og den første understøttel-sesvalses aksel definerer et referanseplan, i forhold til hvilket den bevegelige understøttelsesvalses stilling kan forandres. Vinkelen mellom referanseplanet og en linje mellom de to understøttelsesvalsers sentralakser bør være innstillbar til en stilling 45° over referanseplanet og like my under referanseplanet, eller i det minste 15° under referanseplanet. Også referanseplanet bør være innstillbart ca. -20° fra nor-malstillingen. Dette kan tilveiebringes ved enten å forandre opprullingsvalsens eller den første understøttelsesvalses høydestilling. Opprullingsvalsens diameter bør fortrinnsvis være 1,5 - 3,5 ganger den nærmeste understøttelsesvalses diameter .

Understøttelsesvalsene og understøttelsesbåndet bør oppta i det minste halvparten av rullvekten allerede på et relativt tidlig stadium av opprullingen. Når rullens diameter over-stiger 300 mm, bør fortrinnsvis i det minste 60% av understøt-telseskref tene , muligens til og med 80% av disse, opptas av understøttelsesbåndanordningen. Understøttelseskrfeftene tilsvarer summen av rullens tyngde og trykkvalsens vertikale belastningskomponent.

Stillingen av den bevegelige understøttelsesvalse og under-støttelsesbåndet reguleres slik at kontaktflaten mellom under-støttelsesbåndet og rullen øker kontinuerlig i en tidlig fase av opprullingen. I en senere fase bæres rullen av opprullingsvalsen, av de to understøttelsesvalser og av understøttelses-båndet. Spenningen i understøttelsesbåndet reguleres slik at understøttelseskreftene blir i det minste hovedsakelig jevnt fordelte. Den jevne fordeling av understøttelseskreftene bør fortrinnsvis også omfatte nippet mellom de to understøt-telsesvalser og rullen. Rullens understøttelsesflate vil ifølge oppfinnelsen omfatte en flate som er i det minste ti ganger større enn den understøttelsesflate som oppnås i en normal understøttelsesvalserullemaskin. Herved blir det mulig å minske understøttelsestrykket til kun ca. 20%, i mange tilfeller til og med mindre enn 10% av det understøttelsestrykk som f.eks. oppnås i en rullemaskin ifølge US 4 4 56 190. Det maksimale understøttelsestrykk som kan aksepteres er omtrent 4-12 ganger større enn det understøttelsestrykk som oppnås i en anordning ifølge oppfinnelsen. Oppfinnelsen gjør det derfor mulig å tilveiebringe betydelig større og tyngre ruller enn i konvensjonelle rullemaskiner. I en anordning ifølge oppfinnelsen har det vist seg mulig å tilveiebringe ruller med en vekt på ca. 3 tonn pr. meter aksiaJ rullengde.

Nedenstående tabell gir et eksempel på understøttelseskref-tenes fordeling i en anordning ifølge oppfinnelsen. Tabell-verdiene er basert på følgende utgangsverdier: Papirbanens tetthet 1200 kg/m 3; rullkjernens diameter 100 mm; maksimal rulldiameter 1500 mm; aksial rullengde 1 m. Tabellkolonnene angir følgende verdier:

A - rulldiameter (mm)

B = rullvekt (N)

C = relative understøttelseskrefter i prosent av rullens totale tyngde,

a = understøttelsesbåndet, b = opprullingsvalsen D = absolutte understøttelseskrefter (N); Fa = understøttel-sesbåndet, Fb = opprullingsvalsen

E = spenningen i understøttelsesbåndet (N)

For ruller av en annen lengde enn 1 m bør verdiene i kolon-nene B, D og E multipliseres med rullengden i meter.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under hen-visning til vedføyede tegning, hvor

fig. 1 viser et skjematisk sideriss av en anordning ifølge oppfinnelsen,

t

fig. 2 viser en del av fig. 1 i større målestokk,

fig. 3A, 3B og 3C viser på hverandre følgende opprullingsfaser,

fig. 4A, 4B og 4C viser tre eksempler på understøttelseskref-tenes fordeling i en rull.

