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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Papier-
oder Vliesbahnen werden als sogenannte Endlosbahnen hergestellt,
die nach dem Herstellungsprozeß aufgewickelt
werden. Das Aufwickeln erfolgt dabei in einigen Fällen in
zwei Stufen. In einer ersten Stufe wird eine Bahn zu einer großen Mutterrolle
gewickelt, während
sie in einer zweiten Stufe von der großen Mutterrolle zu mehreren
kleinen Fertigrollen umgewickelt wird.
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Da
der Herstellungsprozeß von
Papier- und Vliesbahnen in den letzten Jahren immer mehr beschleunigt
werden konnte, stiegen auch die Anforderungen an die Aufwickler.
Die Aufwickelgeschwindigkeiten erreichen dabei etwa 600 m/min bei
Vlies und bis zu 2000 m/min bei Papier, wobei die aufgewickelten
Rollen einen Rollendurchmesser von etwa 3,50 m bei einer Bahnbreite
von 5 m haben können.
Das Gewicht derartiger aufgewickelter Bahnen beträgt mehrere
Tonnen.
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Ein
besonderes Problem beim Aufwickeln von Endlosbahnen stellt der Austausch
von bewickelten Rollen durch unbewickelte Wickeldorne dar. Sollen
die Wickelvorgänge
durch den Austausch nicht unterbrochen werden, ist es angesichts
der hohen Wickelgeschwindigkeit nicht einfach, einen schnellen Austausch
durchzuführen.
Während
es bei sehr langsamen Wickelgeschwindigkeiten durchaus möglich ist,
die Endlosbahn zu durchtrennen, wenn eine Mutterrolle vollständig mit
Wickelgut bestückt
ist, und das neu entstandene Ende per Hand auf einen neuen Wickeldorn
zu geben, ist dies bei hohen Geschwindigkeiten nicht mehr möglich.
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Um
einen schnellen Austausch eines mit Wickelgut bewickelten Wickelkerns
gegen einen unbewickelten Wickelkern ohne Unterbrechung des Wickelsvorgangs
vorsehen zu können,
ist es bereits bekannt, schleifenförmige Transportvorrichtungen
vorzusehen, an deren einem Ende die Wickelkerne eingelegt und an
deren anderem Ende sie entnommen werden (
EP 0 093 301 B1 ). Während des
Aufwickelvorgangs ruht der mit Wickelgut versehene Wickelkern auf
zwei Tragwalzen, welche die Materialrolle antreiben. Auf der Oberseite
der Materialrolle ruht eine Belastungswalze, die gehoben und gesenkt werden
kann. Die Zugspannung des Wickelguts wird dabei mittels einer regelbaren
Tänzerung
eingestellt. Bei extrem hohen Wickelgeschwindigkeiten stößt diese
bekannte Vorrichtung jedoch an ihre Leistungsgrenze.
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Damit
beim Aufwickeln eines neu gebildeten Endabschnitts einer Endlosbahn,
der durch Trennen dieser Bahn entstanden ist, dieser auch bei hohen Geschwindigkeiten
auf einen leeren Wickeldorn gebracht werden kann, während die
Endlosbahn weiterhin fortbewegt wird, wurde bereits eine Wickelvorrichtung
vorgeschlagen, die eine untere Rolle aufweist, über welche die Endlosbahn läuft, und
die ferner zwei Wickelrollen sowie eine Vorrichtung zum Abstützen dieser
Wickelrollen in Verbindung mit der unteren Rolle aufweist. Die Endlosbahn
wird dabei zwischen den Wickelrollen durchtrennt, während beide
Rollen mit der unteren Rolle zusammenwirken (US-PS 1 248 542).
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Bei
dieser als Pope-Wickler bekannten Vorrichtung nimmt die Wickelrolle
drei verschiedene Positionen ein: eine Warte-Position, eine Start-Position und
eine Lauf-Position.
In der Lauf-Position verbleibt die Wickelrolle, bis sie ganz mit
Wickelgut aufgefüllt ist.
Während
sich die Wickelrolle in der Lauf-Position befindet, kann eine leere
Wickelrolle in die Warteposition gebracht werden. Im wesentlichen
weist somit der Pope-Wickler eine angetriebene Abstützwalze und
zwei Schwenkeinrichtungen mit Aufnahmeteil für die Lagen eines Wickelkerns
auf. Mit Hilfe der ersten Schwenkeinrichtung werden nur einige Lagen
im Anwickelvorgang gewickelt. Anschließend wird der Wickelkern in
eine zweite Schwenkeinrichtung überführt und
dort fertiggewickelt. Dabei wird die sich bildende Rolle nicht auf
zwei Tragwalzen wie bei einem Doppeltragwalzenroller getragen, sondern
an die Stützwalze
angelehnt während
des Aufwickelvorgangs geführt,
wobei nur ein Teil der Gewichtskraft der Rolle sich auf die Abstützwalze
abstützt.
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Nachteilig
ist bei dem Pope-Wickler, daß sich die
Spannungsverhältnisse
der Bahnen des Wickelguts nur schwer unter Kontrolle bringen lassen.
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Ein
verbesserter Pope-Wickler ist aus der US-PS 5 192 034 bekannt. Dieser
Pope-Wickler weist
eine Stützrolle
sowie eine Wickelrolle auf, wobei die Wickelrolle an ihren beiden
Enden einen Lagerzapfen besitzt. Jeder der Lagerzapfen liegt in einer
Gabel eines Primärhebels.
Somit sind zwei Primärhebel
vorgesehen, und zwar einer an der Antriebseite des Pope-Wicklers
und der andere an der Bedienungsseite. Jeder Primärhebel kann
mittels eines pneumatischen Antriebs um eine Drehachse geschwenkt
werden.
