FI121504B - Kiinnirullain kuiturainan kiinnirullaamiseksi - Google Patents

Description

Kiinnirullain kuiturainan kiinnirullaamiseksi

Keksintö koskee kiinnirullainta kuiturainan jatkuvatoimiseksi kiinnirullaamiseksi tampuuritelan ympärille konerullaksi.

5 Kiinnirullain on laite, joka rullaa jatkuvana kuiturainana tuotettavan materiaalin rul-lamuotoon konerullaksi. Kuiturainan tuotantoprosessissa kiinnirullain on yleensä ensimmäinen osaprosessi, jossa jatkuva tuotanto katkaistaan sekvensseittäin jatkuvaksi. Konerulla muodostetaan rullausytimenä toimivan tampuuritelan ympärille eli yhdellä konerullalla olevalla kuiturainalla on alku ja loppu. Jatkuva trendi alalla 10 on konerullien koon jatkuva kasvu, joka aiheuttaa jatkuvan kehitystarpeen kiinnirul-laimiin. Tampuuritelan mitoitus käytännössä määrää konerullan maksimikoon. Koska kyseessä on kuitenkin dynaaminen ympäristö ja kuituraina on erilaisille vioille herkkä rullattava materiaali, on kiinnirullaimen suorittama tehtävä paperi- tai kartonkikoneen hyötysuhteen ylläpitäjänä erittäin merkittävä. Konerullien koon jat-15 kuvan kasvun takana eräänä syynä on halu saada kuiturainan tuotantoon entistä vähemmän tuotantoa haittaavia tai häiritseviä ja hyötysuhdetta alentavia alkuja ja loppuja.

Fl-patentissa 91383 (EP 0483092 B1) esitetty menetelmä siirsi aikoinaan konerullien koon uuteen suuruusluokkaan, kun konerullan alkuosa kyettiin rakentamaan 20 rullattavan kuiturainan ominaisuuksien kannalta hyvällä tavalla. Alkuosan merkitys korostuu, kun rullattavan kuiturainan määrää lisätään, koska alkuosa toimii rullan rakenteen ’’perustuksena”. Eräänä tekniikkaa kehittävänä piirteenä tässä oli edistyksellinen ensiö- ja toisiokeskiökäyttöjen avulla aikaansaatu konerullan kes-kiömomentti, joka mahdollisti monipuolisten rullausparametrien käytön konerullan 25 rakentamisessa. Tätä ratkaisua edeltävä tekniikan taso oli ns. pope-rullain, jossa konerulla rakennettiin painamalla konerullaa vetävää rullaussylinteriä vasten, jolloin konerulla muodostui rullaussylinterin ja konerullan välisen kitkan avulla.

US-patentissa 5 370 327 esitetty menetelmä toi alalle aikoinaan ensimmäisiä kertoja ajatuksen, että konerulla rakennettaisiin yhdessä vertikaalitasossa siten, että 30 konerulla olisi koko rullauksen ajan horisontaalisten kiskojen päällä samalla verti-kaalikorkeudella. Fl 91383:ssakin oli esitetty tämän tyyppinen ratkaisu, mutta siinä ennen rullauksen aloitusta tampuuritelaa liikutetaan pope-tyyppisesti alkuase-maan. US-patentissa 5 370327 liikkuva rullaussylinteri mahdollistaa tampuuritelan keskiön säilymisen vakiotasossa. Tämän ratkaisun eräs etu on nippivoiman sää- 2 dön vaihtuminen konerullan puolelta tapahtuvasta kuormittamisesta vakiomassai-sen rullaussylinterin puolelta tapahtuvaan kuormittamiseen.

Edellä esitettyjen alan toisen sukupolven kiinnirullainten ’’pioneeripatenttien” lisäksi on olemassa laaja valikoima erilaisia sovellusmuotoja, joissa näissä kahdessa pa-5 tentissä selostettuja periaatteita on edelleen kehitetty. Eräs tällainen on selostettu US-patentissa 5931406.

Tämän keksinnön kuvauksen yhteydessä käytetään seuraavia nimityksiä selostuksen helpottamiseksi: konesuunnasta (machine direction, MD) käytetään nimitystä x-suunta, poikkisuunnasta (cross direction, CD) käytetään nimitystä y-suunta 10 ja korkeussuunnasta (elevation) käytetään nimitystä z-suunta. Kuiturainan tulosuunnasta käytetään nimitystä ylävirran suunta ja kuiturainan menosuunnasta nimitystä alavirran suunta. Rullausytimestä käytetään tässä yhteydessä nimitystä tampuuritela, mutta yhtälailla sitä voitaisiin nimittää rullausakseliksi.

Keksinnön tavoitteena on kehittää ratkaisu, joka mahdollistaa entistäkin suurempi-15 en konerullien rakentamisen. Keksinnön eräänä tavoitteena on myös aikaansaada ratkaisu, joka kuitenkin rullausperiaatteeltaan perustuu tunnettuun tapaan muodostaa konerulla rullaussylinterin avulla.

Keksinnön erään edullisen sovellusmuodon tavoitteena on aikaansaada erityisen lujarakenteinen kiinnirullain, joka kykenee toistamaan halutut rullausparametrien 20 arvot erittäin suurella toistotarkkuudella aikaansaaden huippuluokan konerullan, vaikka alkutilanteessa pelkän tampuuritelan massa ja lopputilanteessa valmiin konerullan massa olisikin alalla hakemuspäivän tasoon verrattuna suuri. Toisin sanoen erään edullisen suoritusmuodon tavoitteena on aikaansaada uuden sukupolven kiinnirullain, joka siirtää konerullan maksimikoon uuteen luokkaan.