En løpende bane 1 rulles om en rullkjerne 3 for å danne en rull 2. Rullen roterer som vist ved pilen 40 og bæres av en opprullingsvalse 4 og en understøttelsesbåndanordning 8. Opprullingsvalsen 4 er roterbart lagret ved sin sentrjalaksel 5. Anordningen omfatter også en roterbar trykkvalse 6 lagret

ved sin aksel 7.

Understøttelsesbåndanordningen 8 omfatter en fast lagret før-ste understøttelsesvalse 10 og en bevegelig, andre understøt-telsesvalse 10a, som begge er roterbart lagret ved sitt sentrum 23. En understøttelsesarm 18 som er dreibar om et fast punkt 23a, bærer den bevegelige understøttelsesvalse 10a,

som kan innstilles i pilenes 16 retning ved å svinge under-støttelsesarmen 18 om dens lagringspunkt 23a. Anordningen omfatter videre en fast lagret styrevalse 12 og en bevegelig båndspennervalse 13, som begge er roterbart lagret ved sitt sentrum 23. Et endeløst understøttelsesbånd 11 løper over val-sene 10, 10a, 12 og 13. Dette bånd kan bestå av et antall parallelt anordnede belter. Båndspennervalsen 13, som er innstillbar i pilenes 17 retning, bæres av en bevegelig arm 18a lagret i et fast punkt 23b. Opprullingsvalsens 4 og understøttelsesvalsens 10 aksler definerer et referanseplan 14 (fig. 2).

Understøttelsesbåndanordningen 8 omfatter hydrauliske eller pnevmatiske kraftorganer 19, 19a, 20 og 20a. Organene 19, 19a virker mellom et fast rammeelement 9 og understøttelsesarmen 18 for å innstille understøttelsesvalsens 10a stilling. Organene 20, 20a opprettholder spenningen i båndet 11 ved å virke mellom understøttelsesarmene 18a og 18. Kraftorganene er for-synt med trykk- eller kraftsensorer 37, som via kabler 38 formidler trykk- eller kraftinformasjon til en måle- og styre-sentral (ikke vist).

Når rullen 2 når sin maksimale diameter, bæres den av tre

nipp 24, 25 og 35. Mellom nippene 24 og 25 virker understøt-telsesbåndets 11 parti 26 som et understøttelseselement som opptar en betydelig del av den belastning som rullens tyngde og trykkvalsens 6 belastning danner. Trykkvalsens 6 belastningsretning indikeres av pilene 27a - c.

Fig. 3A viser rulleprosessens begynnelsesfase. Trykkvalsens 6 belastning er alltid rettet mot rullens 2 sentrum. I begynnelsen av opprullingen gir opprullingsvalsen 4 og understøt-telsesvalsen 10 understøttelse for rullen 2 ved nippene 35

og 24 .

