-
Die
Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung für bahnförmige Materialien, insbesondere
Kunststofffolien mit einer Wickelwalze und einer das bahnförmige Material
an die Wickelwalze andrückenden Kontaktwalze,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Insbesondere
bei der Kunststofffolienherstellung werden die üblicherweise in einer Reckanlage
in Quer- und Längsrichtung
gereckten Kunststofffolienbahnen letztlich auf einer Wickelwalze
aufgewickelt. Mit der Wickelwalze bzw. dem aufgewickelten Wickelballen
steht eine Kontaktwalze in Druckkontakt, die mit vorwählbarem
Druck die jeweils äußerste Folienlage
an den bisher aufgewickelten Wickelballen drückt.
-
Die
Lagerung bekannter Kontaktwalzen erfolgt üblicherweise an den beiden
Walzenenden. Entsprechend der Arbeitsbreite, der erforderlichen
Anpresskräfte
und der notwendigen Betriebsdrehzahl wird der Durchmesser der Kontaktwalze
derart gewählt,
dass die gewünschte
Steifigkeit erhalten wird und Durchbiegungen so weit wie möglich vermieden werden.
Bei Arbeitsbreiten von 8 bis 10 m beträgt der Durchmesser üblicher
Kontaktwalzen oft mehr als 600 mm.
-
Kontaktwalzen
mit großen
Durchmessern haben jedoch ein entsprechend hohes Gewicht, was sich
unter anderem nachteilig auf deren Dynamik auswirkt und die Reibung
in den Lagern erhöht.
Weiterhin vergrößert sich
bei großen
Durchmessern die durch die Hertz'sche
Pressung abgeplattete Kontaktfläche
zwischen der Kontaktwalze und dem Wickelballen, so dass nur ein
eingeschränkter
Druckaufbau am Wickelballen möglich
ist bzw. mit sehr hohen Anpresskräften gearbeitet werden muss.
Weiterhin ist die Anpresskraft der Kontaktwalzen mit großen Durchmessern über die
Arbeitsbreite wenig beeinflussbar und die Dämpfung nur an den Enden der Kontaktwalze
ausreichend möglich.
Große
Arbeitsbreiten haben den Nachteil, dass die Anpresskraft in der
Walzenmitte meist zu klein ist, um im mittleren Bereich Lufteinschlüsse zwischen
den einzelnen Wickellagen der Wickelwalze zuverlässig zu verhindern. Derartige
Lufteinschlüsse
führen
jedoch zu einem ungleichmäßigen Aufbau
des Wickelballens. Weiterhin tritt bei großen Arbeitsbreiten der Kontaktwalze
in der Walzenmitte häufig
ein unruhiger Lauf auf, so dass der Rundlauf beeinträchtigt ist
und die kritische Drehzahl relativ niedrig liegt. Es treten Probleme
mit dem gewünschten
Breithalteeffekt auf, da die Materialbahn über ihre Breite nicht gleichmäßig gezogen
wird, sondern im Mittenbereich straffer gespannt ist als in den
Randbereichen, so dass es hierdurch auch zu einem ungleichmäßigen Wickelballenaufbau
und unterschiedlicher Härte über die
Breite des Wickelballens kommt. Generell ist bei den bekannten Kontaktwalzen
die Informationsgewinnung über
die Wickelballengüte
nur eingeschränkt über die Walzenenden
der Kontaktwalze möglich.
-
Aus
der
DE 41 03 799 A1 ist
eine Wickelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der eine Hohlwalze über kolbenartige
Stützelemente
von innen her an einem sich durch die Hohlwalze hindurch erstreckenden,
undrehbaren Querhaupt abgestützt
ist. Die kolbenartigen Stützelemente
können
dabei einzeln mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass die Durchbiegung
der Kontaktwalze in Richtung auf die Wickelwalze steuerbar ist.
-
Aus
der
DE 198 05 412
A1 ist weiterhin ein Kontaktwalzensystem einer Wickelmaschine
mit mehreren, Stirnseite an Stirnseite nebeneinander frei drehbar
und senkrecht zu ihrer Drehachse bewegbar gelagerten Walzensegmenten
bekannt. Die einzelnen Walzensegmente sind dort an stirnseitig zu
den Walzensegmenten angeordneten, seitlichen Lagerplatten gelagert.