25 Keksinnön mukaiselle kiinnirullaimelle on tunnusomaista, että rullaussylinteri akse-leineen on y-suunnassa lyhyempi kuin tampuuritelan nimellinen laakeriväli, ja että rullaussylinteri on liikuteltavissa z-suunnassa runkojen vapaassa välissä pyörimisakselin kohdalta tarkasteltuna, ja että ainakin yksi käyttö on vapaassa välissä, ja että käyttöjä voi olla yksi tai kaksi, joko vain rullaussylinterin toisessa päässä tai 30 molemmissa päissä. Keksinnön mukaisen kiinnirullaimen avulla on saavutettavissa tavoitteen mukainen konerullan koon kasvu.

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisten kuvioiden avulla, jossa: kuviossa 1 esitetään erään edullisen sovellusmuodon mukaisen kiinnirullaimen 3 poikkileikkaus y-suunnasta, kuviossa 2 esitetään erään edullisen sovellusmuodon mukaisen kiinnirullaimen poikkileikkaus x-suunnasta, kuviossa 3 esitetään erään edullisen sovellusmuodon mukaisen kiinnirullaimen rul-5 lausylinterin ja rungon rakenteen leikkaus x-suunnasta, kuviossa 4 esitetään erään toisen sovellusmuodon mukaisen kiinnirullaimen rul-lausylinterin päädyn rakenne, kuvioissa 4A, 4B ja 4C esitetään eräitä suoritusmuotoja käyttöjen järjestelystä, kuviossa 5 esitetään eräs edullisen sovellusmuodon mukainen kiinnirullain z-10 suunnasta.

kuvioissa 6a-6d sekä 7a-7d esitetään eräät mahdolliset kiinnirullaussekvenssit, Kuviossa 8 havainnollistetaan käyttöjen vaikutusta konerullan tiukkuuteen.

Kuviossa 1 esitetään kiinnirullain 1, jossa ovat pääosina rullaussylinteri 10 ja runko 20. Kuituraina W rullataan rullausytimenä toimivan tampuuritelan 5 ympärille sek-15 vensseittäin jatkuvatoimisesti eli kun konerullaan 6 on rullattu tavoitemäärä kuitu-rainaa W, kuituraina katkaistaan ja ohjataan rullautumaan seuraavan tyhjän tampuuritelan 5a ympärille. Kuviossa 1 esitetään juuri konerullan vaihtohetkeä edeltävä sekvenssivaihe, jossa valmistuva konerulla 6 on siirretty vaihtoasemaan irti rul-laussylinteristä 10. Uusi tampuuritela 5a on rullauksen aloituskohdassa pyörimäs-20 sä kuiturainan W etenemisnopeuden kanssa oleellisesti samaa nopeutta. Rullaus-sylinterin 10 ja tampuuritelan 5a välillä vaikuttaa nippivoima F. Katkaisu- tai vaihto-laite 40 on valmiina katkaisemaan konerullalle 6 vielä menevän kuiturainan W. Konerullan 6 pintaa kuormittava painotela 30 huolehtii valmistuvan konerullan pintakerrosten rullaamisesta ja koossa pysymisestä ulosvedon jälkeen aina siihen 25 saakka, kunnes konerullan 6 pyöriminen on pysähtynyt.

Kuviossa 2 esitetään erään edullisen sovellusmuodon mukaisen kiinnirullaimen 1 poikkileikkaus x-suunnasta. Kuviossa 1 on tampuuritela 5 laakeripesistään 57 tuettu runkoihin 20. Tampuuritela on symmetrinen keskilinjan C suhteen, eli tampuuritelan 5 kummassakin päässä on samanlainen rakenne, joka selostetaan tarkem-30 min kuvion 3 yhteydessä. Edelleen kuviossa 2 esitetään rullaussylinterin 10 rakenne. Rullaussylinterissä 10 on vaippa 100, päädyt 103, akselit 105, päänvienti-vyöhyke 106 ja laakerit 108. Rullaussylinteri 10 on siis laakeroitu laakerien 108 avulla pyörimisakselin 101 ympäri pyöriväksi. Rullaussylinterille pyörimisliikkeen välittävä voimansiirto 109 ja rullaussylinteriä pyörittävä käyttö 110 esitellään tar-35 kemmin myöhemmin. Kuviosta 2 käy myös ilmi rullaussylinterin 10 sijainti runkojen 20 välissä.

4

Kuviossa 3 esitetään tarkempi yksityiskohta kuviosta 2 eli erään edullisen sovel-lusmuodon mukaisen kiinnirullaimen 1 ru 11 au ssy I i n te ri n 10 ja rungon rakenteen leikkaus sekä tampuuritelan 5 päätyalue x-suunnasta.

Tampuuritelassa 5 on vaippa 50, pääty 53, akseli 55, laakeripesä 57, jonka sisällä 5 on laakerit 58, ja kytkin 59. Näistä holkkimainen laakeripesä 57 on laakerien 58 välityksellä pyörivästi laakeroitu muuhun tampuuritelan 5 rakenteeseen nähden eli vaippa 50, päädyt 53, akselit 55 ja kytkimet 59 pyörivät yhtenä toisiinsa varsin kiinteästi kytkettynä rakenteena. Tampuuritelan 5 (ja konerullan 6) massan aiheuttama voima välittyy kiinnirullaimen 1 runkoihin 20 laakeripesässä 57 olevan uran 10 570 kautta. Ura 570 varmistaa tampuuritelan 5 pysymisen halutussa kohtaa runko jen 20 päällä.