Fig. 3B viser en fase hvor rullen er blitt betydelig større og en del av dens tyngde bæres av båndets 11 understøttelses-del 26. Rullen 2 presser bånddelen 26 nedad. Spenningen i båndet 11 er slik innstilt at trykket mellom rullen 2 og båndet fordeles så jevnt som mulig over hele kontaktflaten. Fig. 3C viser begynnelsen av opprullingens siste fase. Tyng-den av rullen 2 og belastningen av trykkvalsen 6 (i den grad den anvendes) opptas av opprullingsvalsen 4 og av hele den bånddel 26 som befinner seg mellom nippene 24 og 25. Når opprullingsprosessen nærmer seg sin slutt, er vinkelen 41 mellom referanseplanet 14 og et plan som defineres av understøttel-sesvalsenes 10 og 10a aksler, fortrinnsvis mellom 0° og 45°, mens referanseplanets 14 helningsvinkel er 1(T - 20 . Fig. 4A viser hvorledes en papirrull understøttes av en normal understøttelsesvalse. Hele understøttelseskraften overføres i form av en kraftig belastningstopp 29 ved understøttelses-nippet 29a til rullen 2. Dette skaper lett skader i rullen, spesielt dersom rullens vekt pr. meter aksial rullengde overskrider 1,5 tonn. Fig. 4B viser en anordning ifølge oppfinnelsen. Understøttel-sesbåndet 11 følger rullens 2 overflate fra nippet 24 til nippet 25. Dette innebærer at båndets 11 spenning ikke er opti-mal. Selv om bånddelen 26 bærer hoveddelen av den totale belastning, slik det er vist ved 30b, oppstår belastningstopper 30, 30a ved nippene 24 og 25. Disse belastningstopper er dog meget mindre enn belastningstoppen på fig. 4A og utgjør i de fleste tilfeller ikke engang halvparten av de belastningstopper som ville oppstå dersom båndet 11 ikke hadde spenning eller dersom båndet var helt borte. Det flatetrykk som påvirker rullen 2 kan' altså ifølge oppfinnelsen lett holdes tilstrekkelig lavt. Belastningstilfellet ifølge fig. 4B er egnet for sterke papirkvaliteter med relativt lav kompressibilitet. i i Fig. 4C viser den mest fordelaktige anvendelse av en anordning ifølge oppfinnelsen. Sammenlignet med utførelsen ifølge fig. 4B er spenningen i båndet 11 større, slik at en større del av understøttelseskreftene opptas av båndet og en mindre del av nippene 24 og 25. Spenningen i båndet 11 og valsenes 4,10 og 10a stilling i forhold til hverandre, samt trykkvalsens 6 belastning reguleres i forhold til rullens 2 diameter slik at når rullens diameter overskrider 500 mm, holdes belastningen 31 så jevn som mulig. Belastningsvariasjonene ved understøt-telsesf laten bør være høyst -25%, fortrinnsvis mindre enn -10% fra middelverdien. Trykkfordelingen kan variere noe i banens tverretning på grunn av tykkelsesvariasjoner i papir-hanen, variasjoner i rulldiameter etc.

Figurene 4B og 4C er forenklet ved at lastfordelingen forut-settes å være symmetrisk. En usymmetrisk lastfcrdfeling innebærer imidlertid ikke at prinsippene for oppfinnelsens anvendelse behøver å forandres i noe vesentlig henseende.

Istedenfor å måle spenningen i båndet 11 med trykk- eller kraftsensorer 37, 38, kan spenningen i båndet reguleres ut fra rullens 2 diameter. Den belastningsfordeling som er vist på fig. 4C kan også benyttes i den stilling som er vist på

fig. 3B. Spenningen i båndet 11 reguleres da slik at under-støttelseskraften minsker i nippet 24. Det er likeledes ten-kelig å anvende en understøttelsesanordning av samme type som understøttelsesbåndanordningen 8 istedenfor opprullingsvalsen 4. I så fall får rullen båndunderstøttelse fra to sider. For å styre understøttelsesbåndet 11, kan man anvende slike typer av valser eller andre styreorganer som er kjent og ålment be-nyttet for styring av virer, filter og lignende i papirma-skiner .

Claims (12)

1. Opprullingsanordning for rulling av en løpende bane (1), f.eks. en papirbane, hvilken anordning omfatter under-støttelseselementer (4,8,10,10a,11) for bæring av rullen (2) som skal dannes ved periferibæring fra dennes (2) nedre side, og belastningsorganer (6,7) som påvirker rullens øvre periferiflate for å holde rullen (2) mot understøttelses-elementene, hvilke understøttelseselementer omfatter et i banens (1) bevegelsesretning bevegelig understøttelsesbnnd-organ (8) med et understøttelsesbånd (11) som understøttes av roterbare valser (10,10a) og som er anordnet til å under-støtte i det minste én stor rull (2) langs en betydelig periferiavstand, karakterisert ved at understøttelseselementene videre omfatter en roterbar bære-valse (4) for dannelse av et opprullingsnipp (35) som befinner seg i avstand fra nevnte roterbare valser (10,10a), idet banen (1) er ført rundt periferien av bærevalsen (4) og i mellomrommet mellom denne (4) og understøttelsesbånd-organet (8), og at den understøttende del (26) av understøt-telsesbåndet (11) som befinner seg mellom de to understøt-tende roterbare valser (10,10a) er innrettet til å øke kontinuerlig når rullen (2) vokser.

