DE19836116A1 - Rollenwicklerwalze - Google Patents

Abstract

Es wird eine Rollenwicklerwalze angegeben mit einer elastischen Oberfläche (8) auf einem Kern, in deren Oberfläche (14) Öffnungen (12) angeordnet sind, wobei jede Öffnung (12) über einen Kanal (13) mit einem Luftaufnahmevolumen (10) in Verbindung steht, das zumindest in Umfangsrichtung der Walze abgeschlossen ist. DOLLAR A Man möchte eine noch bessere Abfuhr der zwischen einer Materialbahn und der Oberfläche (14) der Walze eingeschlossenen Luft erreichen. DOLLAR A Hierzu steht das Luftaufnahmevolumen (10) über mindestens eine Entlastungsbohrung (40) mit einem Ausgleichsvolumen (3) in Verbindung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rollenwicklerwalze mit ei­ ner elastischen Oberfläche auf einem Kern, in deren Oberfläche Öffnungen angeordnet sind, wobei jede Öff­ nung über einen Kanal mit einem Luftaufnahmevolumen in Verbindung steht, das zumindest in Umfangsrichtung der Walze abgeschlossen ist.

Die Erfindung ist eine weitere Ausbildung der Rollen­ wicklerwalze nach dem deutschen Patent (der deutschen Patentanmeldung) 198 12 723 und dessen Zusatzpatent (Zusatzpatentanmeldung 198 18 180).

Die Offenbarung der deutschen Patentanmeldungen 198 12 723 und 198 18 180 sind Bestandteil der vorlie­ genden Anmeldung.

Beim Gegenstand des Hauptpatents wird das Risiko des Aufschwimmens der Materialbahn auch bei höheren Ge­ schwindigkeiten dadurch verringert, daß jede Öffnung über einen Kanal mit einem Luftaufnahmevolumen in Ver­ bindung steht, das zumindest in Umfangsrichtung der Walze abgeschlossen ist. Dadurch steht einerseits ein ausreichend großes Luftaufnahmevolumen zur Verfügung, um die an der Materialbahn bzw. der Walze anhaftende Luftschicht im Einlaufbereich verdrängen zu können. Durch den Abschluß in Umfangsrichtung ist es jedoch möglich, mit Hilfe von Druckluft eine Gewichtsentla­ stung der Wickelrolle zu bewirken. Die Druckluft kann zwar ebenfalls in das Luftaufnahmevolumen hineinge­ drückt werden. Ein Entweichen durch Verbindungskanäle, die etwa in Umfangsrichtung oder quer durch die Walze verlaufen, ist aber nicht möglich.

Man kann beobachten, daß die Materialbahn, vor allem eine Papierbahn, aufgrund der Öffnungen, die mit dem Luftaufnahmevolumen in Verbindung stehen, wesentlich besser an der Walze anliegt als bei Walzen, denen diese Ausbildung fehlt.

Die Erfindung hat eine weitere Ausbildung der Rollen­ wicklerwalze zur Aufgabe. Insbesondere soll ein noch besseres Anhaften der Materialbahn an der Oberfläche der Walze erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Rollenwicklerwalze der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Luftauf­ nahmevolumen über mindestens eine Entlastungsbohrung mit einem Ausgleichsvolumen in Verbindung steht.

Hierbei soll der Begriff "Entlastungsbohrung" nicht darauf beschränkt sein, daß sie durch einen bohrenden Vorgang hergestellt ist. Die Entlastungsbohrung kann auch auf andere Weise erzeugt werden.