Tampuuritelan 5 nimellinen laakeriväli 51 (kuviossa 3 suunta esitetty nuolella) voidaan määritellä mittana, joka on tampuuritelan ensimmäisen pään uran 570 keskialueelta toisen pää uran 570 keskialueelle. Tässä yhteydessä keskialuetta ei ole 15 syytä määrittää tarkemmin, koska tarkasti ottaen laakerivälin määrittämisessä pitäisi ottaa huomioon laakeripesän 57 sisällä olevien, yleensä kahden, hieman erilaisten laakereiden 58 ominaisuudet. Mainittu nimellinen laakeriväli 51 on kuitenkin myös runkojen 20 välisen etäisyyden perusmitta eli on likimäärin sama kuin runkojen 20 keskikohdan välinen etäisyys toisistaan eli runkoväli 200 (kuviossa 3 suunta 20 esitetty nuolella). Tästä päästään likimääräiseen runkojen väliseen vapaaseen etäisyyteen eli runkojen 20 väliseen ’’seinästä seinään” -mittaan vähentämällä run-kovälistä 200 kaksi kertaa puolet rungon 20 paksuudesta. Mainittu mitta ei välttämättä ole täsmälleen tuo, koska alueelle voidaan tehdä tasoituskoneistuksia ja vastaavia, jotka suurentavat ’’seinästä seinään” -mittaa. Tästä saadusta ’’seinästä 25 seinään” -mitasta tai -etäisyydestä käytetään tämän keksinnön yhteydessä nimitystä vapaa väli 201. Kuviossa 3 on esitetty eräs esimerkki vapaaksi väliksi 201.

Kuviosta 3 käy ilmi, että rullaussylinteri 10 akseleineen 105 on y-suunnassa lyhyempi kuin tampuuritelan 5 nimellinen laakeriväli 51 ja että rullaussylinteri 10 on liikuteltavissa z-suunnassa runkojen 20 välissä pyörimisakselin 101 kohdalla tarkas-30 teltuna. Tässä kuvion mukaisessa suoritusmuodossa on myös otettu valinnainen liikuteltavuus x-suunnassa mukaan rakenteeseen. Liikuteltavuutta varten rullaus-sylinteri 10 on kytketty horisontaalisuuntaisiin ja vertikaalisuuntaisiin johteisiin, joista kuviossa 3 on esitetty yksi horisontaalisuuntainen johde 120. Näin rullaussylinteri 10 on käytettävissä haluttaessa konerullan 6 ja rullaussylinterin 10 välisen nip-35 pivoiman F tuottamiseen vapaavalintaiseen suuntaan xz-tasossa, kuten kuviossa 1 on esitetty. Luonnollisestikin tämä vapaavalintainen nippivoiman suunta edellyt- 5 tää, että mainittu suunta on ainakin jossain määrin kohti konerullaa 6 tai tampuuri-telaa 5, jotta nippivoimaa F ylipäätään syntyy tai on olemassa.

Kuviosta 3 on myös havaittavissa, miten käytöltä 110 on järjestetty käyttöakseli 1101 pyörimisvoiman välittämiseksi rullaussylinterille 10, joka käyttöakseli 1101 on 5 järjestetty kytkeytymään voimansiirtoon 109 z-suunnassa etäisyyden 1091 päässä rullaussylinterin pyörimisakselista 101. Häiriöttömän ja tasaisen pyörimisnopeuden aikaansaamiseksi on edullista käyttää käyttöakselina 1101 vakionopeusnivelakse-lia tai vastaavaa, jossa nivelen hetkellisellä kulmalla ei ole vaikutusta käyttöakselin 1101 pyörimisnopeuteen tai kulmanopeuteen. Käyttöakseli 1101 on siis z-10 suunnassa etäisyyden 1091 päässä rullaussylinterin pyörimisakselista 101, jolloin tarkastelu kohtana käytetään käyttöakselin 1101 rullaussylinterin 10 puoleista päätä. Tällainen ”off-set” on eräänä tekijänä mahdollistamassa rungon 20 rakenteen riittävän vahvuuden ja rungon paksuuden z-suunnassa 205 rullaussylinterin pyörimisakselin 101 kohdalla. Tavoitteena tällä on siis mahdollistaa erittäin raskaiden 15 konerullien 6 kiinnirullaaminen. Myös rullaussylinterin 10 voimansiirto 109 on vapaan välin 201 alueella. Tekniikan tasosta tunnetuissa ratkaisuissa käyttöakselia 1101 vastaavat elimet kytkeytyvät yleensä suoraan rullaussylinterin 10 pyörimisakselille 101. Tämä sinänsä käyttökelpoinen tapa aiheuttaa kuitenkin seurausvaikutuksia muun muassa rullaussylinterin ja tampuuritelan halkaisijan ja rungon z-20 suuntaisen paksuuden valinnan osalta. Jos tällaiseen tekniikan tason mukaiseen ratkaisuun valitaan suhteellisen pienihalkaisijainen rullaussylinteri ja/tai tampuuri-tela, käyttöakselin yläpuolelle jäävän rungon z-suuntainen paksuus määräytyy tästä valitusta tai muiden syiden takia valituksi tulleesta geometriasta. Keksinnön mukaisen edullisen suoritusmuodon mukainen ratkaisu on geometrialtaan huomatta-25 vasti vapaampi.

