DE3800703C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Derartige Rollenwickelvorrichtungen sind in verschie­ denen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise im Zusam­ menhang mit Rollenschneidemaschinen, in denen eine papier­ maschinenbreite Rolle in mehrere schmälere Rollen aufge­ teilt wird, indem die Papierbahn von der breiteren Rolle abgewickelt, längsgeteilt und die sich ergebenden Einzel­ bahnen zu schmäleren Rollen wieder aufgewickelt werden. Die längsgeteilten Bahnen werden um eine oder zwei Stütz­ walzen geführt und jeweils mit einer in ihrer Länge der Breite der Einzelbahn entsprechenden Wickelhülse verbun­ den, die an den Enden in den Spannköpfen gefaßt sind, die sich an den oberen Enden der Tragarme befinden. Die Spann­ köpfe sind angetrieben, drehen die Wickelhülse und bilden so die einzelnen schmäleren Wickel, die beim Umlauf an die Stützwalzen mit regelbarem Druck angedrückt, aber auch frei, d. h. unter Belassung eines Abstandes zur Stütz­ walze gewickelt werden können.

Mit zunehmendem Durchmesser der Wickel werden die Tragarme, die an den unteren Enden um horizontale, zu den Stützachsen parallele Achsen schwenkbar gelagert sind, von den Stützwalzen weggeschwenkt.

Aus Therorie und Praxis der Rollenwicklung ist bekannt, daß zum Erzielen einer guten Wickelstruktur ein mög­ lichst großes Zentralmoment zur Verfügung stehen muß.

Dies gilt insbesondere für im Durchmesser große und gleichzeitig breite, also schwere, Rollen. Insbesondere auch beim sogenannten Freiwickeln, wo der Bahnzug nur über ein Zentralmoment je Wickelstation aufgebracht werden kann.

Es ist bekannt, an den Tragarmen hydraulische Antriebe anzubringen. Diese erbringen bei geringen Abmessungen ausreichende Leistungen. Sie sind jedoch im Bereich der Papierveredelung und -verarbeitung nicht gerne gesehen, weil es eine leckfreie Hydraulik praktisch nicht gibt und somit immer die Gefahr besteht, daß Hydrauliköl auf das Papiergerät, was zu Ausschuß führt. Ein solcher hydraulischer Antrieb ist aus der US-PS 34 29 520 bekannt. Der Hydraulikmotor sitzt außen am Tragarm im unteren Drittel desselben. Die Drehung wird über einen in dem Tragarm angeordneten Stirnradsatz bis an das freie Ende des Tragarms weitergeleitet, wo der angetriebene Spannkopf sitzt. Die Übertragungsstrecke mit mehreren in Eingriff befindlichen Stirnrädern stellt bei hohen Drehzahlen eine erhebliche Lärmquelle dar.

Es ist auch schon bekannt, elektrische Antriebe zu verwenden. Um zu den erforderlichen Drehmomenten zu kommen, mußten bisher Elektromotoren erheblicher Abmessungen ver­ wendet werden. Diese Elektromotoren saßen außen an den Tragarmen und hatten durch ihre Ausladung zur Folge, daß die Einzelrollen nicht schmäler als 700 mm sein konnten, weil die Tragarme einer Rolle nicht näher aneinandergerückt werden konnten. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, schmälere Rollen als 700 mm breite Rollen herzustellen.

Aus der DD-PS 136 488 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der die Motoren an den Enden der Tragarme in diese eingebaut sein sollen. Aus dem Ausführungsbeispiel ist zu ersehen, daß die Motoren, deren Art offengelassen ist, teilweise über den Umriß der Tragarme vorstehen. Dies spielt bei der bekannten Ausführung keine Rolle, weil dort nur eine Rolle gewickelt wird, wohl aber, wenn mehrere Rollen nebeneinander zu wickeln und die Platzverhältnisse entsprechend beengt sind.

Die Antriebe sollten also den Umriß der Tragarme möglichst nicht überschreiten (Aufgabe).

