Lagerung für eine beidseitig mit Saugluft beaufschlagbare Vakuumwalze

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Lagerung für eine mit Unterdruck beaufschlagbare Vakuumwalze und insbesondere eine Lagerung für eine Vakuumwalze, die beidseitig mit Unterdruck beaufschlagbar ist.

II. Technischer Hintergrund

Bei einem Transport von flächigen Materialien, wie z.B. Zuschnitten bei der Herstellung von Briefhüllen, Etiketten oder ähnlichem werden häufig sogenannte Vakuumwalzen verwendet. Diese Walzen weisen in ihren Mantelflächen sog. Saugluftöffnungen oder Sauglöcher auf, die mit Unterdruck („Saugluft") beaufschlagt werden, wobei durch die auf diese Weise vermittelte Saugwirkung die zu transportierenden Produkte auf der Mantelfläche der Vakuumwalze gehalten werden.

Die Sauglöcher stehen hierbei mit innerhalb der Walze verlaufenden axialen Saugluftkanälen in Verbindung, wobei die Saugluftkanäle auf einer der Stirnseiten der Vakuumwalze münden. Eine selektive Beaufschlagung einzelner über den Umfang des Walzenkörpers verteilter Saugluftkanäle mit Unterdruck (und/oder gegebenenfalls mit Druckluft) erfolgt hierbei üblicherweise über eine sog. Steuerscheibe und/oder Steuerventile, wobei mit diesen Bauteilen zum einen eine Anpassung der Vakuumwalze an verschiedene Formateinstellungen und zum ande- ren eine unterschiedliche Beaufschlagung über verschiedene Winkelabschnitte der Rotation der Walze ermöglicht wird.

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So kann beispielsweise die Walze über einen ersten Winkelabschnitt ihrer Rotation mit Unterdruck/Saugluft beaufschlagt werden, um Produkte an der Mantelfläche des Walze zu halten, während über einen zweiten Winkelabschnitt der Rotation eine Beaufschlagung mit Druckluft erfolgt, um die Produkte von der Mantelflä- che abzulösen.

In diesem Sinn muss sich eine „Steuerscheibe" nicht scheibenartig über einen Winkelbereich von 360° erstrecken, falls die Beaufschlagung der Walze mit Saugluft/Druckluft nicht über den gesamten Umfang erfolgen soll, sondern kann auch nur segmentartig, beispielsweise in Hufeisenform, vorliegen.

Um die ortsfest über Pumpen oder ähnliches zugeführte Unterdruckbeaufschlagung an die rotierende Stirnfläche der Walze bzw. die auf dieser angeordneten Mündungen der Saugluftkanäle zu vermitteln, werden üblicherweise die Stirnflä- che und die ihr gegenüberstehenden, ortsfest angeordneten und den Unterdruck vermittelnden Bauteile über eine Spaltdichtung berührungslos abgedichtet.

In diesem Sinn sind die rotierende Stirnfläche und die ortsfest angeordneten Bauteile zwar voneinander beabstandet, so dass eine kontaktlose Rotation der Stirn- fläche ermöglicht wird, jedoch wird der Abstand so gering wie möglich gewählt, um den durch den entstehenden Spalt auftretenden Abfall an Unterdruck so klein wie möglich zu halten. Typische Breiten dieser auch als Saugspalt bezeichneten Spalten liegen im Bereich von einigen Hundertstel Millimetern.

Zur Herstellung und/oder Einstellung einer entsprechenden Spaltdichtung sind aus dem Stand der Technik verschiedenste Verfahren bekannt, vgl. z.B. DE 10 2004 044 803 A1 , so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.

Um eine möglichst konstante und reproduzierbare Funktionsweise der Vakuum- walze zu gewährleisten, muss sichergestellt sein, dass der Spalt zwischen der Stirnfläche der Walze und den der Stirnfläche gegenüberstehenden, ortsfest angeordneten und den Unterdruck vermittelnden Bauteile im Wesentlichen konstant bleibt.