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Der
Vorteil dieses Pope-Wicklers besteht darin, daß die Regelung der Kraft, die
zwischen der Aufwickelrolle und der Stützrolle herrscht, sehr genau durchgeführt werden
kann. Die Kraft kann sogar auf Null reduziert werden, so daß überhaupt
kein Kontakt zwischen der Aufwickelrolle und der Oberfläche der Stützrolle
auftritt. Die Zugspannung des Wickelguts kann dabei jedoch nicht
geregelt werden.
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Um
diese Zugspannung und damit die Wickelhärte zu regeln, sind im wesentlichen
zwei Maßnahmen
bekannt. Die eine Maßnahme
besteht darin, daß die
Bahn einer mehr oder weniger großen Zugkraft ausgesetzt wird,
während
die andere Maßnahme
darin besteht, die Wickelrolle mehr oder weniger stark gegen die
Stützrolle
zu drücken,
beispielsweise dadurch, daß ein
Druck auf die Achse der Wickelwalze ausgeübt wird oder mittels eines
Kontakts mit einer Reiterwalze, die parallel zu der zu schaffenden Walze
verläuft
und an diese gedrückt
wird, wodurch ein Liniendruck, d. h. ein Druck entlang einer Gerade, zwischen
der Bahnrolle und der Stützrolle
entsteht.
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Ein
Liniendruck wird oft durch das Gewicht der Wickelkerne erzeugt,
und zwar zwischen der zu schaffenden Bahnrolle und der Stützrolle.
Der Wickelkern ist sehr schwer und erreicht ein Ruhegewicht von
mehreren Tonnen, so daß ein
großer
Liniendruck entsteht. Dieser Liniendruck ist verantwortlich für die extrem
hohe Wickelhärte
im Kernbereich der Bahnrolle.
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Die
Verwendung eines eigenen Antriebs für eine Wickelrolle, d. h. eines
sogenannten Zentralantriebs, ergibt gewisse Vorteile, die darin
bestehen, daß man
die Wickelhärte steuern
kann. Hierbei werden ein oder zwei Gleitstücke mit Führungen an einem Dreharm befestigt,
so daß das
Gleitstück
das gleiche Drehmoment erzeugt wie die Primärarme. Weil die Bahnrolle wächst, wenn
sie den Primärabschnitt
durchläuft,
muß auch
der radiale Abstand zwischen dem Antrieb und der Achse der Stützrolle
im gleichen Verhältnis
vergrößert werden.
Um dies zu erreichen, wird die radiale Lage oder Spurführung des
Gleitstücks
festgelegt. Die Spurführung
wird meistens mittels hydraulischer Regelung durchgeführt, wobei
der Abstand zwischen dem Antriebsschlitten und der Wickelrolle ständig gemessen
wird.
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Mit
einem weiteren Pope-Wickler, der einen Direktantrieb aufweist, soll
diese radiale Spurführung vereinfacht
werden (US-PS 5 261 620). Bei diesem Pope-Wickler wird eine im Betrieb
befindliche Aufwickelwalze mittels eines ersten Gabel-Schwenkarms um
eine Stützwalze
herumgeführt
und dann von einem zweiten Gabel-Schwenkarm übernommen, der die weiterhin
aufwickelnde Rolle an einen anderen Ort verbringt, wo die Rolle
fertiggewickelt wird.
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Dieser
Ort, an dem die Rolle fertiggewickelt wird, befindet sich auf einer
horizontalen Schiene, entlang der die fertiggewickelte Rolle anschließend weitergeschoben
und entfernt werden kann, um einer neuen Wickelrolle Platz zu machen.
Da die Wickelrolle einen eigenen Antrieb besitzt, muß dieser
die Bewegungen der Wickelrolle mitmachen können. Um dies zu ermöglichen,
sind besondere Gleitelemente vorgesehen. Hierdurch entfallen die
bei den herkömmlichen
hydraulischen Antrieben erforderlichen Antriebszylinder.
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Mit
den beiden vorerwähnten
Pope-Wicklern (US-PS'en
5 192 034, 5 261 620) soll erreicht werden, die beim Pope-Wickelprinzip
entstehende sehr hohe Spannung im Kern der Materialrolle durch das hohe
Gewicht des Wickelkerns zu verringern und den sich im Rollenzuwachs
ergebenden plötzlichen Spannungsabfall
zu verhindern. Dies geschieht in einem Fall mittels beidseitigen
Hebeln zur Entlastung des Wickelkerngewichts und im anderen Fall
mittels eines zusätzlichen
Zentrumsantriebs auf dem Wickelkern.
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Nachteilig
ist bei den bekannten Vorrichtungen, daß sich die Spannung des Wickelguts
nicht exakt regeln läßt.
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Weiterhin
ist eine Vorrichtung zum Aufwickeln einer Bahn, vorzugsweise einer
im Blasverfahren oder Gießverfahren
hergestellten Kunststofffolienbahn bekannt, die eine Wickelhülse für die Bahn aufweist,
die von einem elektrischen Wickelmotor angetrieben wird (
DE 92 16 261 U1 ).
Diese Vorrichtung weist auch eine den Bahnzug erfassende Bahnzugmesswalze
sowie eine zwischen der Wickelhülse
und der Bahnzugmesswalze angeordnete Kontaktwalze auf.