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruchs 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Die Grundidee besteht dabei darin, einen Elektromotor besonderer Art zu verwenden, der die erforderliche Leistung bzw. das erforderliche Drehmoment bei einem so geringen Querschnitt erzeugt, daß der ohnehin vorhandene Querschnitt des Tragarms nicht überschritten wird. Zwar sind Permanent-Gleichstrommotoren und -Drehstrommotoren hoher Leistungsdichte bekannt. Für Leistungen im Bereich von 40 bis 50 Kilowatt bei 200 U/min sind solche Motoren jedoch bisher nicht ausgelegt worden. Die üblichen Drehzahlen lagen im Bereich von 800 U/min. Durch die Maßnahme, daß der Tragarm gleichzeitig das Gehäuse des Elektromotors bildet bzw. umgekehrt, wird der vorhandene Querschnitt vollständig für die Leistungserzeugung ausgenutzt. Die äußere Wandung dient hierbei gleichzeitig zum Tragen der Spannköpfe und zum Tragen der Funktionsteile des Elektromotors. Der erfindungsgemäß zu verwendende Motor kann über ein Winkelgetriebe direkt auf den Spannkopf wirken, so daß die Lärmentwicklung auf ein Minimum reduziert ist.

Um die erforderliche maximale Leistungsdichte zu erzielen, empfiehlt sich die Verwendung von Permanentmagneten aus Samariumkobaltat (SmCo₅), weil diese die stärksten Magnetfelder, die heute bei Permanentmagneten bekannt sind, erzeugen können (Anspruch 2).

Das Material ist sehr hart und schlecht zu bearbeiten. Es ist daher zweckmäßig, die Magnete in einfacher geometrischer Gestalt herzustellen und die Polschuhe des Stators damit zu belegen (Anspruch 3), insbesondere mit Formkörpern in Quaderform (Anspruch 4).

Die Anbringung kann gemäß Anspruch 5 durch Bekleben erfolgen.

Die Tragarme haben häufig einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 200 mm oder einen quadratischen Querschnitt mit entsprechender Seitenlänge. Es hat sich gezeigt, daß Permanentmagnet-Gleichstrommotoren der erforderlichen Leistung mit Außenabmessungen des Querschnitts im Bereich von 150-180 mm herstellbar sind, die also in einen solchen Tragarm eingesetzt werden können und außen überhaupt keinen Platz beanspruchen oder an die Außenseite des Tragarmes angesetzt werden können, ohne dessen Umriß bei Betrachtung in einer bestimmten Richtung wesentlich zu überschreiten (Anspruch 6).

Die Praxis zeigt, daß Elektromotoren der geschilderten Bauweise bei 2000 U/min ein Drehmoment von 200 bis 220 Nm erbringen (Anspruch 7). Dies entspricht dem etwa vierfachen Wert gleichgroßer konventioneller Gleichstrommotoren.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Tragarme einer Teilrolle gemäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt nach der Linie III-III in Fig. 4 durch das Ende eines erfindungsgemäßen zu verwendenden Motors;

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3.

Die als Ausführungsbeispiel in Fig. 1 wiedergegebene Rollenschneidemaschine 100 dient dazu, eine papiermaschinenbreite Papierbahn 10 mehrfach längszuteilen und zu schmäleren Teilrollen 7, 8 aufzuwickeln.

Die Rollenschneidemaschine 100 umfaßt ein portalartiges Maschinengestell 1, in dessen oberem Bereich eine Schneide­ station S angeordnet ist, die pro Längsschnitt jeweils ein Paar zusammenwirkender kreisscheibenförmiger Schneidmesser 2, 3 umfaßt, die horizontal nebenein­ ander angeordnet sind und zwischen denen die Papier­ bahn 10 über Umlenkrollen 4, 5 vertikal hindurchge­ leitet wird. Nach dem Verlassen der Schneidstation S besteht die Papierbahn 10 aus einer gewünschten An­ zahl voneinander getrennter, nebeneinander laufender Teilbahnen 10′, 10′′, die um eine unterhalb der Schneid­ station S angeordnete Stützwalze 6 geführt werden. An der Stützwalze 6 werden die Teilrollen 7 bzw. 8 gewickelt. Die Stützwalze 6 ist als Saugwalze aus­ gebildet, um nach dem Abtrennen fertiggewickelter Teilrollen 7, 8 die von der Schneidstation S heran­ kommenden Enden der Teilbahnen 10′, 10′′ festhalten zu können.

Es wird nachstehend eine Wickelvorrichtung W_R beschrieben; die Wickelvorrichtungen W_L stimmen spiegel­ bildlich damit überein.