Um dies zu erreichen, ist üblicherweise dasjenige Lager der Walze, in dem der der mit Unterdruck zu beaufschlagenden Stirnfläche zugeordnete Walzenzapfen gelagert ist (im folgenden als erstes Lager bezeichnet), bezüglich einer axialen Verschiebung der Walze als Festlager ausgebildet, d.h. die Walze kann in axialer Richtung nicht relativ zum Lager verschoben werden.

Da jedoch ggf. auftretende thermisch bedingte axiale Längenänderungen der Walze ausgeglichen werden müssen, ist die gesamte Lageranordnung der Vakuum- walze als Fest-Los-Lagerung ausgebildet, d.h. das dem ersten Lager gegenüberliegende zweite Lager, erlaubt eine axiale Verschiebung der Walze relativ zum Lager bzw. zum entsprechenden Lagergehäuse. Dies kann entweder durch ein Lager, in dem Außen- und Innenring zueinander verschiebbar sind, oder ein selbsthaltendes Lager mit einem Schiebesitz des punktbelasteten Ringes erfol- gen.

Die bislang verwendete einseitige Beaufschlagung der Vakuumwalze mit Unterdruck bringt jedoch bei manchen Anwendungen erhebliche Nachteile mit sich.

Aufgrund der stetig ansteigenden Taktzahlen, beispielsweise bei der Produktion von Etiketten oder Briefhüllen, ergeben sich immer höhere Rotationsgeschwindigkeiten von im Maschinentakt laufenden Vakuumwalzen. Dies führt dazu, dass der Unterdruck in den Saugluftkanälen in entsprechend kürzeren Zeiten auf- bzw. abgebaut werden muss. Auch wurden die Vakuumwalzen in ihrer axialen Ausdeh- nung aufgrund des technischen Fortschritts und entsprechend der Abmessungen der zu transportierenden Produkte in den vergangen Jahren immer länger.

Die beiden vorgenannten Punkte führen im Ergebnis dazu, dass bei einer einseitig erfolgenden Beaufschlagung der Vakuumwalze mit Unterdruck nicht mehr ge- währleistet ist, dass die axialen Saugluftkanäle über ihre gesamte axiale Erstreckung gleichmäßig mit Unterdruck beaufschlagt werden. Demzufolge können sich in axialer Richtung der Walze unterschiedliche Saugwirkungen ergeben.

Folglich wurde bereits in der Vergangenheit darüber nachgedacht, Vakuumwalzen beidseitig mit Unterdruck zu beaufschlagen, um eine gleichmäßige Saugwirkung über die gesamte axiale Abmessung der Vakuumwalze zu erreichen.

Aufgrund der oben beschriebenen Vermittlung des Unterdrucks von den ortsfest angeordneten Bauteilen an die auf der rotierenden Stirnfläche angeordneten Mündungen der Saugluftkanäle unter Verwendung einer Spaltdichtung einerseits und der notwendigen Loslagerfunktionalität des zweiten Lagers aufgrund thermischer Längenänderungen des Walzenkörpers andererseits, ergibt sich jedoch das Problem, dass am zweiten Lager keine konstante Breite des Saugspalts aufrechterhalten werden kann.

Somit kann es bei einer thermischen Ausdehnung des Walzenkörpers zu einem Kontakt der Dichtflächen und einem Festfressen der Dichtflächen kommen, falls die Spaltbreite nicht ausreichend hoch gewählt wird.

Im Stand der Technik wird dieses Problem gelöst, indem der Verschleiß der Dichtflächen durch die Verwendung einer Schleifdichtung in Kauf genommen wird. Dies hat den Nachteil, dass ein einmal durch Ausdehnung erfolgter Verschleiß der Dichtflächen nicht mehr korrigiert werden kann, so dass bei thermischen änderungen, die eine Verkürzung der Walzenlänge mit sich bringen, der Spalt eine unerwünscht hohe Breite aufweist, was zu einem erhöhten Abfall an Unterdruck beim übergang von ortsfesten an rotierende Bauteile und somit zu erhöhten Leistungsanforderungen an das Pumpsystem bzw. einer unbefriedigenden Saugwir- kung für die Produkte führen kann.

