-
Die
Erfindung betrifft eine Tragwalzen-Wickelmaschine zum Aufwickeln
einer Materialbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, die zwei Tragwalzen
aufweist, zwischen denen ein Walzenbett ausgebildet ist, auf dem
eine Wickelrolle beim Aufwickeln aufliegt, und mit einem Druckwalzensystem,
das eine horizontal verlaufende und vertikal verlagerbare Traverse
aufweist, an der eine Druckwalze mit zur Traverse parallelen Achse
befestigt ist, wobei die Traverse durch einen elektrischen Antrieb
verlagerbar ist und die Tragwalzen-Wickelmaschine eine Regeleinheit
für die
Traversenverstellung aufweist.
-
Eine
derartige Wickelmaschine ist aus
DE 1 014 425 A bekannt. Hier wird eine auf
einer Wickelrolle aufliegende Belastungswalze beiderseits am Maschinenrahmen
geführt
und der Anpreßdruck
an die Wickelrolle ist dadurch regelbar, daß an jedem der beiden der Belastungswalze
als Lager dienenden Führungsschlitten
ein Triebwerk angeordnet ist, durch das der Druck der Belastungswalze
gegen die Wickelrolle vergrößert oder
verkleinert werden kann. Dieses Triebwerk ist durch einen Elektromotor
mit regelbarem Drehmoment angetrieben. Dadurch wird eine Regelung
des Anpreßdrucks
der Belastungswalze ermöglicht.
Die Regelung kann nach Art einer Programmsteuerung durchgeführt werden,
indem nach einer vorbestimmten Belastungskurve, beispielsweise zunächst mit
größerem und
im Lauf des Wickelvorganges mit geringem Anpreßdruck gearbeitet wird.
-
Zum
Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen zu Wickelrollen sind Tragwalzenwickelmaschinen
bekannt, die zwei angetriebene Tragwalzen aufweisen, auf denen die
Wickelrollen beim Aufwickeln nebeneinander mit fluchtenden Hülsen aufliegen
und von denen mindestens eine angetrieben ist. Oberhalb des von
den Tragwalzen gebildeten Walzenbetts ist ein Druckwalzensystem
angeordnet, das aus einer durchgehenden Druckwalze oder aus einzelnen Druckwalzensegmenten
besteht und an einer horizontalen, vertikal bewegbaren Traverse
befestigt ist. Das Druckwalzensystem dient dazu, zu Beginn der Aufwicklung
von oben auf die Wickelrollen zu drücken, um so die Linienlast
an den Kontaktlinien zwischen den Wickelrollen und den Tragwalzen
zu erhöhen.
Von der Linienlast wird die Wickelhärte der Wickelrollen entscheidend
beeinflußt.
Zu Beginn der Aufwicklung reicht die Li nienlast aus dem Auflagegewicht
der Wickelrollen noch nicht aus. Daher wird mittels des Druckwalzensystems
eine zusätzliche
Anpreßkraft
aufgebracht, die bei steigendem Wickelrollengewicht während des
Aufwickelns entsprechend gemindert wird.
-
Da
beim Aufwickeln von durch Längsschnitt unterteilten
Papier- oder Kartonbahnen Querprofilschwankungen in der Bahn zu
unterschiedlichen Wickelrollendurchmessern führen, verursacht dies bei einer
durchgehenden Druckwalze, daß diese
teilweise nicht auf Wickelrollen mit geringerem Durchmesser aufliegt.
Um dieses Problem zu beheben, ist aus der WO 93/15009 A1 ein Druckwalzensystem
bekannt, bei dem eine Reihe von frei drehbaren Rollensegmenten nebeneinander
und einzeln vertikal bewegbar an einer Traverse befestigt sind.
Jedes Rollensegment kann sich so dem Durchmesser der unter ihm befindlichen
Wickelrolle anpassen. Damit der vom Auflagegewicht des Druckwalzensystems
bewirkte Auflagedruck jedes Rollensegments gleich ist, sind die
Rollensegmente jeweils an einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit
gelagert, die in einem geschlossenen System miteinander verbunden
sind.
-
In
der Praxis hat es sich gezeigt, daß es aufgrund von Unrundheiten
in den Wickelrollen zu Vibrationen kommen kann, die mit den bekannten
Druckwalzensystemen nicht genügend
unterdrückt
werden können.
-
DE 34 08 072 A1 beschreibt
eine Vorrichtung zur Steuerung des Anpreßdrucks einer Druckwalze an
eine Hauptwalze. Die Druckwalze ist über Wägezellen und Federn an einer
Aufhängevorrichtung
mit einem Seilzug gehalten.