Kuviossa 4 esitetään eräs edullisen sovellusmuodon mukaisen kiinnirullaimen rul-lausylinterin 10 päätyalueen rakenne. Kuviossa 4 rullaussylinteri 10 on siis laakeroitu laakeripesän 107 sisällä olevien laakerien 108 (ei esitetty) avulla pyörimisakselin 101 ympäri pyöriväksi. Rullaussylinteri 10 on kytketty horisontaalisuuntaisiin 30 (x-suunta) johteisiin 120 ja vertikaalisuuntaisiin (z-suunta) johteisiin 121, jotka mahdollistavat rullaussylinterin liikkeen xz-tasossa. Kuviossa 4 on esitetty myös eräs suoritusmuoto rullaussylinterin siirto/voimavälineiksi, jossa on ensimmäinen siirto/voimaväline 130 x-suuntaisesta liikkeestä ja mahdollisesti voimasta huolehtimiseksi ja toinen siirto/voimaväline 131 z-suuntaisesta liikkeestä ja voimasta huo-35 lehtimiseksi. Nämä voivat olla esimerkiksi hydraulisylintereitä, servosylintereitä, ruuvitunkkeja tai vastaavia. Edullisimmin ensimmäinen siirto/voimaväline 130 ja 6 toinen siirto/voimaväline 131 kykenevät erittäin tarkkaan voiman annosteluun varsinkin nippivoiman F suunnassa. On myös huomattava, että ensimmäinen siirto/voimaväline 130 ja toinen siirto/voimaväline 131 eivät välttämättä ole samanlaisia, koska erään sovellusmuodon mukaisesti nippivoimaa F säädetään ensisijai-5 sesti z-suunnassa toisen siirto/voimavälineen 131 avulla. Konerullan oskillointi taas suoritetaan ensisijaisesti x-suuntaisen ensimmäisen siirto/voimavälineen 130 avulla. Eli x-suunnassa ei välttämättä säädetä voimaa tai voimakomponenttia lainkaan, vaan kaikki voiman säätö voidaan suorittaa z-suunnassa. Edullisesti ensimmäiseen siirto/voimavälineeseen 130 ja toiseen siirto/voimavälineeseen 131 tai 10 näihin liittyviin rakenteisiin on integroitu tarkat asemanmäärityslaitteet rullaussylin-terin 10 tarkan aseman määrittämiseksi. Näin myös kiinnirullaimen geometria tunnetaan kun konerullasta määritetään samoja tietoja. Tämä aseman määritys voidaan toteuttaa esimerkiksi sopivan askelmoottorin, laser-asemanmittauksen, line-aarimoottorin, magnetostriktiivisen mittauksen tms. avulla. Erään suoritusmuodon 15 mukaisesti rullaussylinterin laakerit 108 ja x-suuntaiset liikutusvälineet 120, 130 on sijoitettu vapaaseen väliin 201. Edelleen z-suuntaiset liikutusvälineet 121, 131 voivat olla sijoitettuna vapaaseen väliin 201 tai sen ulkopuolelle, kuten kuviossa 4 esitetyssä suoritusmuodossa.

Kuviossa 4 havainnollistetaan myös eräs suoritusmuoto, jossa käytöltä 110 voi-20 mansiirtoon 109 kytkeytyvä käyttöakseli 1101 on z-suunnassa etäisyyden 1091 päässä rullaussylinterin pyörimisakselista 101. Perinteinen tapa rullaussylinterin voimansiirron järjestämiseksi on sijoittaa voimansiirto, jossa on alennusvaihteen käsittämä vaihteisto, lähes kiinni käyttöön ja tuoda käyttöakseli tästä voimansiirrosta rullaussylinterin päähän. Tässä keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa 25 voimansiirto 109 mahdollisine alennus- tai ylennysvaihteineen on rullaussylinterin päädyssä samansuuntaisena, mutta etäisyyden 1091 päässä. Eräs toteutusmahdollisuus tälle on esimerkiksi sijoittaa vaihteen toinen hammasratas suoraan rullaussylinterin 10 akselille 105 ja toinen hammasratas toiselle akselille, johon käyttöakseli 1101 kytketään. Mainittu etäisyys 1091 tällaisessa suoritusmuodossa voi-30 daan määrätä halutulla tavalla ja suunnitella tähän tilanteeseen vaatimukset täyttävä hammaspyöräpari. Eräs toinen toteutusmahdollisuus on käyttää hammashih-naa ja hammashihnapyöräparia voimansiirtona 109. Edelleen eräs toteutusmahdollisuus on käyttää kulmavaihdetta siten, että rullaussylinterin liikevara toteutetaan kulmavaihteiden väliakselin avulla. Tällöin käyttöakselin 1101 kumpikin pää 35 voidaan laakeroida staattiseen laakeripesään kun voimansiirrossa 109 oleva vä-liakseli on järjestetty pituudeltaan muuttuvaksi.

7 Käytännön sovelluksissa z-suunnassa etäisyydet 1091 voivat olla suuruusluokkaa 300-900 mm, jolloin tuohon mainittuun väliin mahtuisi varsin suurilukuinen joukko tarkoitukseen soveltuvia voimansiirtoelimiä. Eräänä kriteerinä soveltuvasta ’’etäisyyden 1091 päässä” -numeroarvosta ovat mitat, jotka ovat rullaussylinterin 10 sä-5 teeseen verrattavissa. Oleellisesti sädettä suuremmilla arvoilla kiinnirullaimen 1 rakenne saattaa monimutkaistua tarpeettomasti ja puolestaan säteeseen verrattuna alle 0,5 kertoimella oleva ’’etäisyyden 1091 päässä” saattaa hankaloittaa riittävän tehonsiirtokyvyn saavuttamista. Karkeana yleistyksenä voidaan sanoa, että edullinen suoritusmuoto olisi todennäköisesti löydettävissä sellaisen etäisyyden 10 1091 päästä, joka etäisyys 1091 on 0,5-1,5 kertaa rullaussylinterin säde.

Kuviosta 4 käy myös ilmi eräs edullinen suoritusmuoto, jossa rullaussylinteriin 10 ja rullaussylinterin 10 liikuttamiseen osallistuvat komponentit on kytketty toisiinsa apurungon 150 avulla. Tämä mahdollistaa laitteiden järkevän sijoittamisen toiminnan kannalta sopivan etäisyyden päähän toisistaan ja myös oikein suunniteltuna 15 jäykistää kiinnirullaimen 1 rakenteita. Eräs tämän suoritusmuodon erityisiä etuja on huollettavuuden helpottuminen, kun lähes mikä tahansa kiinnirullaimen komponentti tai osa on nopeasti ja helposti vaihdettavissa ilman, että rakenteita tarvitsee juurikaan purkaa. Eräitä esimerkkejä mahdollisista apurunkoon 150 kiinnitettävistä järjestelmistä ovat kaapimen 45 rakenteet tai vaihtolaitteen 40 rakenteet, kuten 20 kuviossa 1 on esitetty.