-
Der
Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Wickelvorrichtung
mit einer Kontaktwalze zu schaffen, die auf möglichst einfache Weise eine
verbesserte Wickelballengüte
insbesondere bei großen
Arbeitsbreiten und hohen Wickelgeschwindigkeiten ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung
ist mindestens eine Lagereinheit vorgesehen, die von außen auf
die Andrück-Umfangsfläche der Kontaktwalze
einwirkt und in mindestens zwei zueinander senkrecht verlaufenden
Richtun tungen verstellbar ist. Der Durchmesser der Kontaktwalze
beträgt
vorzugsweise maximal 550 mm, insbesondere maximal 400 mm, wenn ihre
Arbeitsbreite mehr als 8 m beträgt;
maximal 400 mm, insbesondere maximal 300 mm, wenn ihre Arbeitsbreite
zwischen 3 und 8 m beträgt;
und maximal 200 mm, wenn ihre Arbeitsbreite weniger als 3 m beträgt.
-
Im
Gegensatz zu vielen bekannten Kontaktwalzen, die bei großen Arbeitsbreiten
möglichst
steif und daher mit großen
Durchmessern ausgebildet werden, ist die erfindungsgemäße Kontaktwalze
relativ biegeweich ausgebildet und weist einen kleinen Durchmesser
auf. Dies wird durch die zusätzliche
Lagereinheiten ermöglicht,
die zwischen den Enden der Kontaktwalze auf deren Andrück-Umfangsfläche einwirken
und sie daher an diesen Stellen abstützen. Zweckmäßigerweise
sind mehrere derartige Lagereinheiten vorgesehen. Aufgrund der biegeweichen Ausbildung
der Kontaktwalze kann deren Biegelinie über ihre gesamte Arbeitsbreite
derart beeinflusst werden, dass eine optimale, gleichmäßige Druckverteilung über die
Arbeitsbreite der Kontaktwalze vorliegt und damit längs der
gesamten Arbeitsbreite ein definierter Anpressdruck auf die Wickelwalze
bzw. den Wickelballen aufgebracht wird. Insbesondere kann im Hinblick
auf den Breithalteeffekt die Biegelinie der Kontaktwalze gezielt
so beeinflusst werden, dass die Zugspannung auf die Materialbahn
in den Randbereichen und im mittleren Bereich gleichmäßig ist,
wodurch eine hohe Wickelballengüte
und gleiche Wickelballenhärte über die
gesamte Ballenbreite erreicht werden kann. Aufgrund des kleineren
Durchmessers und geringeren Gewichts der Kontaktwalze hat diese
ein verbessertes dynamisches Verhalten, so dass sie sich insbesondere
auch für
hohe Wickelgeschwindigkeiten eignet. Die Belastung der Lager ist
reduziert. Weiterhin ergibt der reduzierte Walzendurchmesser eine
kleinere Hertz'sche
Kontaktfläche zwischen
Kontaktwalze und Wickelballen, so dass bereits mit geringeren Kräften hohe
Anpressdrücke erreicht
werden können.
Die zusätzlichen
Lagereinheiten zwischen den Walzenenden ermöglichen, Daten für die Messung
der Wickelballengüte
und für
die adaptive Dämpfung
zu gewinnen. So ist es möglich, Schwingungen,
insbesondere auch aufgrund der Eigenresonanz der Kontaktwalze, zu
erkennen und die Dämpfung
entsprechend anzupassen. Weiterhin ist auch eine adaptive Dämpfung über die
gesamte Arbeitsbreite und nicht nur an den Walzenenden möglich. Die
Anzahl der Lagereinheiten zwischen den Wal zenenden ermöglichen
auch eine verbesserte Dämpfung
der Kontaktwalze im mittleren Bereich. Die zusätzliche Abstützung der
Kontaktwalze in der Walzenmitte bewirkt ferner einen verbesserten
Rundlauf in der Walzenmitte und eine erhebliche Anhebung der kritischen
Drehzahl. Die Belastung der Kontaktwalzenlager durch unrunden Lauf
wird erheblich vermindert.
-
Die
Anzahl der Lagereinheiten über
die Arbeitsbreite wird entsprechend dem notwendigen Anpressdruck,
der Biegelinie, der Drehzahl, der Dynamik, der Überlast etc. bestimmt. Weiterhin
können durch
Auswerten der Stellgrößen die
Wickelballenhärte,
Unrundheiten und die Walkarbeit abschnittsweise über die Arbeitsbreite erfasst
und beeinflusst werden. Hierbei wird die Walkarbeit der Kontaktwalze bzw.
des Wickelballens und die Abweichung von den theoretischen Stellgrößen von
Stellweg und Anpresskraft ausgewertet. Durchmesserunterschiede über die
Arbeitsbreite können
ebenso erfasst werden. Dadurch, dass die zwischen den endseitigen
Lagern angeordnete(n) zusätzliche
Lagereinheit(en) die Kontaktwalze an der Andrück-Umfangsfläche abstützt (abstützen), ergeben
sich auch keine Unterbrechungen in der Andrück-Umfangsfläche der
Kontaktwalze.