Die an der Materialbahn anhaftende Luft kann durch die Öffnung und den Kanal in das Luftaufnahmevolumen ein­ dringen. Die dabei entstehende Druckerhöhung ist nicht übermäßig groß, aber meßbar. Der höhere Druck kann aber im Laufe der weiteren Drehung der Walze durch die Ent­ lastungsbohrung wieder abgebaut werden. Die Luft kann nämlich durch die Entlastungsbohrung in das Ausgleichs­ volumen abfließen. Da, wenn die Materialbahn an der Oberfläche der Walze zur Anlage gekommen ist, kein wei­ terer Luftnachschub erfolgt, kommt die Materialbahn nach einer vorbestimmten Zeit, die zum Druckabbau ge­ nutzt wird, also nach einem vorbestimmten Drehwinkel der Walze, zu einer sehr dichten und damit festen Anla­ ge an die Oberfläche der Walze. Die Anlage ist so fest und stabil, daß ein seitliches Verlaufen der Material­ bahn auf der Oberfläche der Walze praktisch nicht mehr erfolgt. Wenn die Oberfläche der Walze dann in eine Zo­ ne kommt, wo die Wickelrolle mit Hilfe von Druckluft unterstützt wird (Auslaufbereich), dann kommt diese Druckluft selbstverständlich auch durch die Öffnungen und das Luftaufnahmevolumen zu der Entlastungsbohrung. Der Druckanstieg im Luftaufnahmevolumen ist hierbei je­ doch wesentlich stärker als durch die an der Material­ bahn anhaftende Luft. Auch ist in der Regel der Dreh­ winkel, den die Oberfläche der Walze in dem Druckbe­ reich zurücklegt, kürzer, so daß zwar etwas Luft durch die Entlastungsbohrung in das Ausgleichsvolumen abflie­ ßen kann. Dieser Verlust ist aber tolerierbar. Er senkt den Druck unterhalb der Wickelrolle nicht in einem Maß ab, der einen wesentlich höheren Versorgungsdruck not­ wendig machen würde. Damit kombiniert man die Vorteile einer Walze, deren Mantel vollständig perforiert ist und die man deswegen nicht im Zusammenhang mit einer Druckluftunterstützung verwenden kann, mit den Vortei­ len einer Walze, die für eine Druckluftunterstützung geeignet ist. Der Kompromiß wird dadurch gebildet, daß die zum Abströmen der Luft durch die Entlastungsbohrung zur Verfügung stehende Querschnittsfläche wesentlich kleiner ist als die Summe der Querschnittsflächen der Öffnungen.

Vorzugsweise ist das Ausgleichsvolumen durch einen In­ nenraum gebildet, der vom Walzenmantel umgeben ist. Dieser Innenraum steht bei vielen Walzen ohnehin zur Verfügung, die als Hohlwalze ausgebildet sind. Wenn man diesen Innenraum als Ausgleichsvolumen verwendet, kann man sich komplizierte Leitungsführungen sparen.

Mit Vorteil weist der Innenraum eine Verbindung zur Um­ gebung auf. Man kann mit Hilfe der Verbindung dafür sorgen, daß im Innenraum der gleiche Druck herrscht, wie in der Umgebung, also atmosphärischer Druck. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß man den Innenraum nicht unterteilen muß in eine Zone, die dem Druckbe­ reich, d. h. dem Auslaufbereich, benachbart ist, und ei­ ne Zone, die dem Einlaufbereich für die Materialbahn benachbart ist. Man läßt vielmehr zu, daß im Druckbe­ reich Druckluft in geringen Mengen in den Innenraum eindringen kann. Eine Druckerhöhung findet hierdurch aber nicht statt, weil der Druck durch die Verbindung zur Umgebung entweichen kann. Dementsprechend führt diese Druckerhöhung auch nicht zu einem Abheben der Ma­ terialbahn im "Einlaufbereich" der Rollenwicklerwalze.

Vorzugsweise ist das Luftaufnahmevolumen in Axialrich­ tung in mehrere Kammern unterteilt und jede Kammer weist mindestens eine Entlastungsbohrung auf. Mit die­ ser Ausgestaltung erreicht man eine leichtere Anpassung der Rollenwicklerwalze an verschiedene Breiten der zu wickelnden Rollen. Luft aus dem Druckluftunterstüt­ zungsbereich kann dann nicht in Axialrichtung durch das Luftaufnahmevolumen entkommen. Dennoch steht die Mög­ lichkeit zur Verfügung, daß im Einlaufbereich die an der Materialbahn anhaftende Luft in das Ausgleichsvolu­ men abfließen kann.