Kuviossa 4A esitetään eräs kuvion 4 mukaisen järjestelyn vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa käyttö 110 on sijoitettu vapaaseen väliin 201. Ratkaisun tarkoituksena on tarjota mahdollisuus erilaisten rakenneratkaisujen toteuttamiseksi. Perusajatus voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla. Eräs tällainen sovellusmuoto perustuu 25 rumpumoottorityyppiseen ratkaisuun, jossa käytön 110 ulkokehänä oleva roottori 110R on integroitu pyörimään yhdessä rullaussylinterin 10 vaipan 100 kanssa. Tällöin rullaussylinterin 10 akseli 105 toimii osana staattoria 11 OS ja on kytketty pyö-rimättömästi alustaansa, kuten apurunkoon 150. Tämä ratkaisu voidaan toteuttaa edelleen yksikäyttöisenä, jolloin vain rullaussylinterin toisessa päässä on käyttö 30 110, tai kaksikäyttöisenä, jolloin rullaussylinterin kummassakin päässä on saman lainen käyttö 110. Kahden käytön 110 etuna yksikäyttöiseen verrattuna on käyttöjen koon pieneneminen, joka puolestaan mahdollistaa enemmän vapauksia muiden rakenneratkaisujen suunnittelussa. Edelleen etuna on rullaussylinterin 10 rakenteen symmetrisyys, joka edesauttaa rullaussylinterin kummankin päädyn tark-35 kaa ohjattavuutta ja säädettävyyttä nippikuorman suhteen. Toisaalta pienen lisä- 8 haasteen tuo kahden käytön virittäminen toimimaan toistensa kanssa optimaalisesti synkroonissa.

Kuviossa 4B on esitetty eräs toinen vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa käyttö 110 on kytketty suoraan kiinni voimansiirtoon 109 ilman varsinaista käyttöakselia 5 1101. Tämäkin ratkaisu voidaan toteuttaa kuvion 4A tapaan yhden tai kahden käy tön 110 avulla.

Kuviossa 4C on esitetty edelleen eräs vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa rul-laussylinterin akselille 105 on kytketty hammashihnapyörä ja käytön 110 akselille toinen hammashihnapyörä. Tällä tavoin käyttö 110 voidaan järjestää joko staatti-10 seksi tai apurungon 150 mukana liikkuvaksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että yhteistä kuvioiden 4A, 4B ja 4C mukaisille suoritusmuodoille on, että niissä käyttö tai käytöt 110 ovat vapaassa välissä 201. Edelleen kaikki nämä suoritusmuodot ovat sellaisia, että käyttöjä 110 voi olla yksi tai kaksi, joko vain rullaussylinterin 10 toisessa päässä tai molemmissa päissä. 15 Näiden suoritusmuotojen etuina ovat muun muassa kiinnirullaimen skaalattavuu-den helpottuminen, varsinkin kaksikäyttöisissä sovellusmuodoissa. Skaalattavuu-della tarkoitetaan tässä ominaisuutta, jolla rakenneratkaisujen mittakaavaa voidaan muuttaa tarpeen mukaan ilman mittavaa uudelleen suunnittelua. Toinen etu on mahdollisuus käyttää haluttaessa suhteellisen pienihalkaisijaista rullaussylinte-20 riä 10 ja/tai suhteellisen pienihalkaisijaista tampuuritelaa 5.

Kuviossa 5 esitetään eräs edullisen sovellusmuodon mukainen kiinnirullain z-suunnasta. Kuviosta käy ilmi esimerkiksi eräs tapa järjestää konerullan keskiömo-mentin aikaansaava keskiökäyttö. Kuviossa on esitetty ensimmäinen käyttölaite 7 ja toinen käyttölaite 8. Nämä voidaan järjestää usealla eri tavalla. Ensimmäinen 25 käyttölaite 7 voi olla kiinteä tai liikuteltavissa oleva, samoin toinen käyttölaite 8. Ensimmäinen käyttölaite 7 ja toinen käyttölaite 8 voivat vuoron perään hoitaa konerullan 6 rullauksen alusta loppuun. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi suora-käytöllä, jossa tahtimoottorin roottori kytketään oleellisen välyksettömästi tampuu-ritelaan. Tällöin siis yksi suorakäyttöinen tahtimoottori voi hoitaa koko rullauksen 30 alusta rullan valmistumiseen. Suorakäyttöjen teknologia on kehittynyt kuiturainan rullaussovellusten kannalta varsin positiiviseen suuntaan, joten tämä teknologia on sovellettavissa kuiturainan rullauksen alueella useimpiin käyttötarkoituksiin. Näitä muita sovelluksia voivat olla esimerkiksi rullainten tai pituusleikkureiden painotelat tai -rullat, rullaustelat, kantotelat ja mahdolliset muut aputelat yksin tai yhdessä 35 kombinaationa perinteisen teknologian sähkökäyttöjen kanssa. Tämä teknologia 9 eli kestomagnetoidun moottorin ja sitä tukevan ohjelmistosovelluksen yhdistelmä mahdollistaa sen, että käyttömoottorista saadaan enemmän vääntömomenttia kuin aiemmin saatiin samankokoisesta perinteisestä oikosulkumoottorista. Eräänä erityisen positiivisena piirteenä monissa sovelluskohteissa on mahdollisuus jättää 5 vaihde pois.

Toinen kuvion 5 mukainen vaihtoehto on hoitaa rullauksia siten peräkkäin, että ensimmäinen käyttölaite 7 aloittaa rullauksen, rullaa jonkin aikaa, minkä jälkeen toinen käyttölaite 8 kytketään vauhdissa tampuuritelaan 5 kytkimen 59 välityksellä, suoritetaan käytönvaihto ja toinen käyttölaite 8 hoitaa rullauksen loppuun ja py-10 säyttää valmiin konerullan 6. Tässäkin suoritusmuodossa jompikumpi tai molemmat käytöt voivat olla suorakäyttöjä tai vaihteiston kautta välitettyjä käyttöjä. Edullisesti hieman ennen rullaussylinterin 10 ja konerullan 6 välisen nipin avaamista painotela 30 (ei esitetty kuviossa 5) siirtyy myös nippikontaktiin konerullan 6 kanssa. Näin konerullan vaihtosekvenssissä eräänä mahdollisuutena oleva nippiauki-15 vaihto saadaan suoritettua konerullan pintakerroksien säilyessä hyvälaatuisina.