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Es
ist auch ein Tragtrommelroller für
eine Papiermaschine zum Aufwickeln einer laufenden Papierbahn zu
einem Wickel bekannt, die eine bahnbreite Tragtrommel aufweist,
auf die die aufzuwickelnde Bahn aufläuft (
DE 44 01 959 A1 ). Dieser Tragtrommelroller
besitzt außerdem
ein Magazin zum Speichern einer Anzahl von Tambouren auf, die als
Wickelkerne dienen, wobei mit einem Paar von Schwenkhebeln die einzelnen
Tambouren abgenommen und in eine Anwickelposition an der Tragtrommel überführt werden.
Neben der ersten Tragtrommel ist eine zweite Tragtrommel vorgesehen,
die antreibbar und gegen den Wickel drückbar ist.
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Schließlich ist
auch noch eine Vorrichtung zum Aufwickeln von Wickelgut, beispielsweise
von Papierbahnen, Vliesbahnen und sonstigen flexiblen Bahnen bekannt,
die einen Wickelkern, zwei schwenkbare Arme sowie Lagerstellen in
den schwenkbaren Armen für
die Aufnahme der Enden des Wickelkerns aufweist, wobei eine um die
Achse schwenkbare erste Kontaktwalze vorgesehen ist, die auf den
Umfang einer um den Wickelkern gewickelten Materialrolle drückbar ist
(
DE 32 16 110 C2 ).
Eine Möglichkeit,
einen besonderen Antrieb für
eine Materialrolle während
der Wechselphase vorzusehen, weist diese Vorrichtung nicht auf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufwickel-Festigkeit des
Wickelguts regeln zu können.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der
mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Antrieb
der Wickelgutrolle und der Druck auf die Wickelgutrolle getrennt steuerbar
sind. Außerdem
kann die Wickelspannung nicht nur während des gesamten Wickelvorgangs konstant
gehalten werden kann, sondern es ist möglich, die Wickelspannung zu
jedem beliebigen Zeitpunkt während
des Wickelvorgangs beliebig zu wählen.
Hierdurch können
individuelle Besonderheiten des Wickelguts berücksichtigt werden.
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Bei
der Erfindung wird – vereinfacht
ausgedrückt – das Pope-Prinzip
eigentlich umgekehrt. Das Gewicht und die Massenträgheit der
in den Wickelarmen fest eingespannten Materialrolle haben keinen Einfluß mehr auf
die Wicklung. Vielmehr ist bei der Erfindung eine Kontaktwalze beweglich
aufgehängt und
das Gewicht dieser Kontaktwalze minimiert, so daß kleine Pneumatikzylinder
zur Betätigung
der Kontaktwalze ausreichend sind, welche wiederum feinfühligst auch
bei sensiblen Materialien durch die geringe und konstante Massenträgheit jeder
noch so kleinen Unrundheit der Materialrolle folgen kann.
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Dadurch
ist ein gleichförmiger,
ununterbrochener Anpreßdruck
an die Materialrolle gewährleistet,
der zudem unabhängig
vom Materialrollengewicht auf beliebige Weise beeinflußt werden
kann. Durch den Einsatz einer zweiten voreilenden Kontaktwalze ist
darüber
hinaus eine Verteilung der Spannungskontrolle nicht mehr nur in
einem Punkt, sondern über
mehr als 25 % des Umfangs verteilt möglich, wodurch ebenfalls eine
höhere
Genauigkeit gewährleistet
ist und das Niveau des Anpreßdrucks insgesamt
abgesenkt werden kann, da nicht mehr vorwiegend dieser für die Spannungserzeugung
verantwortlich ist. Hierdurch werden auch druckempfindliche Materialien
nicht mehr "kaputtgewalkt".
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen = Vorrichtung;
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2 die
in der 1 gezeigte Vorrichtung in einer Seitenansicht;
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3 einen
Wickelarm mit integrierter Kontaktwalze und einem Wickelkern mit
jeweiliger Lagerung;
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4 eine
Schnittdarstellung der 3 zur Veranschaulichung des
Walzenschlittens mit Führung;
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5 eine
schwenkbare Kontaktwalze;
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6a eine
erste Arbeitsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Wickelposition
mit kleiner Rolle;
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6b eine
zweite Arbeitsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Wickelposition
mit großer,
fast voller Rolle;
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6c eine
dritte Arbeitsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Wechselposition,
wobei die Wickelkernführung
ausgeschwenkt und ein neuer Wickelkern in eine Anlegeposition gebracht
wird;
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6d eine
vierte Arbeitsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Anlegeposition,
bei welcher eine Anlegeeinheit ausgefahren ist und ein neuer Wickelkern
umschlungen wird;
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6e eine
fünfte
Arbeitsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Ausladeposition, bei welcher ein neuer Wickelvorgang gestartet und
die Fertigrolle abgebremst sowie zum Ausladen gebracht wird;
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6f eine
sechste Arbeitsphase der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Wickelposition
ohne Rolle, wobei die Wickelkernführung zurückgeführt ist und ein neuer Wickelkern übernommen
wird.
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In
der 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wicklers 1 dargestellt. Dieser
Wickler 1 befindet sich innerhalb eines Tragrahmens mit
den Pfeilern 2, 3, 4, 5, der
beispielsweise für
die Aufnahme eines Flaschenzugs zum Transport eines mehrere Tonnen
schwer bewickelten Wickelkerns dient. Ein solcher bewickelter Wickelkern ist
als volle Materialrolle 6 gezeigt. An ihren Enden wird
diese Materialrolle 6 durch zwei Wickelarme 7, 7' gehalten. Diese
Wickelarme 7, 7' sind
mit den Kolben von hydraulischen Antriebszylindern verbunden, von denen
man in der 1 nur den einen Kolben 9 und den
einen Antriebszylinder 10 erkennt. Mit 11 ist
eine hydraulische Pinole zur Aufnahme der Materialrolle 6 bezeichnet.