-
Über den
Seilzug ist die Aufhängevorrichtung
mit einem Servoventil verbunden. Die Wägezellen geben ihre Ausgangssignale
an einen Regelbaustein ab, der den mit den Wägezellen erfaßten Anpreßdruck der
Druckwalze auswertet und entsprechende Signale an die Servoventile
bereitstellt. Zur Schwingungsvermeidung ist die Feder entweder mit einer
hohen Eigendämpfung
ausgestattet oder es sind entsprechende Dämpfungselemente zur Feder parallel
geschaltet.
-
DE 36 27 463 A1 zeigt
eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern einer Kontaktwalze. Beim
Aufwickeln von dünnen
Folien wird eine Kontaktwalze gegen eine Wickelrolle gedrückt. Die
Kraft, mit der die Kontaktwalze gegen die Rolle gedrückt wird,
wird über
eine Kraftmeßeinrichtung
erfaßt,
die zwischen einem pneumatischen Stellzylinder und einem Schlitten
angeordnet ist, der die Kontaktwalze trägt.
-
In ähnlicher
Weise zeigt
DE 33 47
733 A1 eine Kontaktwalzensteuerung für eine Aufwickelvorrichtung,
die eine druckregelbare Andruckwalze aufweist. Der Anpreßdruck wird
durch einen pneumatischen Stellzylinder erzeugt.
-
DE 199 60 000 A1 zeigt
eine Rollenwickelvorrichtung, insbesondere für eine Rollenschneidmaschine.
Hier werden die einzelnen Wickelrollen mit einer gemeinsamen Wickelstange
geführt.
-
DE 296 15 385 U1 zeigt
eine Walze für
eine Wickelmaschine mit zwei Tragwalzen, von denen die auslaufseitige
Tragwalze mit einer Schicht aus einem zelligen Kunststoffmaterial
mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten
Poren besteht. Die Größe der Poren
beträgt
weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 1 mm.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wickelmaschine anzugeben,
die ein besseres Wickelergebnis ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer Tragwalzen-Wickelmaschine der eingangs genannten
Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Durch
den elektrischen Antrieb lassen sich mehrere Vorteile erreichen.
Zum einen ist ein elektrischer Antrieb in der Regel besser in der
Lage, auftretende Schwingungen zu unterdrücken. Ein hydraulischer Antrieb
wird in der Regel über
Schläuche
versorgt, die eine gewisse Elastizität aufweisen. Druckstöße, die
von unrunden Rollen erzeugt werden, können dann Schwingungen im hydraulischen
System verursachen, die wiederum auf die Rollen zurückwirken.
Darüber
hinaus können
Leckagen in den Hydrauliksystemen zu Verschmutzungen der Materialbahnen
führen.
Elektrische Antriebe haben in vielen Fällen wesentlich bessere Steuerungseigenschaften als
hydraulische Systeme, so daß der
Druck, der mit Hilfe der Druckwalze auf die Wickelrollen ausgeübt wird,
wesentlich besser gesteuert werden kann. Die Grenzfrequenz hydraulischer
Regelungen wird wesentlich durch das Ölvolumen beeinflußt, das
sich zwischen Stellglied (Ventil) und Regelgrößenerfassung befindet sowie
durch die Kapazitäten (Schlauchleitungen)
in diesem Bereich. Je größer das
Volumen und je geringer die Steifigkeit der Leitungen (Schläuche), desto
geringer die regelbare Schwingungsfrequenz. Da man möglichst
keine Leckage ge fährdeten
Bauteile oberhalb der Papierbahn installieren möchte, ist eine relativ lange
Leitung mit entsprechend geringer Eigenfrequenz für Andruckwalzen
notwendig. Aus diesem Grunde sind insbesondere bei schnell laufenden
Maschinen Schwingungen aufgrund unrunder Rollen nicht mehr auszuregeln.
Demgegenüber
stellt eine servoelektrische Lösung
eine wesentlich erhöhte
Steifigkeit der Regelung dar. Der Drucksensor kann dabei als elektrischer Sensor
ausgebildet sein, d.h. er erzeugt elektrische Signale, die unmittelbar
in der Regelung des elektrischen Antriebs verwendet werden können. Dadurch wird
Zeit gespart, weil eine Umsetzung von einer Signalart in eine andere
Signalart nicht erforderlich ist. Der Regelkreis kann dadurch außerordentlich
schnell sein, so daß er
auch höherfrequente
Vibrationen, die unter Umständen
auftreten können,
schnell ausregeln kann. Durch die Wirkung der Regeleinheit läßt sich
der Wickelhärteverlauf
der Wickelrollen in Abhängigkeit
vom Durchmesser auf einfache Weise steuern.
