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Die Erfindung betrifft eine Tragwalzen-Wickelmaschine
zum Aufwickeln einer durch Längsschnitte
unterteilten Materialbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn,
die zwei Tragwalzen aufweist, zwischen denen ein Walzenbett ausgebildet
ist, auf dem die Wickelrollen beim Aufwikkeln mit fluchtenden Achsen
aufliegen, und mit einem Druckwalzensystem, das eine horizontal
verlaufende und vertikal verlagerbare Traverse aufweist, an der
eine Druckwalze mit zur Traverse parallelen Achse befestigt ist.
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Zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen
zu Wickelrollen sind Tragwalzenwickelmaschinen bekannt, die zwei
angetriebene Tragwalzen aufweisen, auf denen die Wikkelrollen beim
Aufwickeln nebeneinander mit fluchtenden Hülsen aufliegen und von denen
mindestens eine ange trieben ist. Oberhalb des von den Tragwalzen
gebildeten Walzenbetts ist ein Druckwalzensystem angeordnet, das
aus einer durchgehenden Druckwalze oder aus einzelnen Druckwalzensegmenten
besteht und an einer horizontalen, vertikal bewegbaren Traverse
befestigt ist. Das Druckwalzensystem dient dazu, zu Beginn der Aufwicklung
von oben auf die Wickelrollen zu drücken, um so die Linienlast
an den Kontaktlinien zwischen den Wickelrollen und den Tragwalzen
zu erhöhen.
Von der Linienlast wird die Wickelhärte der Wickelrollen entscheidend
beeinflußt.
Zu Beginn der Aufwicklung reicht die Linienlast aus dem Auflagegewicht
der Wickelrollen noch nicht aus. Daher wird mittels des Druckwalzensystems
eine zusätzliche
Anpreßkraft
aufgebracht, die bei steigendem Wickelrollengewicht während des
Aufwickelns entsprechend gemindert wird.
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Da beim Aufwickeln von durch Längsschnitt unterteilten
Papier- oder Kartonbahnen Querprofilschwankungen in der Bahn zu
unterschiedlichen Wickelrollendurchmessern führen, verursacht dies bei einer
durchgehenden Druckwalze, daß diese
teilweise nicht auf Wickelrollen mit geringerem Durchmesser aufliegt.
Um dieses Problem zu beheben, ist aus der WO 93/15009 ein gattungsgemäßes Druckwalzensystem
bekannt, bei dem eine Reihe von frei drehbaren Rollensegmenten nebeneinander
und einzeln vertikal bewegbar an einer Traverse befestigt sind.
Jedes Rollensegment kann sich so dem Durchmesser der unter ihm befindlichen
Wickelrolle anpassen. Damit der vom Auflagegewicht des Druckwalzensystems
bewirkte Auflagedruck jedes Rollensegments gleich ist, sind die
Rollensegmente jeweils an einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit
gelagert, die in einem geschlossenen System miteinander verbunden
sind.
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In der Praxis hat es sich gezeigt,
daß es
aufgrund von Unrundheiten in den Wickelrollen zu Vibrationen kommen
kann, die mit den bekannten Druckwalzensystemen nicht genügend unterdrückt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Wickelmaschine anzugeben, die ein besseres Wickelergebnis ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Tragwalzen-Wickelmaschine
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Traverse durch einen
elektrischen Antrieb verlagerbar ist.
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Durch den elektrischen Antrieb lassen
sich mehrere Vorteile erreichen. Zum einen ist ein elektrischer
Antrieb in der Regel besser in der Lage, auftretende Schwingungen
zu unterdrücken.
Ein hydraulischer Antrieb wird in der Regel über Schläuche versorgt, die eine gewisse
Elastizität
aufweisen. Druckstöße, die
von unrunden Rollen erzeugt werden, können dann Schwingungen im hydraulischen
System verursachen, die wiederum auf die Rollen zurückwirken.
Darüber
hinaus können
Leckagen in den Hydrauliksystemen zu Verschmutzungen der Materialbahnen
führen.