Zwei weitere kleinere Antriebszylinder 12, 13 sind
seitlich und unterhalb des Antriebszylinders 10 angeordnet.
Ihre Kolben 14, 15 verlaufen zu beiden Seiten
eines Gestänges 18,
das zur Betätigung
einer Anlege- und Querscheideeinrichtung dient. Als Träger der
Antriebszylinder 10, 12, 13 mit ihren
Kolben 9, 14, 15 sowie der Wickelarme 7, 7' dient eine
seitliche Stützplatte 17,
die etwa vom Boden bis zur Pinole 11 reicht. Mit 25 ist
eine Kontaktwalze bezeichnet, mit 20 ein Hydraulikaggregat
und mit 51 eine Synchronrolle für die Kontaktwalze 25.
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In
der 2 ist der Wickler 1 noch einmal in einer
geschnittenen Seitenansicht gezeigt. Man erkennt hierbei die volle
Materialrolle 6, einen Wickelarm 7', einen Kolben 9' und einen Zylinder 10'. Der Zylinder 10' ist mit seinem
einen Ende über
ein Gelenk 21 mit einer Lasche 22 verbunden, die
ihrerseits mit einer Stützplatte 17' in Verbindung
steht. Das Ende des Kolbens 9', der aus dem Zylinder 10' herausragt,
ist über
ein Gelenk 23 mit dem Wickelarm 7' verbunden. Der Umfang der Materialrolle 6 kontaktiert
zwei Kontaktwalzen 24, 25. Die erste Kontaktwalze 24 liegt
seitlich an dem Umfang der Materialrolle 6 an und ist um
eine Achse 26 schwenkbar. Dagegen befindet sich die zweite
Kontaktwalze 25 unterhalb der Drehachse 27 der
Materialrolle 6. Mit 28 ist ein neuer Wickelkern
bezeichnet, der an die Stelle des alten Wickelkerns tritt, wenn
dieser voll bewickelt ist. Ein Wickelkernbeschleuniger 29 liegt
auf dem neuen Wickelkern 28, um dessen Umfangsgeschwindigkeit
auf die Geschwindigkeit der zu wickelnden Bahn zu bringen. Der Antrieb
für diesen
Wickelkernbeschleuniger 29 ist mit 30 bezeichnet.
Eine Einlege- und Querscheideeinrichtung 16 liegt, wie
die Elemente 24 bis 39, zwischen den beiden Stützplatten 17 (1)
und 17' (2).
Der Antriebszylinder 12 und der Kolben 14 sind
allerdings vor der Stützplatte 17 angeordnet
und in der 2 nur zu Orientierungszwecken
eingezeichnet. Die Einlege- und Querschneideeinrichtung weist eine
Leitwalze, eine weite re Preßwalze
und ein Querschneidezackenmesser auf. Diese Bauelemente sind durch
gestrichelte Linien angedeutet. Die Preßwalze kommt nur dann zum Einsatz,
wenn auf einen papphülsenbestückten Wickelkern
gewickelt wird.
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Die
zu wickelnde Bahn 31 läuft
von links nach rechts von einer Rolle 32 über eine
Breitstreckwalze 34 an deren Antrieb 33 vorbei.
Anschließend läuft die
Bahn 31 über
eine Leitwalze 35 und umschlingt eine Meßwalze 36.
Die Meßwalze 36 weist Dehnungsmeßstreifen
als Kraftaufnehmer auf, die je nach Auslegung ihres Maximalwerts
ein Spannungs- und Stromsignal liefern, welches direkt von Antriebsreglern
und einer elektronischen Steuerung verwertet werden kann. Über die
erste Kontaktwalze 24 wird die Bahn 31 von der
sich drehenden Materialrolle 6 auf deren Umfang gezogen.
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Für die Zuführung eines
neuen Wickelkerns 28 ist eine Wickelkernzuführung 37 vorgesehen,
die von einem Zylinder 38 betätigt wird. Die Arme der Wickelkernzuführung 37, 37', die erste
Kontaktwalze 24 sowie die Wickelarme 7, 7' sind in geeigneter
Weise parallel nebeneinander zwischen den Wickelarmen 7, 7' angeordnet,
wobei die Wickelzuführung 37, 37' in der Bahnmitte
vorgesehen ist. Dann kommen nach außen die Wickelarme 7, 7' und ganz außen befinden sich
die Arme der Kontaktwalze 24. Hierdurch wird der neue Wickelkern 28 zwischen
den Schwenkarmen 40, 90, der Kontaktwalze 24 und
der Achse 26 sowie den Schwenkarmen 40, 90 hindurch
in die Wickelposition geschwenkt und dort gehalten, bis die Wickelarme 7, 7' mit geöffneten,
d. h. zurückgezogenen
Pinolen 11, 53 zurückschwenken und den neuen Wickelkern 28 übernehmen.
In der Praxis wird hierbei der Öldruck
von den Pinolen 11, 53 weggenommen, so daß Federdrücke die
Zylinderrohre über
die Zapfen des Wickelkerns 52 schieben. Mit Hilfe eines pneumatischen
Zylinders 39 kann ein Schwenkarm 40, an dessen
einem Ende die Kontaktwalze 24 vorgesehen ist, um die Achse 26 geschwenkt
werden. Hierdurch läßt sich
der Anpreßdruck
der Kontaktwalze 24 auf den Umfang der Materialrolle 6 vergrößern oder
verkleinern.