-
Die
Verstellbarkeit der Lagereinheiten) in mindestens zwei zueinander
senkrecht verlaufenden Richtungen soll bedeuten, dass die Lagereinheit
in horizontaler Richtung, d.h. in Richtung auf die Wickelwalze zu
oder von dieser weg, und in vertikaler Richtung, d.h. in einem Winkel
von 90° zur
horizontalen Richtung, verstellbar ist. Zusätzlich kann die Lagereinheit
auch in Axialrichtung der Kontaktwalze verstellbar sein.
-
Aufgrund
der vorerwähnten
Ausgestaltungsmöglichkeiten
und Vorteile eignet sich die erfindungsgemäße Kontaktwalze somit insbesondere
für große Arbeitsbreiten,
die beispielsweise 10 m und mehr betragen können, und für hohe Wickelgeschwindigkeiten.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform sind
Sensoreinrichtungen vorgesehen, welche Position, Weg, Kraft und/oder
Beschleunigung der Kontaktwalze über
die Lagereinheiten) erfassen. Ferner ist vorzugsweise eine Regelungseinrichtung
vorgesehen, welche die Verstellung der Lagereinheit (en) und damit
der Einstellung der Biegelinie und/oder Dämpfung der Kontaktwalze in
Abhängigkeit
der von den Sensoreinrichtungen erfassten Daten regelt. In diesem
Fall ist somit ein geschlossener Regelkreis zur anpresskraftoptimierten
Abstützung
der Kontaktwalze über
ihre gesamte Arbeitsbreite vorhanden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn längs
der Kontaktwalze eine Mehrzahl von Lagereinheiten, vorzugsweise
in regelmäßigen Abständen, angeordnet sind,
die unabhängig
voneinander in verschiedenen Richtungen verstellbar sind. Hierdurch
ergibt sich eine besonders gute Möglichkeit für die Messdatenerfassung und
für einen
optimierten Druckaufbau über
die gesamte Arbeitsbreite. Weiterhin kann die kritische Drehzahl
durch eine ausreichende Anzahl von Lagereinheiten abgefangen werden.
-
Vorteilhafterweise
ist die Kontaktwalze im Bereich zumindest einer Lagereinheit biegeweicher als
in den übrigen
Bereichen ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch eine dünnere Wandstärke der Kontaktwalze
oder durch ein weicheres Material im Bereich der Stützstellen bewirkt
werden. Weiterhin ist es auch möglich,
durch eine Änderung
der Faserstrukturen und -dichte und/oder durch eine Änderung des
Harzes, seiner Zusammensetzung, Dichte etc. eine gezielte Änderung
der Biegesteifigkeit bei entsprechend ausgebildeten Kontaktwalzen,
z.B. CFK Walzen, zu bewirken. Hierdurch ist auf eine besonders gute
Weise einerseits eine Erfassung des Zustands der Kontaktwalze und
andererseits die Beeinflussung dieses Zustands möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Lagereinheit aus einem
Luft- oder Magnetlager besteht. Hierdurch wird eine niedrige, konstante
Reibung des Lagersystems sichergestellt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform umfasst
die Lagereinheit ein die Kontaktwalze vertikal abstützendes
Vertikallagersegment und ein die Kontaktwalze horizontal abstützendes
Horizontallagersegment, das im oder am Vertikallagersegment verschiebbar
geführt
ist. Eine derartige Lagereinheit stellt somit ein Kombinationslager
für die
horizontale und vertikale Abstützung
der Kontaktwalze dar, bei der das Vertikallagersegment und das Horizontallagersegment
in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet sind. Beispielsweise
sind das Vertikallagersegment und das Horizontallagersegment kammartig
verschachtelt angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine größere Überdeckung
der Lagersegmente über
den Umfang der Kontaktwalze, beispielsweise über einen Umfang von 220-300°, die eine
besonders exakte Führung
der Kontaktwalze sowie eine verbesserte Auswertung und Beeinflussung
der Laufeigenschaften ermöglicht.
