Druckrollensystem für eine Wickelmaschine

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Druckroliensystem für eine Wickelmaschine zum Aufwickeln von Materialbahnen, insbesondere von durch Längsschnitte unterteilten Papier- oder Kartonbahnen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Wickelmaschine mit einem erfindungsgemäßen Druckrollensystem.

Stand der Technik

Zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen zu Wickelrollen sind Tragwalzen- Wickelmaschinen bekannt, die zwei angetriebene Tragwalzen aufweisen, auf denen die Wickelrollen beim Aufwickeln nebeneinander mit fluchtenden Hülsen aufliegen. Oberhalb des von den Tragwalzen gebildeten Walzenbetts ist ein Druckrollensystem angeordnet, das aus einer durchgehenden Druckrolle oder aus einzelnen Druckrollensegmenten besteht, die an einer horizontalen, vertikal bewegbaren

Traverse befestigt sind. Das Druckrollensystem 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 Linienlast aus dem Auflagegewicht der Wickelrollen noch nicht aus, daher wird mittels des Druckrollensystems eine zusätzliche Anpreßkraft aufgebracht, die beim steigenden Wickelrollengewicht während des Aufwickeins entsprechend gemindert wird.

Da beim Aufwickeln von durch Längsschnitt unterteilten Papier- oder Kartonbahnen Querprofilschwankungen in der Bahn zu unterschiedlichen Wickelrollendurchmessern verursachen, führt dies bei einer durchgehenden Druckrolle dazu, daß diese teilweise nicht auf Wickelrollen mit geringerem Durchmesser aufliegt. Um dieses Problem zu beheben, ist aus der WO 93/15009 ein gattungsgemäßes Druckrollensystem 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 Druckrollensystems 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 dieses an sich vorteilhafte System beim Aufwickeln von Bahnen mit über die Breite schwankender Dicke an seine Grenzen stößt. Da die Druckrollensegmente unabhängig vom Wickelrollendurchmesser mit gleichem Anpreßdruck gegen die Wickelrollen drücken, werden die Unterschiede im Durchmesser zwischen den Wicketrollen immer größer. Aufgrund des Umstands, daß alle Wickeirollen mit gleicher Bahngeschwindigkeit ( = Umfangsgeschwindigkeit der Tragwalze) angetrieben werden, resultiert aus einem unterschiedlichen Wickelrollendurchmesser auch eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit; d. h. Wickelrollen mit kleinerem Durchmesser werden schneller gedreht. Eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit zweier benachbarter Wickelrollen verursacht eine Reibung an den aneinanderliegenden Stirnseiten, die zu unerwünschten Effekten, wie Markierungen, Brandflecken und im Extremfall zu einem Rollenauswurf führen kann, wenn benachbarte Wickelrollen mit unterschiedlichem Durchmesser sich miteinander verhaken.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckrollensystem zu schaffen, das einerseits einen möglichst gleichmäßigen Anpreßdruck auf alle Wickelrollen gewährleistet, andererseits negative Effekte aufgrund zu großer Durchmesserunterschiede vermeidet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Nach der Erfindung weist jedes Rollensegment ein in seine vertikale Lagerung integriertes Element auf, das den Auflagedruck in Abhängigkeit von seinem Abstand von der Traverse beeinflußt. Der Auflagedruck wird entweder vermindert, wenn der Abstand von der Traverse steigt, oder er wird erhöht, wenn der Abstand sinkt. Dies führt dazu, daß einer wachsenden Differenz im Durchmesser zu dem mittleren Durchmesser der anderen Wickelrollen entgegengewirkt wird, indem entweder fester oder weniger fest gewickelt wird.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand zweier vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Figur 1 die Seitenansicht einer Tragwalzenwickelmaschine mit einem Druckrollensystem nach der Erfindung,