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In
der 3 sind Teile der in den 1 und 2 gezeigten
Vorrichtung noch einmal im Detail und in perspektivischer Ansicht
dargestellt. Außer dem
Wickelarm 7 erkennt man das Gegenstück dieses Wickelarms, den hinteren
Wickelarm 7'.
Beide Wickelarme 7, 7' sind über eine Verbindungsachse 50 miteinander
verbunden. Bei der Verbindungsachse handelt es sich um eine starkwandige
Rohrtraverse zur Aufnahme der Torsionsmomente aus eventuell auftretenden
unterschiedlichen Belastungen der Wickelarme 7, 7'. In den Wickelarmen 7, 7' ist eine Synchronwelle 51 gelagert,
die sich unterhalb der zweiten Kontaktwalze 25 befindet. Über dieser
Kontaktwalze 25 befindet sich ein Wickelkern 52,
der in den oberen Enden der Wickelarme 7, 7' in hydraulischen Pinolen 11, 53 gelagert
ist. Bei den Pinolen 11 und 53 handelt es sich, ähnlich wie
bei einer Reitstock-Pinole an einer Drehbank, um axial verschiebbare
Kreiszylinder. Die Pinolen 11, 53 sind also umgekehrte
Hydraulikzylinder, bei denen der Kolben über eine Kolbenstange fest
mit den Wickelarmen 7, 7' verbunden ist, so daß ein Zylinderrohr
innerhalb eines Tragrohrs relativ zu diesem gleiten kann. Das Schließen, d.
h. das Greifen des Wickelkerns erfolgt aus Sicherheitsgründen federbelastet über ein
Tellerfederpaket. Geöffnet
werden die Pinolen 11, 53 dagegen hydraulisch.
Parallel zu den Wickelarmen 7, 7' und senkrecht zur Kontaktwalze 25 verlaufen
pneumatische Zylinder 56, 57, die zum Heben und
Senken der Kontaktwalze 25 dienen. Im unteren Bereich des
pneumatischen Zylinders 57 erkennt man einen Antrieb 58,
bei dem es sich um einen geregelten Elektromotor handelt, der die
Kontaktwalze 25 dreht. Die pneumatischen Zylinder 56 und 57 verfahren
somit die Kontaktwalze 25 und bringen während des Wickelvorgangs den
geregelten Anpreßdruck
der Kontaktwalze 25 an die Materialrolle 6 auf.
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Die 4 zeigt
einen Schnitt A-A durch die Vorrichtung gemäß 3. Man erkennt
hierbei einen Antriebsriemen 70, der über zwei Rollen 71, 72 zur Kontaktwalze 25 geführt ist
und diese in eine Drehbewegung versetzen kann. Mit 61 ist
ein Riemenspanner bezeichnet, der sich zwischen zwei Umlenkrollen 60, 62 befindet.
Parallel zu den Antriebsriemen 70 verläuft noch ein Synchronriemen 73,
der mit einem Walzenschlitten 74 verbunden ist. Dieser
Walzenschlitten 74, der die Kontaktwalze 25 trägt, kann sich
entlang einer Schiene 75 bewegen. Mittels einer Synchronwelle 51 und
des Synchronriemens 73 kann die in dem Walzenschlitten 74 gelagerte
Kontaktwalze 25 parallel zum Wickelkern 52 verfahren
und mit den pneumatischen Zylindern 56, 57 mehr
oder minder an die Materialrolle 6 angepreßt werden.
Der Synchronriemen 73 ist paarig ausgelegt, d. h. auf beiden
Seiten der Vorrichtung befindet sich innerhalb der Wickelarme 7 und 7' je ein Synchronriemen 73, welcher
jeweils über
Umlenkrollen 71, 72, 76, 78 sowie
die Synchronwelle 51 umschlingend geführt ist, wobei die Enden der
Synchronriemen oben und unten an den Walzenschlitten 74 und 74' festgeklemmt sind.
Somit ist ein synchrones Verfahren beider Walzenschlitten 74, 74' und somit die
Parallelität
der Kontaktwalze 25 zum Wickelkern 52 gewährleistet. Der
Antrieb 58 treibt, wie bereits erwähnt, über den Riemen 70 die
Kontaktwalze 25 an. Der Kraftfluß erfolgt hierbei vom Motor 58 zu
einem Zwischengelege 72 und von diesem mittels Riemen 70 über dessen Spannvorrichtung 60, 61, 62 zur
Riemenscheibe 63, die auf einem Zapfen der Kontaktwalze 25 sitzt.
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In
der 5 ist der Bereich der ersten Kontaktwalze 24 noch
einmal im vergrößerten Maßstab und
in einer anderen Perspektive dargestellt. Man erkennt hierbei den
zweiten Schwenkarm 90, der gegenüber dem ersten Schwenkarm 40 angeordnet
ist und mit einem pneumatischen Zylinder 91 in Verbindung
steht. Dieser zweite Schwenkarm 90 besitzt einen Vorsprung 92 zur
Aufnahme eines Riemenspanners für
den Antrieb 95. Die Schwenkachse 26 ist mit ihrem
einen Ende in einem Lager 93 gelagert. Das Getriebe 94 ist
vorzugsweise ein Kegelradgetriebe, und der Motor 95 ein
zu 58 baugleicher Elektromotor. Mit dem Motor 95 wird über das
Getriebe 94 und einen mittels einer Spannrolle 92 gespannten
Zahnriemen (nicht dargestellt) die Kontaktwalze 24 angetrieben.
Da der Antriebsmotor für
die Drehbewegungen der Kontaktwalze 24 nicht an einem Ende
dieser Kontaktwalze 24 angeflanscht ist, ist das mittels
der pneumatischen Zylinder 39, 91 zu verschwenkende Gewicht
gering.