IM. Darstellung der Erfindung

a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung für eine beidseitig mit Saugluft beaufschlagbare Vakuumwalze zu schaffen, die auch bei thermisch bedingten änderungen der Länge der Walze sowohl eine ungehinderte Rotation der Walze, als auch eine konstante Unterdruckbeaufschlagung der in der Walze angeordneten Saugluftkanäle gewährleistet.

b) Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung zur Lagerung einer axial beidseitig mit Saugluft beaufschlagbaren Vakuumwalze in einem Gestell weist zwei Lager auf, die jeweils in einem Lagergehäuses angeordnet sind. Hierbei handelt es sich üblicherweise um herkömmliche Wälzlager handeln, die dem Fachmann im Zusam- menhang der Lagerung von Vakuumwalzen hinreichend bekannt sind.

Die zu lagernde Walze weist an ihren Enden jeweils einen Lagerzapfen auf, der von jeweils einem der beiden Lager aufgenommen wird. Erfindungsgemäß ist die Walze in beiden Lagern relativ zum jeweiligen Lager in axialer Richtung nicht- verschiebbar gelagert, so dass auf jeder Seite der Walze zwischen der den jeweiligen Zapfen radial umgebenden Stirnfläche der Walze und den der Stirnfläche gegenüberstehenden, ortsfest angeordneten und die Stirnfläche der Walze mit Saugluft beaufschlagenden Bauteilen ein im Wesentlichen konstanter Abstand gegeben ist. Die für eine Kompensation thermischer Ausdehnungen des Walzen- körpers notwendige Loslagerfunktionalität der Lagerung wird erfindungsgemäß erreicht, indem eines der beiden Lagergehäuse relativ zum Gestell, in dem die Walze gelagert wird, axial verschiebbar angeordnet ist.

In anderen Worten ausgedrückt sind beide Walzenzapfen in Bezug auf die jeweilige Stirnfläche der Walze mit einem Festlager versehen, während zwischen einem Lagergehäuse und dem Gestell ein Loslager verwirklicht wird.

Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die zwischen den rotierenden und ortsfesten Bauteilen zur Saugluftvermittlung an die Saugwalze bestehende Spaltdichtung von einer Längenänderung der Walze aufgrund thermischer Einflüsse weitestge- hend unabhängig ist, da der Abstand der Bauteile aufgrund der Festlagerfunktion konstant bleibt.

Lediglich thermisch bedingte Längenänderungen des zwischen dem Kontaktpunkt des Walzenzapfens im Lager und der Stirnfläche der Walze liegenden Abschnitts des Walzenzapfens können eine Auswirkung auf die Breite der Spaltdichtung haben. Jedoch ist diese Auswirkung ist im Vergleich zur Auswirkung einer Längen- ausdehnung des gesamten Walzenkörpers vernachlässigbar und kann bei einer Grundeinstellung der Breite der Spaltdichtung entsprechend mitberücksichtigt werden, so dass es im Betrieb nicht zu relevanten änderungen der Saugluftübertra- gungsleistung o. ä. kommt.

Vorteilhafterweise ist hierbei das relativ zum Gestell axial verschiebbare Lagergehäuse in radialer Richtung gegen das Gestell vorgespannt. Auf dieser Weise kann die erfindungsgemäße axiale Verschiebbarkeit des Lagergehäuses gegenüber dem Gestell durch das verbleibende Spiel in axialer Richtung erreicht werden, während gleichzeitig eine hinreichende radiale Festlegung des Lagergehäuses und somit des Lagers erfolgt.

Diese Vorspannung kann mit allen möglichen geeigneten Spannelementen erfolgen, wobei vorzugsweise aus Tellerfedern bestehende Federpakete verwendet werden, um das Lagergehäuse gegen das Gestell radial vorzuspannen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die radiale Vorspannung des Gehäuses gegen das Gestell in der Richtung, in der auch die Gewichtskraft der Walze auf das Lager und somit auf das Lagergehäuse sowie das Gestell wirkt, d.h. nach unten, um beide Effekte kombiniert ausnutzen zu können.