-
Vorzugsweise
ist ein parallel zur Kontaktwalze angeordneter Grundträger vorgesehen,
in oder an den das Vertikallagersegment vertikal bewegbar und in
horizontaler Richtung schwimmend gelagert ist. Die schwimmende Lagerung
trägt einerseits
zur Dämpfung
bei und stellt andererseits auch einen Sicherheitsfaktor dar, da
bei einer Laständerung,
beispielsweise durch Abriss, Leerlauf ohne Materialbahn, größere Zugschwankungen
etc. eine Selbsteinstellung ermöglicht
wird.
-
Eine
kompakte und relativ einfach zu realisierende Ausführungsform
ergibt sich, wenn das Horizontallagersegment kolbenartig ausgebildet
und von einem zwischen Grundträger
und Horizontallagersegment wirkenden horizontalen Aktuator in Richtung
Kontaktwalze verstellbar ist.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn einerseits zwischen Vertikallagersegment
und Grundträger
und andererseits auch zwischen Horizontallagersegment und Grundträger Sensoreinrichtungen
zur Erfassung von Lagerkräften,
Position und/oder Schwingungen des Vertikallagersegments und Horizontallagersegments
angeordnet sind.
-
Vorteilhafterweise
sind im mittleren Bereich der Kontaktwalze mehr Lagereinheiten angeordnet als
zu den Enden der Kontaktwalze hin. Hierdurch lässt sich der Anpressdruck der
Kontaktwalze an die Wickelwalze besonders im mittleren Bereich auf
besonders gute und schnelle Weise optimieren.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
zumindest ein Lagerschenkel schwenkbar am Haltearm des Vertikal lagersegments
angeordnet. Dies ermöglicht
ein Aufklappen des Lagerschenkels, wenn die Materialbahn bei einem
Störfall
in den Lagerspalt eingezogen wurde, und damit eine verbesserte Zugänglichkeit
der Kontaktwalze.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. In
diesen zeigen:
-
1:
eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung,
-
2:
eine vergrößerte Darstellung
des vorderen Teils der Wickelvorrichtung von 1,
-
3:
einen Vertikalschnitt durch die Wickelvorrichtung von 1,
-
4:
eine perspektivische Darstellung von drei Lagereinheiten und der
abgeschnitten dargestellten Kontaktwalze, und
-
5:
eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung.
-
Aus
den 1 und 2 ist eine Wickelwalze 1 ersichtlich,
auf der ein bahnförmiges
Material 2 (3) zu einem Wickelballen 3 aufgewickelt
wird. Parallel zur Wickelwalze 1 verläuft eine Kontaktwalze 4,
die während
des Aufwickelvorgangs in stetigem Druckkontakt mit dem Wickelballen 3 ist
und das ankommende bahnförmige
Material 2 an die jeweils äußerste Lage des Wickelballens 3 drückt. Die
Kontaktwalze 4 erstreckt sich mit konstantem Durchmesser über die
gesamte Länge
des Wickelballens 3 und dient dazu, dass das bahnförmige Material 2 möglichst
gleichmäßig aufgewickelt
wird.
-
Die
Wickelwalze 1 ist an ihren beiden Enden mittels nicht dargestellter,
endseitiger Lager drehbar gelagert.
-
Die
Kontaktwalze 4 ist an ihren beiden Enden ebenfalls über nicht
dargestellte, endseitige Lager drehbar gelagert. Zusätzlich zu
diesen endseitigen Lagern weist die Kontaktwalze 4 jedoch
auch eine Mehrzahl von Lagereinheiten 5 auf, die zwischen
den endseitigen Lagern in regelmäßigem Abstand
zueinander angeordnet sind und eine Stütz-, Andrück-, Dämpfungs- und Sensorfunktion
für die Kontaktwalze 4 haben.
Aufgrund dieser zusätzlichen Lagereinheiten 5 ist
es möglich,
die Kontaktwalze 4 auch bei großen Arbeitsbreiten mit relativ
kleinem Durchmesser und relativ biegeweich auszubilden, so dass
die Relativposition zum Wickelballen 3 und der Anpressdruck
durch individuelle Ansteuerung der einzelnen Lagereinheiten 5 segmentweise über die Arbeitsbreite
eingestellt werden kann. Beispielsweise beträgt bei einer Arbeitsbreite
von 10 m und vier zusätzlichen
Lagereinheiten 5 zwischen den endseitigen Lagern der Durchmesser
der Kontaktwalze 4 nur 150 mm bis 250 mm.