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Die
Funktionsweise der in den 1 bis 5 dargestellten
Vorrichtungen wird nachfolgend beschrieben.
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Das
Wickelgut oder die Bahn 31 wird auf einen Wickelkern 52 aufgewickelt,
der beidseitig in selbsttätig
schließenden,
hydraulisch öffnenden
Pinolen 11, 53 in den Wickelarmen 7, 7' gelagert ist. Beide
Wickelarme 7, 7' sind über eine
rohrförmige Verbindungsachse 50 torsionssteif
miteinander verbunden, so daß eine
Einheit entsteht, die – hydraulisch
betätigt – das gesamte
Gewicht aus aufgewickeltem Gut 6 und Wickelkern 52 lageunabhängig trägt.
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Der
Antrieb zum Aufwickeln der Bahn 31 erfolgt zum einen vom
Umfang her über
eine erste gewichtsminimierte und auf ihrer Oberfläche gummierte Kontaktwalze 24,
die senkrecht über
dem Schwerpunkt der Einheit, wie sie in der 5 gezeigt
ist, pendelnd an einer Achse 26 hängend gelagert ist. Der Anpressdruck
der Kontaktwalze 24 an die Materialrolle 6 erfolgt
mittels feinfühliger
Pneumatikzylinder 39, 91. Die mögliche Auslenkung
der aus den Schwenkarmen 40, 90 und der Kontaktwalze 24 bestehenden
Pendeleinheit ist dabei so gewählt,
daß ein
Pufferbereich für
das Wickelgut 31 auf dem Wickelkern 52 entsteht.
Anhand der 6a bis 6f wird
dies weiter unten noch näher
beschrieben.
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Die
zweite Kontaktwalze 25 ist ähnlich aufgebaut wie die erste
Kontaktwalze 24, im Gegensatz zu dieser jedoch linear auf
Walzenschlitten 74, 74' verfahrbar, die innerhalb der
Wickelarme 7, 7' gelagert sind.
Die Kontaktwalze 25 kann hierdurch die Materialrolle 6 berühren und
unterstützen
sowie mit zunehmendem Wickelgutrollendurchmesser dem Rollenzuwachs
folgen. Der Drehpunkt der Verbindungsachse 50 der Wickelarme 7, 7' ist so gewählt, daß sich die Kontaktwalze 25 stets
unter dem Schwerpunkt der Materialrolle 6 befindet, und
zwar unabhängig
vom jeweiligen Durchmesser der Wickelgutrolle. Die Kontaktwalze 25 wird,
wie oben bereits beschrieben, durch einen Motor 58 separat
in eine Drehbewegung um ihre Achse versetzt, wobei von diesem Motor 58 ein
Zahnriemen zu einem Zahnrad 63 führt.
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Die
Kontaktwalzen 24 und 25 üben im wesentlichen gleichrangige
Funktionen aus. Nur während
der Wechselphase treibt die Walze 25 alleine die volle
Materialrolle 6 an, während
die Kontaktwalze 24 nur den leeren, neuen Wickelkern antreibt. Während des
Wickelvorgangs kann jede der beiden Walzen 24, 25 mehr
oder minder stark antreiben, so daß der von einem Vlies-Materialhersteller
gewünschte
Effekt in der Rolle entsteht. Möchte
zum Beispiel der Materialhersteller eine bestimmte Festigkeit der
Rolle 6 erzielen, um möglichst
viele Laufmeter auf die Rolle zu bringen, beispielsweise um Versandkosten
einzusparen oder weniger Wechsel bei der Weiterverarbeitung zu haben,
und lassen die Materialeigenschaften, wie zum Beispiel eine geringe Querfestigkeit,
nur einen ungenügenden
Bahnzug vor der Wickelstelle – gemessen über die
Meßwalze 36 – zu, ohne
die Bahn einzuschnüren,
käme es
bei bisherigen Wickelverfahren zum seitlichen Ausschieben der inneren
Lagen durch den hohen Druck der Außenlagen. Durch die zweite
Kontaktwalze 25 gemäß der Erfindung
besteht jedoch die Möglichkeit, am
Einlauf über
die Meßwalze 36 mit
nur kleinen Bahnzügen
zu fahren, und am Rollenanfang am Wickelkern der zweiten Kontaktwalze 25 gegenüber der ersten
Kontaktwalze 24 eine starke Voreilung zu geben, d. h. die
Kontaktwalze 25 wird einige Prozent schneller angetrieben
als die Kontaktwalze 24. Dadurch wird ohne die sonst auftretenden
negativen Einflüsse
der Bahnzug zwischen den beiden Kontaktwalzen 24 und 25 erst
auf der Rolle 6 erzeugt, ohne daß eine Einschnürung möglich ist,
da die Reibung auf der Rolle 6 zum Wickelkern einen stabilisierenden
Effekt bringt. Jetzt ist die Lastverteilung ungefähr 50 :
50, da die Kontaktwalze 24 dem Zug der Kontaktwalze 25 entgegenbremsen
muß und
lediglich den ge ringen Bahnzug am Einlauf zur Unterstützung hat. Reduziert
man nun mit zunehmendem Materialrollendurchmesser die Voreilung,
nimmt auch der Leistungsbedarf an der Kontaktwalze 25 ab
und derjenige der Kontaktwalze 24 zu, bis bei 0 % Voreilung schließlich die
Kontaktwalze 24 allein den Bahnzug und die Reib- und Walkarbeit
aufbringen müßte. Man kann
also sagen, daß beide
Walzen an der Wicklung ungefähr
gleichen Anteil haben.