Kuvion 1 mukaisella kiinnirullaimella 1 voidaan suorittaa kuvioiden 6a-6d mukainen kiinnirullaussekvenssi, jota voidaan kutsua ’’nippikiinni-vaihdoksi”. Vaihtoehtoisesti voidaan suorittaa kuvioissa 7a-7d esitetty sekvenssi. Tätä kuvioiden 7a-7d mukaista sekvenssiä voidaan kutsua "OptiReel-vaihdoksi” tai ’’nippiauki-20 vaihdoksi”.

Kuviossa 6a on esitetty sekvenssivaihe, jossa kiinnirullain 1 on normaalissa kiinni-rullaustilassa, jossa kuituraina W kiinnirullataan konerullaksi 6 tampuuritelan 5 ympärille. Rullaussylinteri 10 on vierivästi puristettuna konerullaan 6 kiinni. Kone-rullan 6 ja rullaussylinterin 10 välillä vaikuttaa nippivoima F. Tyhjiä tampuuriteloja 5 25 on odottamassa vuoroaan. Näistä ensimmäinen eli seuraavaksi rullaukseen tuleva tampuuritela 5a on jo otettu ensimmäiseen käyttölaitteeseen 7 kiinni. Ensimmäinen käyttölaite 7 aloittaa tampuuritelan 5a pyörittämisen hyvissä ajoin ennen vaihtoa, jotta mahdollinen tampuuritelan 5a varastoinnin aiheuttama muodonmuutos saadaan poistettua ennen varsinaisen kiinnirullauksen aloittamista.

30 Kuviossa 6b on esitetty sekvenssivaihe juuri ennen vaihtoa tai vaihtohetkellä. Konerulla 6 on saavuttanut tavoitearvonsa eli yleensä tavoitteena olleen kiinnirullat-tavan kuiturainan W pituuden. Painotela 30 on ajettu kiinni valmistuvaan konerullaan 6 konerullan purkautumisen estämiseksi jarrutusvaiheessa. Seuraava tampuuritela 5a on kontaktissa rullaussylinteriin 10 rullaussylinterin yläkuolokohdasta 35 ylävirran suuntaan, jossa tampuuritela 5a on valmiina ottamaan vastaan kuiturai- 10 nan W vaihtohetkestä alkaen. Kuituraina W siis katkaistaan konerullan 6 ja tam-puuritelan 5a välistä, jolloin kuituraina W siirtyy kiinnirullautumaan tampuuritelan 5a ympärille.

Kuviossa 6c esitetään tilanne, jossa vanha konerulla 6b on pysäytettävänä tai py-5 sähtynyt ja painotela 30 on vielä kiinni konerullan 6b pinnassa. Uusi konerulla 6a on muodostumassa tampuuritelan 5a ympärille. Rullaussylinteri 10 niiaa hieman (siirtyy z-suunnassa hieman alaspäin), jotta uusi konerulla 6a tampuuriteloineen 5a pääsee siirtymään rullaussylinterin 10 ylävirran puolelta yläkuolokohdan yli ala-virran puolelle.

10 Kuviossa 6d esitetään sekvenssivaihe, jossa vanha konerulla 6b on pysähtynyt eli konerullan 6b pyöriminen on pysäytetty tai pyörimisnopeus on pieni. Tässä vaiheessa tai pysähtymisen jälkeen painotelaa 30 ei enää tarvita varmistamassa konerullan 6b pysymistä koossa, joten painotela siirretään odottamaan seuraavaa käyttöönottoa. Kuvioissa 6a-6d on esitetty eräs painotelan 30 mahdollisista sijain-15 ti- tai kuormituskohdista, eli valmistuvan konerullan alakuolokohdasta hieman ylävirran suuntaan. Seuraava painotelan 30 käyttöönotto suoritetaan edullisesti heti edellisen konerullan pysähdyttyä, mutta viimeistään ennen seuraavaa vaihtoa. Kuviossa 6d uusi konerulla 6a on rullautunut jo jonkin aikaa tampuuritelan 5a ympärille, joten konerullan 6a halkaisija on jo jonkin verran kasvanut. Tästä konerulla 6a 20 jatkaa kasvuaan, kunnes päästään taas kuvion 6a mukaiseen tilanteeseen.

Kuvioissa 7a-7d esitetään eräs toinen vaihtoehtoinen kiinnirullaussekvenssi. Kuvioissa 6a-6d ja kuvioissa 7a-7d on esitetty kuiturainan tulosuunnaksi rullaussylin-terille vertikaalisuunta. Se ei kuitenkaan ole ainoa toteutusmahdollisuus, vaan tulokulma voidaan valita halutunlaiseksi, kun otetaan huomioon kuiturainan kireyden 25 vaikutus rullaussylinteriin.

Kuviossa 7a on esitetty sekvenssivaihe, jossa kiinnirullain on normaalissa kiinnirul-laustilassa, jossa kuituraina W kiinnirullataan konerullaksi 6 tampuuritelan 5 ympärille. Rullaussylinteri 10 on vierivästi puristettuna konerullaan 6 kiinni. Konerullan 6 ja rullaussylinterin 10 välillä vaikuttaa nippivoima F. Tyhjiä tampuuriteloja 5 on 30 odottamassa vuoroaan. Näistä ensimmäinen, eli seuraavaksi rullaukseen tuleva tampuuritela 5a on jo otettu ensimmäiseen käyttölaitteeseen 7 kiinni. Ensimmäinen käyttölaite 7 aloittaa tampuuritelan 5a pyörittämisen hyvissä ajoin ennen vaihtoa, jotta mahdollinen tampuuritelan 5a varastoinnin aiheuttama muodonmuutos saadaan poistettu ennen varsinaisen kiinnirullauksen aloittamista.