-
Die
Lagereinheiten 5 sind in einem gemeinsamen Grundträger 6 horizontal
und vertikal verschiebbar gelagert. Der Grundträger 6 erstreckt sich parallel
zur Wickelwalze 1 über
deren gesamte Arbeitsbreite. Weiterhin besteht der Grundträger 6 aus einem
kastenförmigen
Hohlprofil mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Auf seiner
der Wickelwalze 1 zugewandten Seite weist der Grundträ ger 6 Öffnungen
auf, durch die sich die Lagereinheiten 5 hindurch erstrecken.
-
Die
Lagereinheiten 5 bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus Luftlagern, können
jedoch auch aus Magnetlagern bestehen. Jede Lagereinheit 5 besteht,
wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich,
aus einem Vertikallagersegment 7, mit dem die Kontaktwalze 4 von
oben und unten, d.h. in vertikaler Richtung, abgestützt wird,
und einem Horizontallagersegment 8, das von der Seite des
Grundträgers 6 her
in horizontaler Richtung gegen die Kontaktwalze 4 und diese
damit gegen die Wickelwalze 1 bzw. den Wickelballen 3 drückt.
-
Jedes
Vertikallagersegment 7 besteht aus einem oberen Lagerschenkel 7a und
einem unteren Lagerschenkel 7b. Diese sind aus 4 näher ersichtlich,
wobei in dieser Figur die Kontaktwalze 4 abgeschnitten
dargestellt ist, um anhand der hinteren Lagereinheit 5 deren
Aufbau deutlicher erkennen zu können.
-
Der
obere Lagerschenkel 7a und der untere Lagerschenkel 7b sind
gleich ausgebildet, zueinander jedoch spiegelbildlich angeordnet.
Die Lagerschenkel 7a, 7b weisen jeweils einen
horizontal angeordneten Haltearm 9 in der Form einer ebenen, länglichen
Platte auf, die sich in den Grundträger 6 hinein erstreckt
und dort in einer später
noch näher
beschriebenen Art und Weise gelagert ist. Vom Haltearm 9 erstrecken
sich zwei durch eine mittige Längsnut 10 voneinander
getrennte Lagerfinger 11 über bzw. unter die Kontaktwalze 4.
Der der Kontaktwalze 4 zugewandte Endbereich der Lagerfinger 11 weist eine
konkave, im Querschnitt kreisbogenförmige Lagerfläche 12 auf,
deren Krümmung
an diejenige der Kontaktwalze 4 angepasst ist, so dass
sich ein konstanter Luftlagerspalt zwischen Lagerfläche 12 und Kontaktwalze 4 ergibt.
Im vorliegenden Fall erstrecken sich die beiden Lagerflächen 12,
der Lagerschenkel 7a, 7b um jeweils 85° in Umfangsrichtung der
Kontaktwalze 4, wobei die Mitte der Lagerflächen 12 oberhalb
bzw. unterhalb des Mittelpunkts der Kontaktwalze 4 liegt.
-
Die
Haltearme 9 sind mittels außenseitiger Lager 13 horizontal
schwimmend in einem Zwischenträger 14 gelagert.
Das Vertikallagersegment 7 kann sich damit, wie durch den
Doppelpfeil 15 angedeutet, in horizontaler Richtung bewegen,
ist jedoch in vertikaler Richtung im Zwischenträger 14 festgelegt.
-
Der
Zwischenträger 14 weist
an seiner Außenseite
vertikal vorragende Führungsstege 16 auf, die
in entsprechende, auf der Innenseite des Grundträgers 6 angeordnete
vertikale Führungsnuten 17 eingreifen.
Der Zwischenträger 14 ist
damit horizontal unverschiebbar, jedoch vertikal verschiebbar innerhalb
des Grundträgers 6 gelagert.
-
Die
Vertikalverschiebung des Zwischenträgers 14 und damit
des Vertikallagersegments 7 erfolgt mittels eines in 3 lediglich
schematisch eingezeichneten vertikalen Aktuators 18, bei
dem es sich um eine beliebig geeignete, beispielsweise mechanische,
hydraulische, elektromechanische, linearmotorische oder pneumatische
Hubeinrichtung handeln kann. Der vertikale Aktuator 18 ist
einerseits mit dem Grundträger 6 und
andererseits mit dem Zwischenträger 14 in
Wirkverbindung und kann eine Vertikalbewegung in Richtung des Doppelpfeils 19 ausführen.