Vorzugsweise ist die Entlastungsbohrung als Drosselka­ nal ausgebildet. Dieser Drosselkanal bildet einen Strö­ mungswiderstand für die Luft. Das bedeutet, daß die von der Materialbahn mitgeschleppte Luft, die zu einer leichten Druckerhöhung im Luftaufnahmevolumen führt, zwar durch die Drossel abfließen kann. Da hierfür eine relativ lange Zeit zur Verfügung steht, nämlich die Zeit, in der die Materialbahn an der Walzenoberfläche anliegt, was durchaus über Winkelbereiche in der Grö­ ßenordnung von 120 bis über 180° der Fall sein kann, kann die Materialbahn zumindest am Ende dieses Um­ schlingungswinkels sehr fest auf der Oberfläche der Walze aufliegen. Bei der plötzlichen Druckerhöhung, wie sie beim Eintritt des entsprechenden Oberflächenbe­ reichs in die Druckluftunterstützungszone erfolgt, er­ zeugt die Drossel jedoch einen relativ großen Druckab­ fall. Zwar kann auch hier Luft aus dem Luftaufnahmevo­ lumen in das Ausgleichsvolumen abströmen. Aufgrund des größeren Druckunterschiedes kann die Luftmenge sogar größer sein als im Einlaufbereich. Sie reicht aber im­ mer noch nicht aus, um zu einem nennenswerten Druckab­ fall im Luftaufnahmevolumen zu führen. Dementsprechend wird der Druck in der Druckluftunterstützungszone auch nicht nennenswert abgesenkt, d. h. es ist praktisch kei­ ne zusätzliche Leistung für die Zuführung einer größe­ ren Luftmenge in den Druckluftunterstützungsbereich notwendig.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Entlastungs­ bohrung mit einem Ventil versehen sein. Dieses Ventil wird geöffnet, wenn sich der entsprechende Sektor der Walze im Einlaufbereich befindet, wenn also von der Ma­ terialbahn mitgeschleppte Luft durch die Entlastungsboh­ rung abfließen soll. Kommt hingegen der entsprechende Walzensektor in den Auslaufbereich, wo wegen der Druck­ luftunterstützung der erhöhte Luftdruck herrscht, dann wird das Ventil geschlossen und das Abströmen von Luft wird verhindert.

Diese Ausgestaltung läßt sich besonders einfach dann realisieren, wenn das Ventil als selbstschließendes Ventil ausgebildet ist. Solange der Druckunterschied zwischen dem Luftaufnahmevolumen und dem Ausgleichsvo­ lumen klein ist, bleibt das Ventil offen. Dies ist im Einlaufbereich der Fall. Wird hingegen der Druckunter­ schied größer, wie es der Fall ist, wenn das entspre­ chende Luftaufnahmevolumen in den Auslaufbereich kommt, dann wird das Ventil geschlossen. Das Ventil kann hier­ bei nach Art eines Rückschlagventils ausgebildet sein, das durch Federn oder andere Kräfte offengehalten wird, die erst von einer größeren Druckdifferenz überwunden werden können.

Vorzugsweise ist das Luftaufnahmevolumen durch ein Rohr gebildet, das in einer Axialnut im Kern angeordnet ist, deren Seitenwände das Rohr nach außen hin übergreifen. Eine derartige Nut kann man beispielsweise dadurch er­ zeugen, daß zunächst mit einem Fräser eine Axialnut mit einem rechteckigen Querschnitt erzeugt wird. Anschlie­ ßend kann man diese Nuten mit einem Formfräser auffrä­ sen. Wenn man dann das Rohr einschiebt, ist es in Ra­ dialrichtung, also gegen die Zentrifugalkraft, sicher gehalten. Dies ist eine relativ einfach zu realisieren­ de und dennoch zuverlässige Lösung.

Vorzugsweise schließt das Rohr im wesentlichen mit der Oberfläche des Kernes ab. Auf diese Weise erhält man wieder eine nahezu glatte Oberfläche der Walze, auf die dann die elastische Oberflächenschicht aufgebracht wer­ den kann. Die kleinen Rillen, die zwischen dem Rohr und der Oberfläche des Kernes verbleiben,füllen sich mit dem Beschichtungsmaterial und verbessern die Haftung zwischen der Oberflächenschicht und dem Kern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus­ führungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Walze im Radial­ schnitt,

Fig. 2 eine Stirnseitenansicht der Walze,

Fig. 3 eine Einzelheit III aus Fig. 2 und

Fig. 4 bis 6 abgewandelte Nutformen.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walze 1 im Radial­ schnitt mit einem Kern 2 aus Stahl oder Guß, der als Schale ausgebildet ist, d. h. einen hohlen Innenraum 3 umgibt.

Die dargestellte Walze kann beispielsweise als Tragwal­ ze in einer Rollenwicklervorrichtung verwendet werden. An beiden Stirnseiten ist der Innenraum 3 von Deckeln 4 (in Fig. 2 ist nur eine Seite dargestellt) verschlos­ sen, an denen Walzenzapfen 6 befestigt sind.

Auf der Außenseite des Kernes 2 ist eine elastische Schicht 8 angeordnet, die beispielsweise aus Gummi oder einem vergleichbaren Elastomer gebildet sein kann. Im vorliegenden Fall ist die Schicht zweiteilig ausgebil­ det. Sie weist eine radial weiter außen liegende Schicht 8a aus einem weicheren Material, beispielsweise weicherem Gummi, und einer radial weiter innen liegen­ den Schicht 8b aus einem härteren Material, beispiels­ weise härterem Gummi, auf.