Die Wickelvorrichtung W_R ist rechts von der Stützwalze 6 angeordnet und umfaßt zwei Tragarme 20, die in Richtung der Achse der Stützwalze 6 Abstand voneinander aufweisen und an ihrem unteren Ende um fluchtende Schwenkzapfen 21 schwenkbar gelagert sind. Am oberen Ende tragen die Tragarme 20 Spannköpfe 22 mit fluchtenden, einander zugewandten Spannzapfen 23, die in die Enden einer Wickelhülse 24 in Gestalt eines Pappe- oder Stahlrohrs eingreifen, auf welche die Teilrolle 8 aufge­ wickelt wird. Der Schwenkzapfen 21 eines jeden Tragarms 20 ist in einem Schlitten 25 angebracht, der an Führungs­ schienen 26, 27, die sich im Boden quer über die Breite der Maschine erstrecken, verschiebbar geführt ist. Durch eine nicht dargestellte Positioniereinrichtung können die Schlitten 25 mit ihren Tragarmen 20 in beliebige Positionen in Breitenrichtung der Papierbahn 10 ge­ bracht werden.

Während der Schwenkzapfen 21 am oberen Ende der Schlitten 25 angeordnet ist, ist am unteren Ende über einen Zapfen 28 ein hydraulischer Schwenkzylinder 30 schwenk­ bar gelagert, dessen Kolbenstange 29 an Lagerschenkeln 31 am unteren Ende des Tragarms 20 angreift. Durch Betätigen des Schwenkzylinders 30 kann also der Tragarm 20 gemäß Fig. 1 im Uhrzeigersinn verschwenkt werden, wobei die durch die Achse der Spannzapfen 23 gegebene Wickelachse 9 einen in Fig. 1 strichpunktiert wiedergegebenen Kreisbogen 11 zurücklegt.

In der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung befindet sich der Tragarm 20 am Anfang eines Wickelvorgangs. Ein Tragarm 20 der Wickelvorrichtung W_R ist an einer geeig­ neten Stelle positioniert worden, worauf die Wickelhülse 24 von Hand oder durch eine geeignete Vorrichtung auf den einen Spannzapfen 23 gesetzt und durch Heranfahren des anderen Tragarms 20 am anderen Ende von dessen Spannzapfen 23 erfaßt worden ist. Die Wickelhülse 24 befindet sich in der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung des Tragarms 20 in unmittelbarer Nachbarschaft der Stützwalze 6. Eine Teilbahn 10′ wird um die Stützwalze 6 herumgelegt und mit ihrem freien Ende mit der Wickelhülse 24 verklebt oder daran festgeheftet. Dann werden die Spannzapfen 23 über einen Zentralantrieb in Drehung versetzt, wodurch das Wickeln beginnt. Die Teilrolle 8 kann dabei an der Stütz­ walze 6 mit durch den Schwenkzylinder 30 bestimmten Druck anliegen, aber auch frei gewickelt werden. Jedenfalls sind die Antriebe der Spannzapfen 23, der Stützwalze 6 und der Schneidstation S in gegenseitiger Abhängigkeit geregelt. Der Antrieb wird allmählich beschleunigt, bis die volle Wickelgeschwindigkeit erreicht ist. Die Teil­ rolle 8 wird dabei größer und größer und wird dann in der in Fig. 1 angedeuteten Weise freigegeben, wenn der gewünschte Wickeldurchmesser erreicht ist.

Die Wickelvorrichtung W_L ist auf der linken Seite der Stützwalze 6 angeordnet und gegenüber der Wickel­ vorrichtung W_R um eine Teilbahnbreite in die Zeichen­ ebene der Fig. 1 hineinversetzt. Sie dient zum Auf­ wickeln der Teilrolle 7 aus der Teilbahn 10′. Die Ver­ setzung der Wickelvorrichtung W_R und W_L in Achsrichtung der Stützwalze 6 und das Wickeln auf zwei Seiten der Stützwalze 6 ist dadurch bedingt, daß, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Tragarme 20 an den Stirnenden der Teilrollen 7 bzw. 8 überstehen, die Teilrollen 7, 8 aber in Achsrichtung unmittelbar aneinandergrenzen. Aus Platzgründen können also nicht alle Teilrollen 7, 8 auf der gleichen Wickelachse, sondern müssen in Achs­ richtung aufeinanderfolgende Teilrollen abwechselnd auf den beiden Seiten der Stützwalze 6 gewickelt werden. Im allgemeinen sind auf jeder Seite mehrere Wickelvor­ richtungen W_L bzw. W_R vorhanden.