Figur 2 ausschnittsweise einen Querschnitt durch das Druckrollensystem,

Figur 3 ausschnittsweise einen Längsschnitt,

Figur 4 ausschnittsweise einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die in Figur 1 dargestellte Tragwalzen-Wickelmaschine weist zwei angetriebene Tragwalzen 1 ,2 auf, die ein Walzenbett bilden, in dem die Wickelrollen 3 beim Aufwickeln auf den Tragwalzen 1 , 2 aufliegen. Die Papier- oder Kartonbahn 4 wird von einer Längsschneideeinrichtung 5 in Einzelbahnen aufgeteilt, die anschließend

durch den Spalt zwischen den Tragwalzen 1 , 2 in das Walzenbett geführt werden, wo sie auf fluchtend aufgereihte Hülsen gewickelt werden. Die Wickelmaschine weist weiter die bekannten Elemente zum Entfernen voller Wickelrollen 3 und zum Einlegen neuer Hülsen auf (Ausstoßbalken 6, Wickelrollenabsenktisch 7).

Oberhalb des Walzenbetts ist im Gestell der Wickelmaschine ein Druckrollensystem 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 Druckrollensystem besteht aus einer horizontal, quer zur Bahnlaufrichtung verlaufenden Traverse 8, die vertikal beweglich gelagert ist. An der Unterseite der Traverse 8 ist eine Reihe von mit zur Traverse 8 parallelen Achsen dicht nebeneinander angeordneten Rollensegmenten 9 befestigt, die beim Absenken der Traverse 8 sich auf die Wickelrollen 3 auflegen. Bei einer Arbeitsbreite der Maschine von ca. 8 m beträgt die axiale Länge eines Segments ca. 100 mm, sein Durchmesser ca. 260 mm. Mittels einer an jeder Seite der Maschine angeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 10 kann die Traverse 8 mit den Rollensegmenten 9 nach oben bis in eine Ruheposition bewegt werden. Gleichzeitig kann mit den Kolben-Zylinder- Einheiten 10 der Auflagedruck der Rollensegmente 9 auf den Wickelrollen 3 durch Entlastung des Gewichts durch Druck von unten eingestellt werden.

Der Aufbau zweier Ausführungsformen eines Druckrollensystems nach der Erfindung ist in den Figuren 2, 3 und 4 detaillierter dargestellt:

Bei allen Ausführungsformen ist die Traverse 8 als Hohlprofil ausgebildet, das an seiner Unterseite über seine Länge < — Arbeitsbreite der Maschine) eine Reihe von Öffnungen aufweist, durch die jeweils eine Befestigungsstange 1 1 nach außen geführt ist, an deren unteren Ende eine Lagerschale 12 für ein Rollensegment 9 befestigt ist. In jeder der nach unten offenen Lagerschalen 1 2 ist ein Rollensegment 9 frei drehbar gelagert.

Bevorzugt besteht jedes Rollensegment 9 aus einem hohlzylinderförmigen Tragkörper aus einem festen Material, insbesondere aus Stahl, auf dessen äußere Mantelfläche

eine begrenzt verformbare Schicht 28 aus einem zelligen Kunststoffmaterial mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten Poren aufgebracht ist. Das aus einem zelligen Elastomer, insbesondere Polyurethan bestehende Kunststoffmaterial weist ein Kompressionsmodul K 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 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/m ³ und 700 kg/m ³ . Die Dicke der aus ihm gebildeten Schicht 28 beträgt 8 mm - 40 mm, vorzugsweise 10 mm - 20 mm, im Beispiel ca. 1 5 mm. Eine kompressible Schicht 28 mit den vorstehenden Merkmalen hat sich als besonders geeignet gezeigt, den erforderlichen Anpreßdruck ohne Markierungen auf den

Wickelrollen 3 bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, z. B. Profilschwankungen in der Bahn 4, aufzubringen.

Auf die äußere Mantelfläche des Tragkörpers kann anstelle einer Schicht 28 aus einem in sich kompressiblen Material auch ein Belag aus einem gummielastischem Material aufgebracht werden. Dann wird ein Material mit einer Härte von 60 - 90 Shore A verwendet, in dessen äußere Laufschicht umlaufende, in sich geschlossene, also konzentrisch verlaufende Nuten eingearbeitet sind, damit eine weichere Lauffläche entsteht und die Luft ausweichen kann. Die Stege zwischen den 1 ,5 bis 2 mm breiten und ca. 2 mm tiefen Nuten weisen dazu eine Breite von maximal 3 mm auf. Die Dicke der Schicht aus dem gummiähnlichen Material beträgt ebenfalls 8 mm bis 40 mm, vorzugsweise 10 mm bis 20 mm.