2. Opprullingsanordning ifølge krav 1, hvor understøttel-sesbåndorganet (8) omfatter et rammeelement (9), nevnte understøttelsesbånd (11) og roterbare eller roterbart lagrede understøttelsesvalser (10,10a) som understøtter dette (11), styre- og strammevalser (12,13) for understøt-telsesbåndet (11), hvorav i det minste den enes (13) stilling i forhold til rammen (9) og/eller bærevalsen (4) er regulerbar, samt kraftorganer (19,20) og understøttelsesor-ganer (18,23) for å bringe understøttelsesbåndorganet (8) til berøring med rullen (2) som skal dannes og/eller for innstilling av understøttelsesbåndets (11) bevegelsesbane og stramhet, karakterisert ved at i idet minste i én understøttelsesvalse (10a) er forbundet med en'dreibar understøttelsesarm (18) og kraftorganene (19,20) slik at nevnte understøttelsesvalse (10a) presser understøttelses-båndet (11) mot rullen (2) som skal dannes.

3. Opprullingsanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte understøttelsesarms (18) rotasjonslager (2 3a) er parallell med den andre understøt-telsesvalses (10) rotasjonsakse.

4. Opprullingsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at på et trinn av opprullingen av rullen (2) understøttet mot den første under-støttelsesvalse (10) og understøttelsesbåndets (11) under-støttelsesdel (2 6), hvis (26) berøring med rullen (2) er anordnet til voksende å strekke seg fra et nipp (24) mellom rullen (2) og understøttelsesvalsen (10) mot den .'andre understøttelsesvalse (10a) når rullen (2) vokser.

5. Opprullingsanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at understøttelsesbåndet (11) etter nevnte trinn befinner seg mellom rullen (2) og den første og den andre understøttelsesvalse (10,10a) i det første nipp (24) og et andre nipp (25) slik at understøttelsesbåndet (11) mellom understøttelsesvalsene (10,10a) ligger stramt mot rullen (2).

6. Opprullingsanordning ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved at nevnte andre under-støttelsesvalses (10a) understøttelsesarms (18) dreining er tilpasset i forhold til rullens (2) vekst slik at stillingen av opprullingsnippet (35) mellom rullen (2) og bærevalsen (4) styres for å holde nipptrykket ved en regulert verdi.

7. Opprullingsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at bærevalsens (4) aksel (5) og den første understøttelsesvalses (10) aksel er anordnet hovedsakelig på samme relative nivå (14) og at den andre understøttelsesvalse (lOa) er bevegelig anordnet i forhold til dette nivå.

8. Opprullingsanordning ifølge krav 7, karakterisert ved at bærevalsens (4) og understøttelses-valsenes (10,10a) diameter står i forhold til hverandre som er lik 3,5 - 1,5;1, og at den andre understøttelsesvalses (10a) stilling er innstillbar mellom grensene ±45° i forhold til den første understøttelsesvalses (10) stilling og det relative nivå.

9. Opprullingsanordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at nevnte relative nivå kan helle innenfor et vinkelområde som tilsvarer en helning på i det minste ±20°.

10. Opprullingsanordning ifølge et av de foregående krav 6 -9, karakterisert ved at understøttelses-armens (18) dreining er slik tilpasset at nevnte understøt-telsesbåndorgan (8) mottar betydelig over halvparten av rullens (2) tyngde når rullens (2) diameter vokser, fortrinnsvis minst 62% av rullens (2) tyngde og for ruller (2) med store diametre, dvs. med en størrelse på minst 300 mm, minst 75% av rullens (2) tyngde.

11. Opprullingsanordning ifølge et av de foregående krav 5-10, karakterisert ved at kraftorganenes (19,20) påvirkning av understøttelsesbåndets (11) stramhet er tilpasset den av rullens (2) vekst styrte foranderlige stilling av det første nipp (24) slik at i en periode av opprullingen strekker det parti av understøttelsesbåndets (11) understøttelsesdel (26) som berører rullen (2) seg fra det første nipp (24) trinnløst voksende mot den andre under-støttelsesvalse (10a) når rullen (2) vokser (fig. 3A-C).

12. Opprullingsanordning ifølge krav 11, karakterisert ved at understøttelsesbåndets (11) stramhet er slik tilpasset at den tyngde understøttelsesbåndet (11) mottar er minst hovedsakelig homogent fordelt (fig. 4C) på området (26) for understøttelsesbåndet mellom nevnte første og andre nipp (24,25).