Elektrische Antriebe haben in vielen Fällen wesentlich bessere Steuerungseigenschaften als
hydraulische Systeme, so daß der
Druck, der mit Hilfe der Druckwalze auf die Wickelrollen ausgeübt wird,
wesentlich besser gesteuert werden kann. Die Grenzfrequenz hydraulischer
Regelungen wird wesentlich durch das Ölvolumen beeinflußt, das
sich zwischen Stellglied (Ventil) und Regelgrößenerfassung befindet sowie
durch die Kapazitäten (Schlauchleitungen)
in diesem Bereich. Je größer das
Volumen und je geringer die Steifigkeit der Leitungen (Schläuche), desto
geringer die regelbare Schwingungsfrequenz. Da man möglichst
keine Leckage gefährdeten
Bauteile oberhalb der Papierbahn installieren möchte, ist eine relativ lange
Leitung mit entsprechend geringer Eigenfrequenz für Andruckwalzen
notwendig. Aus diesem Grunde sind insbesondere bei schnell laufenden
Maschinen Schwingungen aufgrund unrunder Rollen nicht mehr auszuregeln.
Demgegenüber
stellt eine servoelektrische Lösung
eine wesentlich erhöhte
Steifigkeit der Regelung dar.
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Vorzugsweise wirkt der Antrieb auf
beide Enden der Traverse gleichartig. Der elektrische Antrieb greift
also an den Enden der Traverse an, nämlich dort, wo die Traverse üblicherweise
auch abgestützt ist.
Wenn er an beiden Enden gleichartig angreift, kann man eine parallele
Bewegung der Traverse und eine gleichmäßige Kraftübertragung gewährleisten.
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Hierbei ist bevorzugt, daß zwischen
den beiden Enden der Traverse eine mechanische Antriebsverbindung
angeordnet ist. Die Antriebsverbindung ermöglicht es, daß man mit
einem einzelnen Motor im Antrieb auskommt und trotzdem die erforderlichen Kräfte auf
die beiden Enden der Traverse gleichförmig übertragen kann.
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Vorzugsweise ist zwischen der Traverse
und der Druckwalze ein Drucksensor angeordnet, der einen Teil einer
Regeleinheit bildet, die den elektrischen Antrieb regelt. Der Drucksensor
ist dabei vorzugsweise als elektrischer Sensor ausgebildet, d.h. er
erzeugt elektrische Signale, die unmittelbar in der Regelung des
elektrischen Antriebs verwendet werden können. Dadurch wird Zeit gespart,
weil eine Umsetzung von einer Signalart in eine andere Signalart
nicht erforderlich ist. Der Regelkreis kann dadurch außerordentlich
schnell sein, so daß er
auch höherfrequente
Vibrationen, die unter Umständen
auftreten können,
schnell ausregeln kann.
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Hierbei ist bevorzugt, daß der Drucksensor als
Druckmeßdose
ausgebildet ist. Eine Druckmeßdose,
die auch als Kraftmeßdose
bezeichnet werden kann, mißt
die auf die Druckwalze wirkenden Kräfte und liefert Signale, mit
denen der elektrische Antrieb in der Weise geregelt werden kann,
daß die
gewünschte
Belastung erzeugt werden kann. Eine Druckmeßdose ist eine relativ kostengünstige Ausbildung
eines Drucksensors.
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Vorzugsweise wirkt die Regeleinheit
so, daß entweder
bei sinkendem Abstand der Druckwalze von den Wickelrollenachsen
der Auflagedruck auf die Wickelrollen durch eine abstandsabhängig oder druckabhängig steigende
Zusatzkraft erhöht
wird, oder bei steigendem Abstand der Auflagedruck durch eine abstandsabhängig oder
druckabhängig
steigende Gegenkraft vermindert wird. Dadurch 1äßt sich der Wickelhärteverlauf
der Wickelrollen in Abhängigkeit
vom Durchmesser auf einfache Weise steuern.