-
Zweckmäßigerweise
sind, um eine Kippbewegung des Zwischenträgers 14 zu vermeiden,
sowohl an dessen oberer Seite als auch an dessen unterer Seite zwei
horizontal beabstandete Führungsstege 16 vorgesehen,
die in entsprechend angeordnete, horizontal beabstandete Führungsnuten 17 des Grundträgers 6 eingreifen.
-
Zwischen
dem oberen Lagerschenkel 7a und dem unteren Lagerschenkel 7b ist
ein Freiraum vorhanden, der zur Aufnahme des Horizontallagersegments 8 und
eines horizontalen Aktuators 20 dient, der einerseits am
Horizontallagersegment 8 und andererseits am Grundträger 6 angreift
und das Horizontallagersegment 8 in horizontaler Richtung,
d.h. in Richtung auf den Wickelballen 3, bzw. von diesem weg
bewegen kann. Dies ist durch den Doppelpfeil 21 veranschaulicht.
-
Beim
horizontalen Aktuator 20 kann es sich um eine Vorrichtung
handeln, die sowohl eine Grobverstellung als auch eine Feinverstellung
ermöglicht. Für die Grobverstellung,
d.h. für
eine Verstellung des Horizontallagersegments 8 im Bereich
von einem oder mehreren Millimetern kann eine elektromechanische
Vorrichtung in der Form eines kleinen Hubzylinders verwendet werden.
Für die
Feinverstellung im 1/10 Millimeter-Bereich, die insbesondere zur
Feinverstellung der Andrücklinie
und Dämpfung
durchgeführt
wird, wird dagegen eine hochdynamische Einrichtung 40 verwendet,
die beispielsweise mit Piezoelementen oder einem kleinen Linearmotor
arbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, den Anpressdruck des Horizontallagersegments 8 an
die Kontaktwalze 4 und damit denjenigen der Kontaktwalze 4 an
den Wickelballen 3 auf hochdynamische Weise zu regeln.
-
Das
Horizontallagersegment 8 besteht aus einem Lagerkopf 22 mit
einer konkav gekrümmten Lagerfläche, deren
Krümmungen
derjenigen der Kontaktwalze 4 entspricht und sich über einen
Winkelbereich von 75° mit
konstantem Abstand zur Kontaktwalze 4 über deren Umfang erstreckt.
Dieser konstante Abstand dient wiederum als Luftlagerspalt.
-
Vom
Lagerkopf 22 aus erstreckt sich ein mittiger Führungsschaft 23 in
horizontaler Richtung zum horizontalen Aktuator 20. Der
Führungsschaft 23 ist mittels
eines Lagers 24 in horizontaler Richtung bewegbar in einer
mittigen Führungsöffnung 25 gelagert,
die zwischen inneren Vorsprüngen 26 des
oberen und unteren Lagerschenkels 7a, 7b ausgebildet ist.
-
Wie
aus 4 ersichtlich, weist der Lagerkopf 22 eine
Breite auf, die nur etwas geringer ist als die Breite der Nut 10 zwischen
den Lagerfingern 11, so dass sich der Lagerkopf 22 mit
relativ geringem seitlichen Spiel in diese Nut 10 hineinbewegen
kann. Die Lagerfläche
des Lagerkopfs 22 befindet sich damit in unmittelbarer
Nachbarschaft der Lagerflächen 12 der
Lagerfinger 11. Der Lagerkopf 22 und die Lagerfinger 11 greifen
somit kammartig ineinander oder sind, anders ausgedrückt, kammartig
verschachtelt. Hierdurch ergibt sich eine relativ große Überdeckung der
Kontaktwalze 4 über
deren Umfang im Bereich einer bestimmten Lagerstelle, wobei lediglich
der dem Wickelballen 3 zugewandte Restbereich der Kontaktwalze 4 nicht überlagert
ist.
-
Zwischen
dem hinteren Ende des Vertikallagersegments 7 und dem Grundträger 6 sind
weiterhin Sensoreinrichtungen zur Erfassung von Kraft, Weg und Schwingungen
in vertikaler bzw. horizontaler Richtung vorgesehen. Eine weitere
derartige Sensoreinrichtung 29 kann auch in demjenigen
Bereich des Vertikallagersegments 7 angeordnet sein, der
sich außerhalb
des Grundträgers 6 befindet.
-
Eine
weitere Sensoreinrichtung 30 für die Erfassung der horizontalen
Kraft, Weg und Schwingungen ist zwischen dem hinteren Ende des horizontalen Aktuators 20 und
dem Grundträger 6 vorgesehen.