11

Kuviossa 7b on esitetty sekvenssivaihe juuri ennen vaihtoa tai vaihtohetkellä. Konerulla 6 on saavuttanut tavoitearvonsa eli yleensä tavoitteena olleen kiinnirullat-tavan kuiturainan W pituuden. Painotela 30 on ajettu kiinni valmistuvaan konerullaan 6 konerullan purkautumisen estämiseksi jarrutusvaiheessa. Seuraava tam-5 puuritela 5a ei ole kontaktissa rullaussylinteriin 10 rullaussylinterin yläkuolokoh-dasta ylävirran suuntaan, vaan edullisesti vasta alavirran puolella. Tällöin siis rul-laussylinteri 10 on siirtynyt z-suunnassa hieman alaspäin, jolloin uusi tampuuritela 5a on päässyt siirtymään rullaussylinterin 10 ylävirran puolelta yläkuolokohdan yli alavirran puolelle. Rullaussylinteri 10 on voinut siirtyä alaspäin jo konerullan 6 kiin-10 nirullauksen aikana siten, että seuraava tampuuritela 5a voi ohittaa rullaussylinterin 10 yläkuolokohdan lähes milloin tahansa kiinnirullauksen aikana. Ennen vaihtoa rullaussylinteri 10 nostetaan takaisin yläasentoon, jolloin tampuuritelan 5a ja rullaussylinterin 10 välille muodostetaan nippikontakti. Tässä asemassa tampuuritela 5a on valmiina ottamaan kuiturainan W vastaan vaihtohetkestä alkaen. Kuitu-15 raina siis katkaistaan konerullan 6 ja tampuuritelan 5a välistä, jolloin kuituraina siirtyy kiinnirullautumaan tampuuritelan 5a ympärille.

Kuviossa 7c esitetään tilanne, jossa vanha konerulla 6b on pysäytettävänä tai pysähtynyt ja painotela 30 on vielä kiinni konerullan 6b pinnassa. Uusi konerulla 6a on muodostumassa tampuuritelan 5a ympärille.

20 Kuviossa 7d esitetään sekvenssivaihe, jossa vanha konerulla 6b on pysähtynyt eli konerullan 6b pyöriminen on pysäytetty ja kuituraina W kiinnirullataan konerullaksi 6a. Pysähtymisen jälkeen painotelaa 30 ei enää tarvita varmistamassa konerullan 6b pysymistä koossa, joten painotela 30 siirretään odottamaan seuraavaa käyttöönottoa. Kuvioissa 7a-7d on esitetty eräs painotelan 30 mahdollisista sijainti- tai 25 kuormituskohdista, eli valmistuvan konerullan alakuolokohdasta hieman ylävirran suuntaan. Myös tässä sekvenssissä seuraava painotelan 30 käyttöönotto suoritetaan edullisesti heti edellisen konerullan pysähdyttyä, mutta viimeistään ennen seuraavaa vaihtoa. Kuviossa 7d uusi konerulla 6 on rullautunut jo jonkin aikaa, joten konerullan 6a halkaisija on jo jonkin verran kasvanut. Tästä konerulla 6a jatkaa 30 kasvuaan, kunnes päästään taas kuvion 7a mukaiseen tilanteeseen.

Painotela 30 voi olla ominaisuuksiltaan samanlainen tai lähes samanlainen kuin rullaussylinterikin. Eräs painotelan 30 toiminnan kannalta sopiva kriteeri on kyky tuottaa riittävästi nippivoimaa - noin 5 kN/m tasoon saakka. Pinnoite voi olla esimerkiksi hieman karhea, joustava tai muuten pitävä. Tällöin kuiturainan W ja pai-35 notelan 30 välille on muodostettavissa pitävä kontakti, jolloin painotelalla 30 on aikaansaatavissa momentin alulla aikaansaatava rullausvoima konerullan 6 tiukkuu- 12 teen vaikuttamiseksi. Tätä rullausvoimaa voidaan käyttää aktiivisena rullauspara-metrina välillä positiivinen rullausvoima (=veto) - negatiivinen rullausvoima (=jarrutus). Valittaessa sileä painotelan 30 pinta ei momenttia voida luiston takia käyttää, mutta painotelan 30 nippivoiman avulla konerullaa 6 voidaan kuitenkin 5 tiukentaa. Mikäli rullaussylinteri 10 ja painotela 30 valitaan konstruktioltaan samanlaisiksi, saavutetaan tällä yhtäläisten rullausparametrien tuottokyvyn lisäksi vielä varaosamielessäkin huomattava etu, kun varateloja tarvitaan vain yhdenlaisia. Toisaalta rullaussylinteriä pienempihalkaisijaisella painotelalla voidaan saavuttaa joitain kiinnirullaimen geometriaan liittyviä etuja, kuten matala rullaimen rakenne.