Der Kern 2 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Axialnuten 17 an seiner radial äußeren Oberfläche auf. Diese Nuten 17 können bei­ spielsweise eingefräst sein. Sie haben ursprünglich ei­ nen rechteckigen Querschnitt. Um die dargestellten aus­ gewölbten oder ausgebauchten Wände 43 zu erzeugen, ver­ wendet man nach dem Einbringen der Rechtecknuten einen Kugelfräser, so daß der Querschnitt der Nuten 17 im we­ sentlichen kreisrund ist.

In jeder dieser Nuten 17 ist ein Rohr 16, beispielswei­ se aus Messing, angeordnet. Es liegt am Nutengrund an und wird von den Seitenwänden der Nut nach außen hin übergriffen. Dieses Messingrohr kann einfach von einer Stirnseite der Walze 1 her eingeschoben werden.

Die Tiefe der Nut 17 ist so gewählt, daß die äußere Oberfläche des Rohres 16 mit der Oberfläche des Kernes 2 praktisch abschließt. Damit verbleiben an der unbe­ schichteten Walze lediglich schmale Rillen auf beiden Seiten des Rohres 16, die beim Aufbringen des Belages 8 geschlossen werden können, aber keine negativen Auswir­ kungen auf die Gleichförmigkeit des Belages 8 haben.

In der elastischen Schicht 8 sind Öffnungen 12 vorgese­ hen. Jede Öffnung 12 steht über einen Kanal 13 und eine Bohrung 45 in der Wand des Rohres 16 mit einem Luftauf­ nahmevolumen 10 in Verbindung, das durch das Innere des Rohres 16 gebildet ist. Im Innern des Rohres sind meh­ rere Stopfen 11 in Axialrichtung verteilt angeordnet, die das Luftaufnahmevolumen 10 axial in mehrere Ab­ schnitte oder Kammern unterteilt. Während das Rohr 16 einen Innendurchmesser in der Größenordnung von 10 mm aufweist, hat der Kanal 13 einen Durchmesser in der Größenordnung von 3 bis 4 mm.

Der Innenraum 3 der Walze ist über eine Entlastungsboh­ rung 40 mit dem Innern des Rohres 16 verbunden. Hierzu ist die Entlastungsbohrung 40 durch den Kern 2 geführt. Auch das Rohr 16 weist eine entsprechende Bohrung 46 auf. Die Bohrung 46 kann durch ein Ventil verschlossen werden, das durch eine Platte 41 gebildet ist, die von Federn 42 in einem gewissen Abstand zur Innenwand des Rohres 16 gehalten wird. Dieses Ventil ist also norma­ lerweise offen. Wenn jedoch eine etwas höhere Druckdif­ ferenz zwischen dem Innern des Rohres 16, d. h. dem Luftaufnahmevolumen 10, und dem Innenraum 3 vorliegt, dann wird die Platte 41 an die Innenwand des Rohres 16 gedrückt und verschließt die Entlastungsbohrung 40.

Die Entlastungsbohrung 40 ist als Drossel ausgebildet, d. h. sie setzt einer durchströmenden Luft einen gewis­ sen Widerstand entgegen. In manchen Fällen ist also das Ventil 41, 42 nicht einmal notwendig.

Wenn die Walze 1 in einem Rollenwickler eingesetzt wird, dann läuft eine Materialbahn 47, wie in Fig. 2 dargestellt, zu, umschlingt die Walze 1 über einen Win­ kel von etwas mehr als 180° und wird dann auf eine Rol­ le 48 aufgewickelt. Der Bereich, in dem die Material­ bahn 47 auf der Walze 1 aufliegt, wird auch als "Einlaufbereich" a bezeichnet. Um den Auflagedruck der immer größer werdenden Rolle 48 auf der Walze 1 nicht zu groß werden zu lassen, ist in einem sogenannten "Auslaufbereich" b, der sich über einen wesentlich kleineren Winkel erstreckt, eine Druckluftunterstützung vorgesehen, d. h. hier wird in einem durch die Walze 1, die Rolle 48 und weitere nicht näher dargestellte Ele­ mente umgrenzten Raum ein höherer Luftdruck erzeugt.