-
Wie
weiterhin aus den 1 bis 3 ersichtlich,
ist im Bereich zwischen Grundträger 6 und Wickelballen 3 ein
Blaskasten mit Luftleitblechen 31a, 31b vorgesehen,
die einen oberen und unteren Luftleitkanal 32a, 32b nach
außen
begrenzen. Die dem Wickelballen 3 zugewandten Enden 33a, 33b der
Luftleitbleche 31a, 31b enden nahe dem Einlauf- bzw.
Auslaufspalt zwischen der Kontaktwalze 4 und dem Wickelballen 3 mit
geringem Abstand zur Kontaktwalze 4. Beim Anlegen einer
neuen Materialbahn an die Wickelwalze 1 sowie beim Reißen einer
Materialbahn während
der Produktion wird im Luftleitkanal 32a ein Überdruck
erzeugt, so dass die im Bereich der Enden 33a, 33b der
Luftleitbleche 31a, 31b ausströmende Luft das bahnförmige Material 2 an
die Wickelwalze 1 drückt.
Während
der normalen Produktion wird dagegen im Luftleitkanal 32a ein
Unterdruck erzeugt, so dass das bahnförmige Material 2 zunächst an
die Kontaktwalze 4 gesaugt und sichergestellt wird, dass
das einlaufende bahnförmige
Material 2 von der Kontaktwalze 4 ordnungsgemäß auf die
jeweils äußerste Schicht
des Wickelballens 3 gedrückt wird. Im Bereich des unteren
Luftleitkanals 32b wird dagegen in der Regel immer ein Überdruck aufgebaut,
so dass durch die an der Kontaktwalze 4 entlangstreichende
Luft auch im Fall eines Abrisses sichergestellt wird, dass das bahnförmige Material 2 nicht
in den Luftspalt zwischen Vertikallagersegment 7 und Kontaktwalze 4 eingezogen
wird.
-
Aus 5 ist
ein Abschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung
ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform
ist der obere Lagerschenkel 7a des Vertikallagersegments 7 schwenkbar
am Haltearm 9 des Vertikallagersegments 7 befestigt.
Die Schwenkachse verläuft parallel
zur Achse der Kontaktwalze 4 und ist mit 34 bezeichnet.
Der Lagerschenkel 7a kann somit um die Schwenkachse 34 nach
oben geklappt werden, falls bei einem Störfall die Materialbahn in den
oberen Lagerspalt eingezogen wurde und aus diesem Spalt entfernt
werden muss. In der horizantalen Betriebstellung wird der Lagerschenkel 7a durch
Schrauben 35 fixiert, welche von oben durch den Lagerschenkel 7a hindurch
in den Haltearm 9 im Bereich des Vorsprungs 36 eingeschraubt
werden. Zwischen dem Kopf der Schraube 35 und dem Lagerschenkel 7a ist dabei
eine Feder 36 vorgesehen, wodurch der Lagerschenkel 7a federelastisch
nach unten gedrückt
wird. Kommt es zu einem Einzug der Materialbahn oder zum Wickeln
der Materialbahn auf der Kontaktwalze 4, kann auf diese
Weise der obere Lagerschenkel 7a federnd nach oben ausweichen.
-
Aus 5 ist
weiterhin schematisch ein mechanisches Backup-System ersichtlich,
das aus einer oberen Rolle 37, einer unteren Rolle 38 und
einer seitlichen Rolle 39 besteht. Diese Rollen 37-39 sind in
geeigneter Weise am Grundträger 6 oder
einer anderen Konsole der Wickelvorrichtung drehbar gelagert, wobei
ihre Drehachse parallel zur Drehachse der Wickelwalze 4 verlaufen.
Weiterhin befinden sich die Rollen 37-39 in unmittelbarer
Nachbarschaft der Kontaktwalze 4, wobei die Umfangsflächen der
Rollen 37-39 geringfügig in den Lagerspalt zwischen
den Lagerschenkeln 7a, 7b und der Kontaktwalze 4 bzw. in
den Lagerspalt zwischen dem Lagerkopf 22 und der Kontaktwalze 4 hineinragen,
ohne im normalen Betrieb die Kontaktwalze 4 zu berühren. Die
Rollen 37-39 dienen zur mechanischen Abstützung der
Kontaktwalze 4 entweder bei Druckausfall (pneumatische
Lagerung) oder Stillstand der Vorrichtung oder hilfsweise auch zur
Aufnahme einer beim Wickeln auf die Kontaktwalze 4 einwirkenden Überlast.