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Die
Meßwalze 36 ist
mit Bahnzugsensoren versehen, die ein Signal über den Bahnzug abgeben. Dieses
Bahnzugsignal wird zur Regelung der Drehzahl der Kontaktwalze 24 und
damit der Materialrolle 6 herangezogen. Durch die gewichtsneutrale
Pendellagerung 26 der Kontaktwalze 24 sowie der
hiervon unabhängigen
Lagerung des Wickelkerns 52 in den Wickelarmen 7, 7' kann der Anpressdruck
der Kontaktwalze 24 an die Wickelgutrolle 6 mittels
der Pneumatikzylinder 39, 91 unabhängig vom
zunehmenden Wickelgutrollengewicht feinfühlig über den Rollendurchmesser für jede von
einem Wickelguthersteller gewünschte
Wickelcharakteristik gesteuert werden.
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Die
Größe der Auslenkung
der Kontaktwalze 24 über
ihren theoretischen Nullpunkt hinaus regelt die Verfahrgeschwindigkeit
der Wickelarme 7, 7' mit dem
darin gelagerten Wickelkern 52 bei zunehmendem Durchmesser
der Wickelgutrolle 6. Unter dem theoretischen Nullpunkt
wird hierbei diejenige Stellung verstanden, in der gerade kein Signal
zum Verfahren der Wickelarme 7, 7' erfolgt. Dies ist der Fall, wenn
die Arme 40, 90 senkrecht stehen. Eine Auslenkung
nach links bewirkt die hydraulische Absteuerung der Wickelarme 7, 7', wobei z. B.
nur 20 mm für die
Steuerung benutzt werden. Mehr oder weniger Auslenkung innerhalb
dieser 20 mm bewirkt mehr oder weniger schnelle Absteuerung. Die
Kontaktwalze 24 kann jedoch während dem Wechselvorgang noch
ca. 120 mm weiter ausgelenkt werden (vgl. weiter unten 6f).
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Die
Kontaktwalze 25 folgt dem zunehmendem Durchmesser der Wickelgutrolle 6 nach
unten, wobei über
die separate Andruckregelung dieser Kontaktwalze 25 und
den getrennten Antrieb 58 auf die Wickelgutrolle ganz besonders
die Möglichkeiten einer
Spannungs- und Dichtebeeinflussung in der Wickelgutrolle gegeben
sind.
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Die
Spannung und Dichte des Wickelguts kann somit einerseits durch die
Wickelgut spannung und den Anpreßdruck
der Kontaktwalze 24 und andererseits durch den Auflagedruck
der Kontaktwalze 25 und deren Geschwindigkeit im Verhältnis zur
ersten Kontaktwalze 24 geregelt werden. Die Spannungskontrolle
mittels Anpreßdruck
basiert auf dem Umstand, daß durch
das Anpressen der Materialrolle an die Stützwalze ein Walkeffekt auftritt, ähnlich einem sich
auf der Fahrbahn abrollenden Gummireifen, bei dem die auflaufende
Bahn eine geringe Zugerhöhung
im Berührpunkt
erfährt.
Dies ist jedoch nur in geringem Maße beeinflußbar, insbesondere bei zähen Materialien,
da durch den erwähnten
Walkeffekt das Material ermüdet
und der Rollenaufbau negativ beeinflußt werden. Schließlich wird
jede bereits aufgewickelte Lage an jedem Punkt des Umfangs während jeder
weiteren Umdrehung je einmal komprimiert und dekomprimiert. Durch
die zweite Kontaktwalze 25 muß im Extremfall lediglich soviel
Anpreßdruck
erbracht werden, um eine schlupffreie Übertragung des erforderlichen
Drehmoments der entsprechenden Kontaktwalze zu gewährleisten.
Die Spannungskontrolle auf der Materialrolle beschränkt sich nunmehr
nicht nur auf einen Punkt des Umfangs in Abhängigkeit von der Dehnsteifigkeit
des Materials, sondern kann gezielt über die Reibung zwischen Material
und Kontaktwalze zwischen den beiden Kontaktwalzen verteilt über ca.
25 % des Umfangs erfolgen. Die Anpreßdruckvariation der jeweiligen
Kontaktwalze ist je nach Materialbeschaffenheit nurmehr zusätzlich als
Einflußgröße nutzbar.
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Ist
der volle Rollendurchmesser des Wickelguts 6 erreicht,
bewegen die Wickelarme 7, 7' die Wickelgutrolle 6 gerade
so weit von der Kontaktwalze 24 weg, daß ein berührungsfreies Durchschwenken der
Anlege- und Querschneideeinrichtung 16 ermöglicht wird.
Die Kontaktwalze 25 übernimmt
während dieses
Vorgangs allein die Antriebsfunktion für den Wickelkern 52.
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Die
Wickelkernzuführung 37 schwenkt
einen neuen Wickelkern 28 ein, nachdem dieser vom Wickelkernbeschleuniger 29 mit
der Geschwindigkeit der Bahn 31 synchronisiert wurde. Sodann
wird der neue Wickelkern 28 von der Wickelkernzuführung 37 in
einer Anlegeposition fixiert. Hierbei übernimmt die Kontaktwalze 24 den
Antrieb des neuen Wickelkerns 28 (vgl. 6c).
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Die
Anlege- und Querschneideeinrichtung 16 umschlingt den neuen
Wickelkern 28 um nahezu 360 Grad, so daß kein Klebeband oder eine
sonstige Präparierung
des Wickelkerns 28 erforderlich ist. Danach erfolgt das
Querschneiden (vgl. 6d).