Beim Zulaufen der Materialbahn 47 haftet Luft an ihr an, die zunächst eine glatte und satte Anlage der Ma­ terialbahn 47 an der Oberfläche 14 der Walze 1 verhin­ dert. Die Luft kann jedoch durch die Öffnungen 12 und die Kanäle 13 in das Luftaufnahmevolumen 10 eindringen. Die Druckerhöhung ist hierbei relativ gering. Da die Materialbahn über einen relativ langen Zeitraum an der Walze 1 anliegt, kann in jedem Luftaufnahmevolumen 10 ein Druckausgleich zum Innenraum 3 erfolgen und zwar über die Entlastungsbohrungen 40. Da während der Aufla­ ge der Materialbahn 47 auf die Walze 1 keine Zufuhr von Luft erfolgt, ist nach einem gewissen Umdrehungswinkel der Walze 1 tatsächlich die gesamte oder fast alle Luft zwischen der Materialbahn 47 und der Oberfläche 14 der Walze 1 verdrängt. Die Materialbahn 47 haftet dann re­ lativ fest an der Walze 1 an, so daß ein Verlaufen ver­ mieden werden kann.

Wenn sich die Walze weiter dreht, dann kommen die Öff­ nungen 12 auch in den Auslaufbereich b, wo der entspre­ chend höhere Druck herrscht. Natürlich pflanzt sich dieser höhere Luftdruck auch in das Luftaufnahmevolumen 10 fort. Aufgrund der höheren Druckdifferenz zwischen dem Luftaufnahmevolumen 10 und dem Innenraum 3 der Wal­ ze 1 schließt aber das Ventil 41, 42, so daß die Luft nicht in den Innenraum abfließen kann. Ein Druckverlust in der Auslaufzone b findet also nicht statt.

Auch wenn das Ventil 41, 42 fehlt, ist der Druckverlust vernachlässigbar klein. Die Entlastungsbohrung 40 läßt zwar Luft abfließen. Aufgrund ihres Strömungswiderstan­ des ist die Menge der abfließenden Luft aber nach wie vor relativ klein.

Damit die abfließende Luft nicht zu einer Erhöhung des Drucks im Innenraum 3 der Walze 1 führt, sind in den Deckeln 4 Öffnungen 44 vorgesehen, über die der Innen­ raum 3 mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht.

Der Querschnitt der Axialnut 17 kann auch anders als in Fig. 2 veranschaulicht geformt sein. So sind bei der Axialnut 17a in Fig. 4 die gewölbten Wände 43 durch Paare von tangential verlaufenden Wänden 43a ersetzt. Bei der Axialnut 17b in Fig. 5 besitzen die Seitenwände je einen Rücksprung mit zueinander parallelen Grundflä­ chen 43b. Bei der Axialnut 17c in Fig. 6 ist der Quer­ schnitt trapezförmig mit entsprechend schrägen Seiten­ wänden 43c. In allen Fällen sitzt das Rohr 16 am Nuten­ grund auf und wird an mindestens zwei Stellen von der Nutenwand kontaktiert, so daß sich eine sichere Arre­ tierung des Rohres ergibt. Die Axialnuten können in der Weise hergestellt werden, daß zunächst eine Rechtecknut gefräst und dann mittels eines Formfräsers die genaue Nutform erzeugt wird.

Claims (9)

1. Rollenwicklerwalze mit einer elastischen Oberfläche auf einem Kern, in deren Oberfläche Öffnungen ange­ ordnet sind, wobei jede Öffnung über einen Kanal mit einem Luftaufnahmevolumen in Verbindung steht, das zumindest in Umfangsrichtung der Walze abge­ schlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftaufnahmevolumen (10) über mindestens eine Ent­ lastungsbohrung (40) mit einem Ausgleichsvolumen (3) in Verbindung steht.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsvolumen (3) durch einen Innenraum ge­ bildet, der vom Walzenmantel (2) umgeben ist.

3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (3) eine Verbindung zur Umgebung auf­ weist.

4. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Luftaufnahmevolumen (10) in Axialrichtung in mehrere Kammern unterteilt ist und jede Kammer mindestens eine Entlastungsbohrung (40) aufweist.

5. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Entlastungsbohrung (40) als Drosselkanal ausgebildet ist.

6. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Entlastungsbohrung (40) mit einem Ventil (41, 42) versehen ist.

7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (41, 42) als selbstschließendes Ventil ausgebildet ist.

8. Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Luftaufnahmevolumen (10) durch ein Rohr (16) gebildet ist, das in einer Axialnut (17; 17a; 17b; 17c) im Kern angeordnet ist, deren Seitenwände (43; 43a; 43b; 43c) das Rohr nach außen hin übergreifen.

9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (16) im wesentlichen mit der Oberfläche des Kernes (2) abschließt.