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Vorzugsweise greift der Antrieb seitlich
an der Traverse an und erzeugt einerseits nach oben ziehende als
auch anderseits nach unten drückende Kräfte. Mit
Hilfe der nach unten drückenden
Kräfte wird
die erforderliche Druckbelastung der Wickelrollen erzeugt, so daß die Wickelhärte der
Wickelrollen einen gewünschten
Verlauf erhält.
Die nach oben ziehenden Kräfte
werden verwendet, um die Traverse zu verlagern, was notwendig ist,
um dem steigenden Rollendurchmesser folgen zu können.
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Die Verlagerung der Traverse nach
oben wird also nicht nur durch den wachsenden Rollendurchmesser
erzeugt.
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Vorzugsweise ist das Drehmoment des
Antriebs und damit die Be- und Entlastungskraft in Abhängigkeit
vom Rollendurchmesser steuerbar. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen
läßt sich
die Auflagekraft der Druckwalze auf den Rollen damit in Abhängigkeit vom
Durchmesser der Wickelrollen steuern. Zum anderen wird auch die
Position der Druckwalze in Abhängigkeit
vom Rollendurchmesser auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit eingestellt.
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Durch die in den Ansprüchen 9 bis
13 angegebene verformbare Schicht wird auf einfache aber zuverlässige Weise
eine gewisse Ausgleichselastizität
zur Verfügung
gestellt, die bewirkt, daß bei
leicht unterschiedlichem Rollenaufbau benachbarter Wickelrollen
auf alle Wickelrollen die erforderlichen Kräfte ausgeübt werden können. Der Durchmesserzuwachs
der benachbarten Wickelrollen kann damit weitgehend gleichmäßig gehalten
werden.
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Vorzugsweise ist der Antrieb als
Getriebemotor mit Ritzelwelle und Zahnstange ausgebildet. In einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung kann er als Spindelmotor ausgebildet
sein. Auch ein als Linearmotor ausgebildeter Antrieb ist möglich.
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Die Zeichnung dient zur Erläuterung
der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles.
Darin zeigt die
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einzige Figur eine Seitenansicht
einer erfindungsgemäßen Tragwalzen-Wickelmaschine
mit einem Druckwalzensy stem, teilweise im Schnitt und ohne die Rahmenkonstruktion.
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Eine in der Figur dargestellte Tragwalzen-Wickelmaschine
weist zwei angetriebene Tragwalzen 1, 2 auf, die
ein Wickel- oder Walzenbett bilden, in dem Wickelrollen 3 beim
Aufwickeln auf den Tragwalzen 1, 2 aufliegen.
Eine Papier- oder Kartonbahn 4 wird von zumindest einer
Längsschneideeinrichtung
in Einzelbahnen aufgeteilt, die anschließend durch einen Spalt zwischen
den Tragwalzen 1, 2 in das Walzenbett geführt werden,
wo sie auf fluchtend aufgereihte Hülsen 16 gewickelt
werden. Oberhalb des Walzenbetts ist im Gestell der Wickelmaschine ein
Druckwalzensystem angeordnet, mit dem sich zu Beginn der Aufwicklung
das Auflagegewicht der Wickelrollen 3 auf den Tragwalzen 1, 2 erhöhen läßt, wenn
das Eigengewicht der Wickelrollen 3 für die gewünschte Wickelhärte noch
nicht ausreicht.
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Das Druckwalzensystem besteht aus
einer horizontal, quer zur Bahnlaufrichtung verlaufenden Traverse 8,
die vertikal beweglich gelagert ist. An der Unterseite der Traverse 8 ist
eine durchgängige Druckwalze 5 befestigt,
die sich beim Absenken der Traverse 8 auf die Wickelrollen 3 auflegt.