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Die
Wickelarme 7, 7' schwenken
die fertige Wickelgutrolle 6 aus dem Wickelbereich heraus
und bremsen diese über
die Kontaktwalze 25 bis zum Stillstand ab. Während dieses
Vorgangs übernimmt die
Kontaktwalze 25 allein den Antrieb der Rolle 6. Nach
erfolgtem Anlegen und Querschneiden bremst die Kontaktwalze 25 die
Materialrolle 6 ab. Hierauf geben die Wickelarme 7, 7' die fertige
Wickelgutrolle 6 in eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise
in einen Kaulenwagen oder in einen Fertigrollenspeicher. Die Pinolen 11, 53 werden
hydraulisch geöffnet
und entlassen die Wickelgutrolle (vgl. 6e).
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Die
Wickelarme 7, 7' schwenken
sodann mit geöffneten
Pinolen 11, 53 zurück und übernehmen durch Schließen den
neuen angewickelten Wickelkern 28 aus der Wickelkernzuführung 37.
Während der
Wechselphase war die Regelung der Wickelarm-Hydraulik ausgeschaltet,
und die Kontaktwalze 24 ermöglichte über den Regelbereich hinaus
in einer Pufferzone das Anwickeln und den Durchmesserzuwachs unter
Beibehaltung des geregelten Anpressdrucks und der Bahngeschwindigkeit
(vgl. 6f). Nach der Übernahme
des neuen Wickelkerns wird die Regelung reaktiviert, und die Kontaktwalze 24 bewegt
sich durch die wegschwenkenden Wickelarme 7, 7' wieder in ihre
Neutrallage.
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In
den 6a bis 6f sind
zur Verdeutlichung der vorbeschriebenen Funktionsweise der Erfindung
einzelne Arbeitsphasen dargestellt. Hierzu dienen im wesentlichen
vereinfachte Darstellungen entsprechend der 2.
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Die 6a zeigt
die Vorrichtung gemäß 2 in
einer Wickelposition, in welcher der Umfang der Materialrolle 6 zunimmt.
Es handelt sich hierbei um die Arbeitsphase kurz nach dem Anwickeln,
d. h. das Anwickeln ist beendet und das normale Wickeln hat gerade
begonnen.
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Die
in der 6b gezeigte Arbeitsphase entspricht
im wesentlichen derjenigen, die bisher in der 2 gezeigt
wurde. Die Materialrolle 6 ist hierbei fast voll, und ein
neuer Wickelkern 28 wird vorgelegt.
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In
der 6c ist der Wickelkern 7' weiter im Uhrzeigersinn verschwenkt,
um das Abnehmen der Materialrolle 6 einzuleiten. Ein neuer
Wickelkern 28 ist hierbei in die Höhe der Kontaktwalze 24 gelangt, d.
h. eine Wickelkernzuführung
ist ausge schwenkt und ein neuer Wickelkern in Anlegeposition gebracht.
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Die 6d zeigt
den Wickelarm 7' weit
nach rechts um den Drehpunkt 50 geschwenkt. Die Einlege-
und Querschneideeinrichtung 16 ist hierbei im Gegenuhrzeigersinn
nach oben geschwenkt. Mit ihrer Spitze stößt sie bei dessen Schwenkbewegung gegen
die Bahn 31 und führt
diese um den neuen und sich drehenden Wickelkern 28 herum,
worauf die Bahn 31 den neuen Wickelkern 28 umschlingt.
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In
der 6e ist der Vorgang des Umwickelns des neuen Wickelkerns 28 abgeschlossen,
so daß die
Einlege- und Querschneideeinrichtung 16 wieder in ihre
alte Position verbracht ist. In dieser Ausladeposition wird ein
neuer Wickelvorgang gestartet, die fertige Rolle 6' abgebremst
und ausgeladen. Das Ausladen der fertigen Rolle 6' erfolgt z.
B. dadurch, daß die
Pinolen an den Enden der Achse der Rolle 6' geöffnet werden, so daß die Enden
der Achse frei liegen. Diese Enden können nun von Haken einer Laufkatze
umschlungen werden, welche die Rolle 6' hochhebt und an einen bestimmten
Ort bringt.
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In
der 6f ist die Übernahmeposition
für die
neu zu bewickelnde Rolle dargestellt. Man erkennt hierbei, daß die Kontaktwalze 24 etwas
nach links gegenüber
der Vertikalen ausgelenkt ist. Diese Auslenkung ergibt sich dadurch,
daß die
Wickelarme 7, 7' eine
gewisse Zeit benötigen,
bis die Materialrolle 6' abgebremst
und abgelegt ist und bis die Wickelarme 7, 7' aus der Position
der 6e in die Position der 6f zurückgeschwenkt
sind. Bis die Wickelarme 7, 7' den angewickelten Wickelkern übernommen haben,
ist bereits ein wenig Material aufgelaufen. Da der Wickelkern jedoch
in seiner Aufwickelposition in den Armen 37 der Wickelkernzuführung fixiert
bleiben muß,
um eine versatzfreie Übernahme
durch die Wickelarme zu gewährleisten,
ist der Pendelbereich der Kontaktwalze 24 größer als
für die
Steuerung der Wickelarme 7, 7' erforderlich ausgebildet, so daß diese
den Durchmesserzuwachs während
der Anwickelphase überbrücken kann.
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Bei
den elektronischen Regeleinheiten, welche die Regelung von Drehgeschwindig keit
und Anpreßdruck
der Kontaktwalzen 24, 25 übernehmen, handelt es sich
um herkömmliche
Einheiten, so daß sich
deren Darstellung und Beschreibung erübrigt. Es versteht sich, daß die Regelung
mittels softwaregesteuerter Computer bzw. Mikroprozessoren durchgeführt werden
kann.