Um die erfindungsgemäße axiale Verschiebbarkeit des Lagergehäuses gegenüber dem Gestell selbst bei einer radialen Festlegung des Gehäuses, z.B. durch die oben beschriebene radialen Vorspannung, zu gewährleisten, kann vorzugsweise wenigstens eine der Kontaktflächen zwischen dem axial verschiebbaren Lagergehäuse und dem Gestell mit einem Haftkraft- und/oder Reibungskraftreduzierenden Element versehen sein.

üblicherweise wird es sich bei einer Vorspannung des Gehäuses gegen das Gestell in radialer Richtung hierbei um diejenige Kontaktfläche handeln, die durch die Vorspannung mit einer zusätzlichen Kraft belegt wird.

Als Haftkraft- und/oder Reibungskraftreduzierendes Element kann im einfachsten Fall ein Schmiermittel auf Fettbasis o. ä. verwendet werden. Denkbar wäre es jedoch auch, als Haftkraft- und/oder Reibungskraftreduzierendes Element die Kon- taktfläche als Wälzlager, Gleitlager o. ä. auszubilden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Steuerung der Saugluftbeaufschlagung der beiden Stirnflächen der Walze jeweils eine Steuerscheibe verwendet, die der jeweiligen Stirnfläche der Walze gegenüberstehend ortsfest an dem jeweiligen Lagergehäuse angeordnet ist.

Eine Anordnung der Steuerscheibe ortsfest an der der Stirnfläche der Walze jeweils gegenüberstehenden Fläche des Lagergehäuses hat den Vorteil, dass die Länge der Walze und somit der rotierenden Bauteile verringert werden kann, was die außen liegende Lagerung der Walze stabilisiert.

c) Ausführungsbeispiele

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren am Beispiel einer Vakuumwalze für eine Schneidstation in einer Maschine zur Herstellung von Briefhüllen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt, teilweise in Seitenansicht dargestellte übersicht der Schneidstation mit der erfindungsgemäß gelagerten Vakuumwalze; und

Fig. 2 einen Detailausschnitt des erfindungsgemäß gegenüber dem Gestell axial verschiebbaren Lagergehäuses der Schneidstation aus Figur 1.

Figur 1 zeigt eine sogenannte Schneidbrücke S, wie sie in einer Schneidstation bei -der Herstellung von Briefhüllen eingesetzt wird. Mit der Vakuumwalze 1 , die vorliegend als Messerwalze ausgebildet ist, d.h. auf ihrer Mantelfläche ein Schneidwerkzeug trägt, werden aus zugeführten Briefhüllenzuschnitten mittels der in einem Schneidspalt 2 gegen eine ortsfeste Schneidleiste 3 rotierenden Schneidwerkzeuge die Fensterausschnitte der Briefhüllen ausgeschnitten. Die ausgeschnittenen Fensterbereiche werden dann über Saugluft an der Mantelfläche der Walze 1 gehalten und über einen bestimmten Winkelabschnitt transportiert, bevor sie zur Abfallentsorgung nach unten in einen Trichter 4 abgegeben werden.

Die Walze 1 ist hierbei auf der in Figur 1 linken Seite mit ihrem Walzenzapfen 5a in einem ersten Lager 6a und auf der in Figur 1 rechten Seite mit ihrem Walzenzapfen 5b in einem zweiten Lager 6b gelagert. Bei den beiden Lagen 6a, 6b han- delt es sich jeweils um zweireihige Kugellager, die jeweils in einem Lagergehäuse 7a, 7b angeordnet sind.

Die beiden Lager 6a, 6b sind hierbei gegen die Lagergehäuse 7a, 7b verspannt, d.h. die Lager 6a, 6b und somit die Zapfen 5a, 5b können in axialer Richtung nicht relativ zu den Lagergehäusen 7a, 7b verschoben werden. In diesem Sinne sind die Lager 6a, 6b als Festlager in axialer Richtung ausgelegt.

Die beiden Lagergehäuse sind 7a, 7b sind vorliegend ringförmig ausgebildet und liegen jeweils in einer halbkreisförmigen Aussparung 10a, 10b des Gestells 11 der Schneidbrücke S.