Die Arbeitsbreite der Maschine beträgt ca. 10 m. Mittels einer
an einer Seite der Maschine angeordneten elektrischen Antriebs-Einheit,
bevorzugt ein Getriebemotor 10 mit Ritzelwelle 11,
kann die Traverse 8 mit der Druckwalze nach oben bis in
eine Ruheposition bewegt werden. Eine Gleichlaufwelle mit Zahnrad 12,
die eine mechanische Verbindung der linken und rechten Maschinenseite
herstellt, wird vom Getriebemotor 10 über eine Kette 17 angetrieben,
um eine gleichmäßige Kraftübertragung
zu gewährleisten.
Außer dem kann
mit der elektrischen Antriebs-Einheit der Auflagedruck der Druckwalze
auf den Wickelrollen 3 durch Entlastung des Gewichts durch
Druck von unten sowie durch Erhöhung
des Drucks von oben eingestellt werden. Die Traverse 8 ist
als Hohlprofil ausgebildet.
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Bevorzugt besteht die Druckwalze 5 aus
einem hohlzylinderförmigen
Tragkörper
aus einem festen Material, insbesondere aus Stahl, auf dessen äußerer Mantelfläche eine
begrenzt verformbare Schicht 6 aus einem zelligen Kunststoffmaterial
mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten
Poren aufgebracht ist. Das aus einem zelligen Elastomer, insbesondere
Polyurethan bestehende Kunststoffmaterial weist einen Kompressionsmodul κ von weniger als
10 MPa, vorzugsweise zwischen 1 MPa und 5 MPa, auf. Die Größe der Poren
beträgt
weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 1 mm. Bevorzugt
sind die Poren in der verformbaren Schicht teilweise offen – also miteinander
verbunden -, teilweise in sich geschlossen. Der Anteil der offenen
Poren beträgt
30% bis 70%, vorzugsweise ca. 50%. Das Verhältnis der offenen Poren zu
den geschlossenen Poren bestimmt sowohl die Kompressibilität als auch
die Fähigkeit
der Schicht, im Inneren entstehende Wärme abzuleiten, um unerwünschte Überhitzungen
zu vermeiden. Die Dichte des Kunststoffmaterials beträgt zwischen
350 kg/m3 und 700 kg/m3.
Die Dicke der aus ihm gebildeten Schicht 6 beträgt 8 mm – 40 mm,
vorzugsweise 10 mm – 20
mm. Eine kompressible Schicht 6 mit den vorstehenden Merkmalen
hat sich als besonders geeignet gezeigt, den erforderlichen Anpreßdruck ohne
Markierungen auf die Wickelrollen 3 bei unterschiedlichen
Betriebsbedingungen, z. B. Profilschwankungen in der Bahn 4,
aufzubringen.
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Auf die äußere Mantelfläche des
Tragkörpers
kann anstelle einer Schicht 6 aus einem in sich kompressiblen
Material auch ein Belag aus einem gummielastischen Material aufgebracht
werden. Dann wird ein Material mit einer Härte von 60 – 90 Shore A verwendet. Die äußere Laufschicht
ist entweder glatt, oder es sind umlaufende Nuten eingearbeitet,
damit eine weichere Lauffläche
entsteht und die Luft ausweichen kann.
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Die radial zum Tragmantel der Druckwalze 5 gemessene
Schichtdicke der Beschichtung 6 beträgt 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise
6 mm bis 12 mm. Sie besteht aus einem verschleißarmen Elastomer, insbesondere
aus Nitrit- oder Polyurethan-Kautschuk. Ihre Härte beträgt 65 bis 80 Shore A, bevorzugt
70 bis 74 Shore A. Diese Härte
entspricht einem Wertebereich von 80 bis 45 PJ (Pussey & Jones), bevorzugt
60 bis 70 PJ. Der Reibbeiwert μ der
Beschichtung 6 zu Papier beträgt 0,35 bis 0,7, vorzugsweise 0,45
bis 0,6. Die äußere Oberfläche der
Beschichtung 6 ist so geschliffen, daß der arithmetische Mittenrauwert
Ra ermittelt nach DIN 4768 0,5 μm
bis 1,5 μm
beträgt.