-
Der
Antrieb kann auf beide Enden der Traverse gleichartig wirken. Der
elektrische Antrieb greift also an den Enden der Traverse an, nämlich dort,
wo die Traverse üblicherweise
auch abgestützt
ist. Wenn er an beiden Enden gleichartig angreift, kann man eine
parallele Bewegung der Traverse und eine gleichmäßige Kraftübertragung gewährleisten.
-
Hierbei
ist es möglich,
daß zwischen
den beiden Enden der Traverse eine mechanische Antriebsverbindung
ange ordnet ist. Die Antriebsverbindung ermöglicht es, daß man mit
einem einzelnen Motor im Antrieb auskommt und trotzdem die erforderlichen Kräfte auf
die beiden Enden der Traverse gleichförmig übertragen kann.
-
Hierbei
ist eine Ausgestaltung möglich,
bei der der Drucksensor als Druckmeßdose ausgebildet ist. Eine
Druckmeßdose,
die auch als Kraftmeßdose bezeichnet
werden kann, mißt
die auf die Druckwalze wirkenden Kräfte und liefert Signale, mit
denen der elektrische Antrieb in der Weise geregelt werden kann,
daß die
gewünschte
Belastung erzeugt werden kann. Eine Druckmeßdose ist eine relativ kostengünstige Ausbildung
eines Drucksensors.
-
Der
Antrieb kann seitlich an der Traverse angreifen und einerseits nach
oben ziehende als auch anderseits nach unten drückende Kräfte erzeugen. Mit Hilfe der
nach unten drückenden
Kräfte
wird die erforderliche Druckbelastung der Wickelrollen erzeugt,
so daß die
Wickelhärte
der Wickelrollen einen gewünschten
Verlauf erhält.
Die nach oben ziehenden Kräfte
werden verwendet, um die Traverse zu verlagern, was notwendig ist,
um dem steigenden Rollendurchmesser folgen zu können. Die Verlagerung der Traverse
nach oben wird also nicht nur durch den wachsenden Rollendurchmesser
erzeugt.
-
Das
Drehmoment des Antriebs und damit die Be- und Entlastungskraft kann
in Abhängigkeit
vom Rollendurchmesser gesteuert werden. Dies hat zwei Vorteile.
Zum einen läßt sich
die Auflagekraft der Druckwalze auf den Rollen damit in Abhängigkeit vom
Durchmesser der Wickelrollen steuern. Zum anderen wird auch die
Position der Druckwalze in Abhängigkeit
vom Rollendurchmesser auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit eingestellt.
-
Durch
die verformbare Schicht wird auf einfache aber zuverlässige Weise
eine gewisse Ausgleichselastizität
zur Verfügung
gestellt, die bewirkt, daß bei
leicht unterschiedlichem Rollenaufbau benachbarter Wickelrollen
auf alle Wickelrollen die erforderlichen Kräfte ausgeübt werden können. Der Durchmesserzuwachs
der benachbarten Wickelrollen kann damit weitgehend gleichmäßig gehalten werden.
-
Der
Antrieb kann als Getriebemotor mit Ritzelwelle und Zahnstange ausgebildet
sein. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann er als Spindelmotor
ausgebildet sein. Auch ein als Linearmotor ausgebildeter Antrieb
ist möglich.
-
Die
Zeichnung dient zur Erläuterung
der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles.
Darin zeigt die
-
einzige
Figur eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tragwalzen-Wickelmaschine
mit einem Druckwalzensy stem, teilweise im Schnitt und ohne die Rahmenkonstruktion.
-
Eine
in der Figur dargestellte Tragwalzen-Wickelmaschine weist zwei angetriebene
Tragwalzen 1, 2 auf, die ein Wickel- oder Walzenbett
bilden, in dem Wickelrollen 3 beim Aufwickeln auf den Tragwalzen 1, 2 aufliegen.
Eine Papier- oder Kartonbahn 4 wird von zumindest einer
Längsschneideeinrichtung
in Einzelbahnen aufgeteilt, die anschließend durch einen Spalt zwischen
den Tragwalzen 1, 2 in das Walzenbett geführt werden,
wo sie auf fluchtend aufgereihte Hülsen 16 gewickelt
werden. Oberhalb des Walzenbetts ist im Gestell der Wickelmaschine ein
Druckwalzensystem angeordnet, mit dem sich zu Beginn der Aufwicklung
das Auflagegewicht der Wickelrollen 3 auf den Tragwalzen 1, 2 erhöhen läßt, wenn
das Eigengewicht der Wickelrollen 3 für die gewünschte Wickelhärte noch
nicht ausreicht.