Der Antrieb der Spannzapfen 23 erfolgt durch Elektro­ motoren 40, die in jedem Tragarm untergebracht sind und mit ihrer Achse, d. h. mit ihrer Motorwelle 12, in Längsrichtung des Tragarms 20 angeordnet sind und auf ein in Fig. 2 nur schematisch angedeutetes Winkelgetriebe 13 wirken.

Die Elektromotoren 40 sind Permanentmagnet- Gleichstrommotoren besonderer Bauart, die trotz des geringen Durchmessers von beispielsweise 15 bis 18 cm die erheblichen Drehmomentanforderungen erfüllen, die beim Beschleunigen und Wickeln der schweren und einen recht großen Durchmesser bis zu 1500 mm aufweisenden Teilrollen 7, 8 entstehen. Der Durchmesser der Elektro­ motoren 40 ist so gering, daß sie im Innern der Tragarme 20 untergebracht werden oder die Tragarme 20 gleichzeitig das Gehäuse für die Elektromotore 40 bilden können. Sie treten nach außen hin platz­ mäßig nicht in Erscheinung und behindern die Positionierung der Schlitten 25 mit den Tragarmen 20 nicht durch ausladende Bauweise, die sonst eine Begrenzung der Breite der Teilrollen 7, 8 nach unten bedingt.

Die Bauweise der Elektromotoren 40 ist in den Fig. 3 und 4 schematisch erläutert. Auf der Motorwelle 12 sitzt ein Anker 14 herkömmlicher Bauweise aus einem Blechpaket mit Ankerwicklungen 15, die in Fig. 4 weg­ gelassen sind, wo der ganze Anker nur als einfache Kreis­ scheibe angedeutet ist. Wesentlich ist die Ausbildung der Polschuhe 16, die auf ihren ganzen dem Anker 14 zu­ gewandten Fläche mit quaderförmigen Formkörpern 17 aus Samariumkobaltat (SmCo₅) belegt sind. Samariumkobaltat ist ein Permanentmagnetwerkstoff höchster Qualität, jedoch sehr schwer zu bearbeiten. Einfache Formen lassen sich mit geringerem Aufwand herstellen, beispielsweise eine Quaderform. Die konkave, dem Anker 14 zugewandte Teilzylinderfläche 18 der Pol­ schuhe 16 ist gleichmäßig mit den Formkörpern 17 be­ klebt, wobei die Längsrichtung der Formstücke 17 in Achsrichtung weist. Die Breite der einzelnen Formkörper 17 ist, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, so gering, daß sich die entstehende Innenfläche dem Außenumfang des Ankers 14 recht gut anschmiegt. Die Länge der Formkörper 17 aus dem Magnetwerkstoff beträgt in dem Ausführungs­ beispiel etwa 20 mm, die Breite etwa 8 mm.

Durch diesen Aufbau des Elektromotors 40 gelingt es trotz des geringen Außendurchmessers von größen­ ordnungsmäßig 15 bis 18 cm eine Leistung von 40 bis 45 Kilowatt bzw. bei 2000 U/min ein Drehmoment von 200 bis 220 Nm bereitzustellen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Aufwickeln von Bahnen aus Papier, Folien und dergleichen zu Wicklerrollen, mit zwei einander parallelen, Querabstand aufweisenden Tragarmen, die an einem Ende in einer Wickelachse fluchtenden und um diese drehbare, zum Erfassen einer zu wickelnden Rolle dienende Spannköpfe tragen, die durch jeweils einen in dem jeweiligen Tragarm angeordneten Elektromotor antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (40) ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor höchster Leistungsdichte (auf den Querschnitt bezogen), ist, dessen Achse parallel zur Längsrichtung des Tragarms (20) verläuft, wobei der Tragarm (20) gleichzeitig das Gehäuse des Elektromotors (40) bzw. das Gehäuse des Elektromotors (40) gleichzeitig den Tragarm (20) bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (40) Permanentmagnete aus Samariumkobaltat SmCo₅) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (16) des Stators mit aus dem Permanentmagnet-Werkstoff bestehenden Formkörpern (17) einfacher geometrischer Gestalt belegt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (17) Quaderform aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (16) mit den Formkörpern (17) beklebt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor eine Außenabmessung des Querschnitts von 150 bis 180 mm aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (40) bei 2000 U/min ein Drehmoment von 200 bis 220 Nm entwickelt.