Die Walze 1 weist hierbei die bei Vakuumwalzen üblichen (nicht dargestellten) im Walzenkörper von den Stirnflächen 8a, 8b der Walze 1 aus axial verlaufenden Saugluftkanäle auf, die mit (nicht dargestellten) Saugluftöffnungen in der Mantelfläche der Walze 1 in Verbindung stehen.

An beiden Enden der Walze 1 sind jeweils zwei Reihen von auf die einzelnen Saugluftkanäle wirkenden Steuerventilen angeordnet, die über entsprechende Nuten und Bohrungen N in der Mantelfläche der Walze 1 zugänglich sind.

Auf den der jeweiligen Stirnfläche 8a, 8b gegenüberstehenden Flächen der La- gergehäuse 7a, 7b ist jeweils eine Steuerscheibe 9a, 9b angeordnet, die mit Saugluft beaufschlagbare Innenbereiche aufweist, die den auf der jeweiligen Stirnfläche 8a, 8b mündenden Saugluftkanälen der Walze gegenüberstehend ausgebildet sind.

Die beiden Steuerscheiben 9a und 9b erstrecken sich bei der dargestellten Ausführungsform jeweils nicht über 360° sondern sind vielmehr segmentartig ausgebildet, wobei die in Figur 1 rechts angeordnete Steuerscheibe 9b einen kleineren Winkelbereich abdeckt, als die links angeordnete Steuerscheibe 9a.

Die vorliegend für die Saugluftvermittlung zwischen der rotierenden Walze und den ortsfest an den Lagergehäusen 7a, 7b angeordneten Steuerscheiben 9a, 9b benötigte Spaltdichtung wird durch den zwischen der jeweiligen Stirnfläche 8a, 8b

und der dieser entgegenstehenden Fläche der Steuerscheibe 9a, 9b vorliegenden Abstand A („Saugspalt") gebildet.

Dieser Abstand A ist aufgrund der Festlagerfunktion der Lager 6a, 6b bzgl. der Stirnseiten 8a, 8b der Walzen 1 im Wesentlichen unabhängig von thermisch bedingten Längenänderungen der Walze 1 und kann auf die üblichen Verfahren erzeugt bzw. eingestellt werden, um eine möglichst minimale Größe aufzuweisen.

In Fig. 2 ist das in Figur 1 links angeordnete Lager 6a detailliert dargestellt. Das Lager 6a erfüllt in der vorliegenden Ausführungsform die erfindungsgemäße Loslagerfunktion gegenüber dem Gestell 11 , d.h. das Lagergehäuse 7a ist relativ zum Gestell 11 axial verschiebbar, wie in Figur 2 durch den Pfeil V angedeutet ist.

Demgegenüber ist das in Figur 1 rechts angeordnete Lagergehäuse 7b nicht axial zum Gestell 11 verschiebbar angeordnet, sondern ist vielmehr axial gegenüber dem Gestell festgelegt, um eine reproduzierbare Axiallage der Walze 1 zu gewährleisten.

Um eine radiale Festlegung des axial verschiebbaren Lagergehäuses 7a zu ge- währleisten, ist das Lagergehäuse 7a mittels (nicht dargestellter) Tellerfedern in radialer Richtung mittels entsprechender radial wirkender Verschraubungen gegen das Gestell 11 vorgespannt.

Hierbei ist die Kontaktfläche 12 zwischen dem Lagergehäuse 7a und dem Gestell 11 mit Montagepaste 13 gefettet, um eine axiale Verschiebbarkeit des Gehäuses 7a trotz radialer Vorspannung zu gewährleisten.

BEZUGSZEICHENLISTE

S Schneidbrücke 1 Walze

2 Schneidspalt

3 Schneidleiste

4 Trichter

5a,b Walzenzapfen 6a, b Lager

7a,b Lagergehäuse

8a,b Stirnflächen von 1

9a,b Steuerscheiben

10a,b Aussparung in 11 1 1 Gestell

12 Kontaktfläche

13 Schmiermittel

A Saugspalt

V axiale Verschiebbarkeit von 7a N Nuten/Bohrungen in 1