-
Das
Druckwalzensystem besteht aus einer horizontal, quer zur Bahnlaufrichtung
verlaufenden Traverse 8, die vertikal beweglich gelagert
ist. An der Unterseite der Traverse 8 ist eine durchgängige Druckwalze 5 befestigt,
die sich beim Absenken der Traverse 8 auf die Wickelrollen 3 auflegt.
Die Arbeitsbreite der Maschine beträgt ca. 10 m. Mittels einer
an einer Seite der Maschine angeordneten elektrischen Antriebs-Einheit,
bevorzugt ein Getriebemotor 10 mit Ritzelwelle 11,
kann die Traverse 8 mit der Druckwalze nach oben bis in
eine Ruheposition bewegt werden. Eine Gleichlaufwelle mit Zahnrad 12,
die eine mechanische Verbindung der linken und rechten Maschinenseite
herstellt, wird vom Getriebemotor 10 über eine Kette 17 angetrieben,
um eine gleichmäßige Kraftübertragung
zu gewährleisten.
Außer dem kann
mit der elektrischen Antriebs-Einheit der Auflagedruck der Druckwalze
auf den Wickelrollen 3 durch Entlastung des Gewichts durch
Druck von unten sowie durch Erhöhung
des Drucks von oben eingestellt werden. Die Traverse 8 ist
als Hohlprofil ausgebildet.
-
Die
Druckwalze 5 besteht hier aus einem hohlzylinderförmigen Tragkörper aus
einem festen Material, insbesondere aus Stahl, auf dessen äußerer Mantelfläche eine
begrenzt verformbare Schicht 6 aus einem zelligen Kunststoffmaterial
mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten
Poren aufgebracht ist. Das aus einem zelligen Elastomer, insbesondere Polyurethan
bestehende Kunststoffmaterial weist einen Kompressionsmodul κ von weniger
als 10 MPa, vorzugsweise zwischen 1 MPa und 5 MPa, auf. Die Größe der Poren
beträgt
weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 1 mm. Bevorzugt
sind die Poren in der verformbaren Schicht teilweise offen – also miteinander
verbunden –,
teilweise in sich geschlossen. Der Anteil der offenen Poren beträgt 30% bis
70%, vorzugsweise ca. 50%. Das Verhältnis der offenen Poren zu
den geschlossenen Poren bestimmt sowohl die Kompressibilität als auch
die Fähigkeit
der Schicht, im Inneren entstehende Wärme abzuleiten, um unerwünschte Überhitzungen
zu vermeiden. Die Dichte des Kunststoffmaterials beträgt zwischen
350 kg/m3 und 700 kg/m3.
Die Dicke der aus ihm gebildeten Schicht 6 beträgt 8 mm-40
mm, vorzugsweise 10 mm-20 mm. Eine kompressible Schicht 6 mit
den vorstehenden Merkmalen hat sich als besonders geeignet gezeigt,
den erforderlichen Anpreßdruck
ohne Markierungen auf die Wickelrollen 3 bei unterschiedlichen
Betriebsbedingungen, z. B. Profilschwankungen in der Bahn 4,
aufzubringen.
-
Auf
die äußere Mantelfläche des
Tragkörpers
kann anstelle einer Schicht 6 aus einem in sich kompressiblen
Material auch ein Belag aus einem gummielastischen Material aufgebracht
werden. Dann wird ein Material mit einer Härte von 60-90 Shore A verwendet.
Die äußere Laufschicht
ist entweder glatt, oder es sind umlaufende Nuten eingearbeitet,
damit eine weichere Lauffläche
entsteht und die Luft ausweichen kann.