Bei Vorhandensein eines derartigen mechanischen Backup-Systems ist es somit
möglich,
die Luft- oder Magnetlager der Kontaktwalze 4 mit geringerer
Lastreserve auszulegen und daher kleinere Lager zu verwenden. Falls
das mechanische Backup-System auch die Überlast beim Wickeln aufnehmen
soll, läuft
es zweckmäßigerweise
mit der Walzengeschwindigkeit berührunglos mit, um Oberflächenbeschädigungen zu
vermeiden.
-
Weiterhin
ist es auch möglich,
eine Kontaktwalze 4, insbesondere aus Stahl, vorzusehen,
welche an mehreren Positionen über
die Arbeitsbreite durch kurze Gummiwalzen abgestützt wird. Diese können im
Prinzip gleich oder ähnlich
wie die aus 5 ersichtlichen Rollen 37-39 angeordnet
sein. Derartige Gummiwalzen haben auch einen positiven Einfluss
auf die Lebensdauer der Kontaktwalze 4.
-
Die
beschriebene Kontaktwalze weist somit folgende Merkmale und Vorzüge auf:
- – die
Kontaktwalze ist auch für
große
Arbeitsbreiten von 10 m und mehr mit hohen Wickelgeschwindigkeiten
geeignet, wobei der Durchmesser der Kontaktwalze sehr klein sein
kann, beispielsweise 150-250 mm
- – optimale
Druckverteilung im Kontaktbereich zwischen Kontaktwalze und Wickelballen
durch Verkleinerung der Hertz'schen
Kontaktfläche
und damit einhergehend Vergrößerung des
spezifischen Druckes
- – optimale
Druckverteilung über
die Arbeitsbreite der Kontaktwalze, so dass die Biegelinie gut über die
Arbeitsbreite beeinflussbar ist
- – die
Kontaktwalze kann ausreichend biegeweich sein, um Abweichungen zur
dedektieren
- – die
Lagerung der Kontaktwalze ist so ausgebildet, dass Messdaten horizontal,
vertikal und dynamisch erfasst werden können
- – adaptive
Dämpfer
können
nicht nur an den Walzenenden, sondern über die Arbeitsbreite zwischen
den Walzenenden angreifen
- – durch
Luft- oder Magnetlager kann eine niedrige und konstante Reibung
sichergestellt werden, was Voraussetzung für gleichmäßige niedrige Folienzüge des Systems
ist
- – die
geringe bewegte Masse der Kontaktwalze erleichtert die Messdatenerfassung,
vermindert die Schwingungsanregung und erleichtert Dämpfungsmaßnahmen
- – durch
den kleinen Durchmesser der Kontaktwalze ist ein optimierter Druckaufbau
zum Wickelballen möglich
- – erhöhte Systemsicherheit,
da
• die
kritische Drehzahl durch eine ausreichende Anzahl von Lagerungssegmenten
abgefangen werden kann
• die
schwimmende Lagerung eine Selbsteinstellung bei Laständerungen
(Abriss, Leerlauf ohne Folie, größere Zugschwankung
etc.) ermöglicht
• die vertikale
und horizontale Lagerung angefedert ausgebildet werden kann, so
dass die Kontaktwalze bei Überlast
auf ein mechanisches Back-up System absetzen kann
• durch das
Anlegen von Überdruck
an den Einziehspalten bei Abriss oder beim Anlegen verhindere werden
kann, dass die Folie in das Lagersystem eingezogen wird
- – es
ist ein Zusammenspiel mit einer vorgelagerten Zugmessung möglich, bei
der die Züge
in mehreren Abschnitten über
die Arbeitsbreite gemessen werden, da hierzu entsprechend an der Kontaktwalze
abschnittsweise der Zug und der Druck angepasst werden können
- – es
ist eine Beurteilung der Wickelballengüte möglich, da durch Auswerten der
Stellgrößen der segmentweisen
Lagerung die Wickelballenhärte segmentweise über die
Arbeitsbreite und auch die Unrundheit und der Durchmesserunterschied über die
Arbeitsbreite erfasst werden können
- – es
ist eine adaptive Dämpfung
möglich,
da durch Auswerten der Reaktionskräfte der Beschleunigungen und
der Stellgrößen der
einzelnen Lagerungssegmente die notwendigen Daten für die adaptive
Dämpfung
gewonnen werden können.
-
Alternativ
zu dem beschriebenen Luftlagersystem ist es auch ohne weiteres möglich, dass
die Lagereinheiten 5 aus Magnetlagern oder mechanischen
Lagern bestehen.