Bei dieser Oberflächenrauheit
hat die Papier- oder
Kartonbahn ausreichend Kontakt mit der Druckwalze, so daß sie geradlinig
ohne zu verlaufen auf die Wickelrolle aufläuft, zugleich ist ein Dehnungsausgleich
zwischen der Druckwalze 5 und den Wickelrollen 3 möglich, der
für die
Herstellung von Wickelrollen hoher Qualität erforderlich ist. Es werden
Oberflächenbeschädigungen
(Markierungen) an der Papier- oder Kartonbahn vermieden, das Einwickeln
von Luft in die Wickelrolle wird vermindert, es findet ein Ausgleich
von Profilschwankungen im Querprofil der Papier- oder Kartonbahn
statt, so daß Wickelfehler
in der Wickelrolle vermieden wer den, die Wickelgeschwindigkeit läßt sich
anheben, es findet kein Verlaufen der Bahn quer zur Laufrichtung statt,
d.h. die Wickelrollen werden an ihren Stirnseiten plangewickelt,
und es läßt sich
vibrations- und sehr geräuscharm
aufwickeln.
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Die Linearführung 13, 14 enthält bevorzugt ein
unter Vorspannung montiertes Kugellager, damit ihre beiden Teile
spielfrei relativ zueinander vertikal bewegbar gelagert sind. Die
Linearführung 13, 14 stellt
verbunden über
die Lagerplatte 15 eine präzise vertikale, verdrehfreie
Linearbewegung sicher. Das Regelsystem besteht aus einer zwischen
Traverse 8 und Druckwalze 5 angeordneten Kraftmeßdose, die so
wirkt, daß entweder
bei sinkendem Abstand der Druckwalze 5 von den Wickelrollen 3 der
Auflagedruck auf die Wickelrollen 3 durch eine abstandsabhängig steigende
Zusatzkraft erhöht
wird, oder bei steigendem Abstand der Auflagedruck durch eine abstandsabhängig steigende
Gegenkraft vermindert wird.
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Zu Beginn der Aufwicklung wird die
Traverse 8 mit der Druckwalze 5 auf die inzwischen
in die Wickelmaschine eingelegten neuen Hülsen 16 für die Wickelrollen 3 abgesenkt.
Die Druckwalze 5 unterstützt zunächst das Anwickeln der Bahnanfänge an die
neuen Hülsen 16 und
stellt anschließend
den gewünschten
Liniendruck an den Kontaktlinien zwischen den Tragwalzen 1, 2 und
den Wikkelrollen 3 her. Der mit der Traverse 8 verbundene
Getriebemotor 10 bringt über die Ritzelwelle 11 die
Gegenkraft auf, um einerseits das Gewicht der Traverse und der daran
befestigten Objekte zu tragen und andererseits die vorgegebene Andrückkraft
der Druckwalze 5 auf die Wickelrolle 3 zu erzeugen.
Die vom Getriebemo tor 10 ausgeübte Gegenkraft kann geregelt
werden. Sie vergrößert sich,
während
die zu wickelnde Rolle 3 wächst. Eine Druckmeßdose 7 mißt die auf
die Druckwalze wirkenden Kräfte
und liefert Signale, mit denen der Antrieb 10 in der Weise
geregelt werden kann, daß eine
erwünschte
gleichmäßige Belastung erzeugt
wird. Dazu wird der bei zunehmendem Wickelrollendurchmesser abnehmende
Auflagedruck der Druckwalze 5 über die dem Gewicht des Druckwalzensystems
entgegenwirkenden elektrischen Antriebs-Einheiten 10 vom Wickelrollendurchmesser abhängig gesteuert
oder geregelt.
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Durch die zusätzliche Beschichtung der Druckwalze 5 als
Laufschicht verbessern sich die Dämpfungseigenschaften der Druckwalze 5,
so daß Lärmemissionen
und Vibrationen vermindert werden.
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Eine weitere Ausführungsform verwendet alternativ
als Antrieb einen Linearmotor. Eine weitere Ausführungsform verwendet alternativ
zur Zahnstange eine Gewindestange und als Antrieb einen entsprechenden
Spindelmotor.