-
Die
radial zum Tragmantel der Druckwalze 5 gemessene Schichtdicke
der Beschichtung 6 beträgt 5
mm bis 20 mm, vorzugsweise 6 mm bis 12 mm. Sie besteht aus einem
verschleißarmen
Elastomer, insbesondere aus Nitrit- oder Polyurethan-Kautschuk. Ihre
Härte beträgt 65 bis
80 Shore A, bevorzugt 70 bis 74 Shore A. Diese Härte entspricht einem Wertebereich
von 80 bis 45 PJ (Pussey & Jones),
bevorzugt 60 bis 70 PJ. Der Reibbeiwert μ der Beschichtung 6 zu
Papier beträgt
0,35 bis 0,7, vorzugsweise 0,45 bis 0,6. Die äußere Oberfläche der Beschichtung 6 ist
so geschliffen, daß der
arithmetische Mittenrauwert Ra ermittelt nach DIN 4768 0,5 μm bis 1,5 μm beträgt. Bei
dieser Oberflächenrauheit
hat die Papier- oder
Kartonbahn ausreichend Kontakt mit der Druckwalze, so daß sie geradlinig
ohne zu verlaufen auf die Wickelrolle aufläuft, zugleich ist ein Dehnungsausgleich
zwischen der Druckwalze 5 und den Wickelrollen 3 möglich, der
für die
Herstellung von Wickelrollen hoher Qualität erforderlich ist. Es werden
Oberflächenbeschädigungen
(Markierungen) an der Papier- oder Kartonbahn vermieden, das Einwickeln
von Luft in die Wickelrolle wird vermindert, es findet ein Ausgleich
von Profilschwankungen im Querprofil der Papier- oder Kartonbahn
statt, so daß Wickelfehler
in der Wickelrolle vermieden wer den, die Wickelgeschwindigkeit läßt sich
anheben, es findet kein Verlaufen der Bahn quer zur Laufrichtung statt,
d.h. die Wickelrollen werden an ihren Stirnseiten plangewickelt,
und es läßt sich
vibrations- und sehr geräuscharm
aufwickeln.
-
Die
Linearführung 13, 14 enthält bevorzugt ein
unter Vorspannung montiertes Kugellager, damit ihre beiden Teile
spielfrei relativ zueinander vertikal bewegbar gelagert sind. Die
Linearführung 13, 14 stellt
verbunden über
die Lagerplatte 15 eine präzise vertikale, verdrehfreie
Linearbewegung sicher. Das Regelsystem besteht aus einer zwischen
Traverse 8 und Druckwalze 5 angeordneten Kraftmeßdose, die so
wirkt, daß entweder
bei sinkendem Abstand der Druckwalze 5 von den Wickelrollen 3 der
Auflagedruck auf die Wickelrollen 3 durch eine abstandsabhängig steigende
Zusatzkraft erhöht
wird, oder bei steigendem Abstand der Auflagedruck durch eine abstandsabhängig steigende
Gegenkraft vermindert wird.
-
Zu
Beginn der Aufwicklung wird die Traverse 8 mit der Druckwalze 5 auf
die inzwischen in die Wickelmaschine eingelegten neuen Hülsen 16 für die Wickelrollen 3 abgesenkt.
Die Druckwalze 5 unterstützt zunächst das Anwickeln der Bahnanfänge an die
neuen Hülsen 16 und
stellt anschließend
den gewünschten
Liniendruck an den Kontaktlinien zwischen den Tragwalzen 1, 2 und
den Wickelrollen 3 her. Der mit der Traverse 8 verbundene
Getriebemotor 10 bringt über die Ritzelwelle 11 die
Gegenkraft auf, um einerseits das Gewicht der Traverse und der daran
befestigten Objekte zu tragen und andererseits die vorgegebene Andrückkraft
der Druckwalze 5 auf die Wickelrolle 3 zu erzeugen.
Die vom Getriebemo tor 10 ausgeübte Gegenkraft kann geregelt
werden. Sie vergrößert sich,
während
die zu wickelnde Rolle 3 wächst. Eine Druckmeßdose 7 mißt die auf
die Druckwalze wirkenden Kräfte
und liefert Signale, mit denen der Antrieb 10 in der Weise
geregelt werden kann, daß eine
erwünschte
gleichmäßige Belastung erzeugt
wird. Dazu wird der bei zunehmendem Wickelrollendurchmesser abnehmende
Auflagedruck der Druckwalze 5 über die dem Gewicht des Druckwalzensystems
entgegenwirkenden elektrischen Antriebs-Einheiten 10 vom
Wickelrollendurchmesser abhängig
gesteuert oder geregelt
-
Durch
die zusätzliche
Beschichtung der Druckwalze 5 als Laufschicht verbessern
sich die Dämpfungseigenschaften
der Druckwalze 5, so daß Lärmemissionen und Vibrationen
vermindert werden.
-
Eine
weitere Ausführungsform
verwendet alternativ als Antrieb einen Linearmotor. Eine weitere Ausführungsform
verwendet alternativ zur Zahnstange eine Gewindestange und als Antrieb
einen entsprechenden Spindelmotor.