10 Kuviossa 8 havainnollistetaan vielä painotelan 30 käytön vaikutusta konerullan 6 tiukkuuteen. Kuviossa 8 x-akselilla on konerullan 6 halkaisija D alkuhalkaisijasta D0 loppuhalkaisijaan D3 ja y-akselilla saavutettu kovuus tai rullaustiukkuus H. Nippivoiman F ja kuiturainan kireyden T vaikutus rullaustiukkuuteen pysyy lähes vakiona konerullan halkaisijasta riippumatta, mutta keskiömomentin M vaikutus pie-15 nenee voimakkaasti halkaisijan kasvaessa. Tätä pienenemistä voidaan kompensoida painotelalla 30 aikaansaatavalla konerullan kiristämisellä WT1>2. Kiristäminen voi perustua painotelan 30 nippivoimaan tai vääntömomenttiin tai näiden yhdistelmään. Kiinnirullaimen 1 konstruktio mahdollistaa nyt tällaisen lisäparametrin mu-kaantuomisen hyvin varhaisessa vaiheessa rullan muodostamista. Tämä lisäpa-20 rametrin WTi käyttöönotto on mahdollista lähes välittömästi valmistuneen konerullan 6 pysähtymisen jälkeen, kun painotela 30 on vain siirretty kuormitusasemaan-sa, jossa painotelaa puristetaan konerullaa vastaan. Tällöin konerullan halkaisija on D-\. Tarkkaan ottaen käyttöönotto voidaan tehdä jo samanaikaisesti pysähtymisen kanssa tai jopa ennen valmistuneen konerullan pysähtymistä, jos kuiturainan 25 ominaisuudet ovat sellaiset, että konerulla 6 kestää purkaantumatta jarrutuksen loppuvaiheen. Toinen vaihtoehto on ottaa käyttöön tämä sama painotelalla aikaansaatava rullaustiukkuus WT2 vasta rullauksen loppuvaiheessa konerullan halkaisijan ollessa D2. Tällöin vaikutus kovuuteen H jää huomattavasti edellistä vaihtoehtoa pienemmäksi. Mainittu kuormitusasema on sijoitettavissa useaan eri koh-30 taan, mutta konerullien 6 vapaan siirrettävyyden aikaansaamiseksi eräs edullinen sijaintikohta on konerullan alakuolokohdasta hieman ylävirran suuntaan. Näin painotelan 30 halkaisija on valittavissa suhteellisen vapaasti ilman, että valmistunutta konerullaa tarvitsee nostaa painotelan 30 ohi tai että painotelalle tarvitsisi järjestää jokin erityisen ’’matala” asema tätä ohitustilannetta varten.

35 Edelleen eräs edullisista suoritusmuodoista, jotka on esitetty kuviossa 1, on muun muassa piirre, jossa rullaussylinterin 10 kaavin 45 on sijoitettu samaan toiminnalli- 13 seen kokonaisuuteen, esimerkiksi apurunkoon 150, rullaussylinterin kanssa, jolloin kaavin 45 on järjestetty liikkuvaksi rullaussylinterin 10 mukana. Erityisen edullisessa suoritusmuodossa tähän kaapimen 45 rakenteeseen on integroitu myös katkaisulaite 40 tai yleisemmin vaihtolaite 40, joka siis operaattorin tai ohjausjärjestel-5 män käskystä katkaisee kuiturainan ja ohjaa sen rullautumaan uuden tampuurite-lan 5 ympärille. Vaihtolaite 40 voi olla esimerkiksi vesi vaihtolaite, (alapuolinen) hanhenkaula, terävaihtolaite tai muu vastaava vaihtolaite.

Keksinnön mukainen kiinnirullain mahdollistaa muutamia erityisen houkuttelevia vaihtoehtoja. Rullaussylinteriksi voidaan haluttaessa valita suhteellisen pienihal-10 kaisijainen tela, joka mahdollistaa tehokkaasti ilman pääsyn rullan sisään estävän nipin. Toinen keksinnön erään sovellusmuodon etu on soveltuvuus niin sanottuihin rebuild-tapauksiin, joissa paperitehtaalla tai vastaavassa on olemassa kiinnirullain, joka halutaan modernisoida. Tämä esitetty kiinnirullain soveltuu helposti tällaisiin tapauksiin, koska tampuuritelan halkaisija ei ole enää kriittinen tekijä rullaimen 15 geometrian kannalta - toki se kuitenkin edelleen mitoittaa suurimman mahdollisen rullattavan konerullan 6. Toiseksi myöskään konesalin korkeudesta ei pitäisi tulla ongelmia kiinnirullaimen 1 matalan layoutin takia.

14

Kuvioissa käytetyt viitenumerot: 1 kiinnirullain 10 rullaussylinteri 5 100 vaippa 101 pyörimisakseli 103 pääty 105 akseli 106 päänvientivyöhyke (imuvyöhyke) 10 107 laakeripesä 108 laakeri 109 voimansiirto 1091 etäisyys 110 käyttö 15 11 OR roottori 110S staattori 1101 käyttöakseli 120 horisontaalisuuntainen johde 121 vertikaalisuuntainen johde 20 130 ensimmäinen siirto/voimaväline 131 toinen siirto/voimaväline 150 apurunko 20 runko 25 200 runkoväli 201 vapaa väli 205 rungon paksuus z-suunnassa 30 painotela 30 40 katkaisulaite, vaihtolaite 45 kaavin 5 tampuuritela 5a tampuuritela 35 50 vaippa 51 nimellinen laakeriväli 53 pääty 15 55 akseli 57 laakeripesä 570 ura 58 laakeri 5 59 kytkin 6 konerulla 7 ensimmäinen käyttölaite 8 toinen käyttölaite 10 C keskilinja F nippivoima W kuituraina.

Claims (5)

1. Kiinnirullain (1) kuiturainan jatkuvatoimiseksi kiinnirullaamiseksi tampuurite-lan (5) ympärille konerullaksi (6), tunnettu siitä, että rullaussylinteri (10) akselei-neen (105) on y-suunnassa lyhyempi kuin tampuuritelan (5) nimellinen laakeriväli 5 (51), ja että rullaussylinteri (10) on liikuteltavissa z-suunnassa runkojen (20) va paassa välissä (201) pyörimisakselin (101) kohdalta tarkasteltuna, ja että ainakin yksi käyttö (110) on vapaassa välissä (201), ja että käyttöjä (110) voi olla yksi tai kaksi, joko vain rullaussylinterin (10) toisessa päässä tai molemmissa päissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiinnirullain (1), tunnettu siitä, että kaikki 10 käytöt (110) ovat vapaassa välissä (201).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiinnirullain (1), tunnettu siitä, että käytön (110) ulkokehänä oleva roottori (110R) on integroitu pyörimään yhdessä rullaussylinterin (10) vaipan (100) kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiinnirullain (1), tunnettu siitä, että käyttö 15 (110) on kytketty suoraan kiinni voimansiirtoon (109).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiinnirullain (1), tunnettu siitä, että rullaus-sylinterin (10) akselille (105) on kytketty hammashihnapyörä ja käytön (110) akselille toinen hammashihnapyörä.