Außerhalb (Figur 2, 3) oder innerhalb (Figur 4) der Traverse 8 ist jede Befestigungsstange 1 1 für ein Rollensegment 9 in einer vertikalen, verdrehsicheren Linearführung 13 geführt, die jeweils an der Traverse 8 befestigt ist: Bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 sind die Linearführungen 13 an der Unterseite der Traverse 8 befestigt, bei der Ausführungsform nach Figur 4 innerhalb des Hohlprofils an einer Längswand. Die Linearführung 13 enthält bevorzugt ein unter

Vorspannung montiertes Kugellager, damit ihre beiden Teile spielfrei relativ zueinander vertikal bewegbar gelagert sind. Das obere Ende jeder Befestigungsstange 1 1 ist innerhalb der Traverse 8 an einer dort senkrecht angeordneten, doppelt wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit befestigt. Die Kolben-Zylinder-Einheiten sind doppelt wirkende Membranzylinder, bei denen jeweils die eine Kammer 16 mit einer Flüssigkeit, z. B. Hydrauiiköl, gefüllt ist, also mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar ist. Die mit Flüssigkeit gefüllten Kammern 16 aller Zylinder 14 sind in einem geschlossenen System über Leitungen 17 miteinander verbunden, so daß in jeder Kammer 16 immer derselbe Flüssigkeitsdruck herrscht. An das geschlossene Leitungssystem 17 ist ein Ausgleichsbehälter 18 über ein Ventil 19 angeschlossen, in den beim Öffnen des Ventils 19 Flüssigkeit aus dem geschlossenen System abfließen kann. Der Flüssigkeitsdruck in den Kammern 16 stützt somit die Rollensegmente 9 beim Aufliegen auf den Wickelrollen 3 gegen die Traverse 8 ab. Er überträgt das (von den Kolben-Zylinder-Einheiten 10 im gewünschten Maße geminderte) Auflagegewicht des Druckrollensystems und erzeugt so den gewünschten Auflagedruck der Segmente 9 auf den Wickelrollen 3, wobei alle Segmente 9 solange mit demselben Auflagedruck aufliegen bis das nachfolgend beschriebene Korrektursystem eingreift.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 sind die Kolben 15 der Kolben- Zylinder-Einheiten jeweils mit ihrem Ende feststehend an der oberen Wand der Traverse 8 festgeschraubt. Jeder Zylinder 14 einer Einheit ist begrenzt vertikal beweglich gelagert, damit sich der Abstand eines Rollensegments 9 von der Traverse 8 individuell einstellen kann.

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist jeder Zylinder 14 einer Einheit mit seinem oberen Ende an dem waagerechten Schenkel eines Winkeleisens 25 festgeschraubt, dessen anderer Schenkel an der Innenseite der Längswand der Traverse 8 festgeschraubt ist. Bei dieser Ausführungsform stellt der bewegliche Kolben die Befestigungsstange 1 1 dar, an dem ein Rollensegment 9 befestigt ist. Die Linearführung 13 befindet sich an der Innenseite des Winkeleisens 25. An ihrem beweglichen Teil 26 ist der Halter 27 für die Lagerschale 12 eines Rollensegments 9 befestigt, um eine vertikale, verdrehsichere Linearbewegung zu gewährleisten.

Das Korrektursystem besteht aus in die Lagerung für die vertikale Bewegung jedes Rollensegments 9 an der Traverse 8 integrierten Elementen, die so wirken, daß entweder bei sinkendem Abstand eines Segments 9 von der Traverse 8 der Auflagedruck auf den Wickelrollen 3 durch eine abstandsabhängig steigende Zusatzkraft erhöht wird, oder bei steigendem Abstand der Auflagedruck durch eine abstandsabhängig steigende Gegenkraft vermindert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 besteht das Korrektursystem aus Druckfedern 20, die jeweils zwischen den Zylindern 14 und der oberen Wand der Traverse 8 die Kolbenstange 15 in diesem Bereich umlaufend angeordnet sind. Jede Druckfeder 20 wirkt so einer Bewegung des zugehörigen Segments 9 zur Traverse 8 hin mit wegabhängig steigender Kraft entgegen. Dies wirkt zu großen Durchmesser¬ unterschieden in den Wickelrollen 3 aus folgenden Gründen entgegen:

Aufgrund des geschlossenen Hydrauliksystems der Kammern 14 führt ein relatives Anwachsen eines Wickelrollendurchmessers (z. B. aufgrund einer Querprofil¬ schwankung der Bahn 4) zu einer relativen Bewegung der aufliegenden Rollensegmente 9 zur Traverse 8 hin. Dieser Bewegung wirkt die Druckfeder 20 mit steigender Kraft entgegen, d. h. zusätzlich zum - für alle Segmente 9 gleichen - Hydraulikdruck beeinflußt bei diesen nach oben gedrückten Segmenten 9 auch die Federkraft der Druckfedern 20 den Auflagedruck auf der Wickelrolle 3 erhöhend. In Abhängigkeit von der Durchmesserdifferenz wird aufgrund des erhöhten Auflagedrucks fester gewickelt und so einer weiteren Vergrößerung der Durchmesserdifferenz entgegengewirkt. Die Größe der entgegenwirkenden Kraft pro Auslenkungsweg läßt sich durch Wahl der Federkonstanten so einstellen, daß die

Korrektur erst bei sich negativ auswirkenden Durchmesserdifferenzen eingreift, um im Bereich akzeptabler Differenzen mit gleichmäßigem Auflagedruck eine gleichmäßige Wickelhärte zu erzielen.

Alternativ ist es auch möglich, die Feder 20 an beiden Enden an der oberen Wand der Traverse 8 und an dem Zylinder 14 zu befestigen, so daß sie als Zugfeder einer Bewegung des zugehörigen Segments 9 mit wegabhängig steigender Kraft entgegen wirkt. Die führt dazu, daß Wickelrollen 3 mit relativ geringerem Durchmesser weicher gewickelt werden, also ihr Durchmesser relativ steigt. Auch dies wirkt einer

unerwünscht großen Differenz zwischen den Durchmessern zweier benachbarter Wickelrollen 3 entgegen.

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist die Druckfeder 20 zwischen dem waagerechten Schenkel des Winkeleisens 25 und dem beweglichen Teil 26 der Linearführung 13 angeordnet und wirkt so einer relativen Bewegung der Rollensegmente 9 zur Traverse 8 hin mit steigender Kraft entgegen.

Befindet sich ein Rollensegment 9 - wie in Figur 2 für das rechte Segment dargestellt - oberhalb eines Längsschnitts, also im Bereich zweier Wickelrollen 3, so muß es für das Wickeln dieser Formate durch Anheben inaktiviert werden. Gleiches gilt für Segmente 9, die sich beim Verarbeiten von schmaleren Bahnen 4 außerhalb der Bahnbreite befinden. Bei den doppelt wirkend ausgebildeten Kolben-Zylinder-Einheiten nach den Ausführungsbeispielen läßt sich die nicht mit Flüssigkeit beaufschlagte zweite Kammer 21 vorteilhaft benutzen, um die inaktivierende Anhebebewegung eines Segments 9 auszuführen.

Jede zweite Kammer 21 eines Zylinders 14 ist an eine eigene Druckleitung 22 mit einem Ventil 23 angeschlossen, über das ein Druckmedium, bevorzugt Druckluft, aus einer gemeinsamen Quelle 24 zugeführt und zugleich der Druck aus der Kammer 21 abgelassen werden kann. Ein Druckanstieg in der Kammer 21 führt zu einem Anheben des Segments 9, sofern der hydraulische Druck in der anderen Kammer 16 geringer ist.

Die Verwendung von doppelt wirkend ausgebildeten Kolben-Zylinder-Einheiten ermöglicht es, die Korrekturfunktion anstelle mit Federn 20 durch eine entsprechende Steuerung des pneumatischen Drucks in den Kammern 21 durchzuführen. Bei dieser alternativen, nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsform, enthält das Druckrollensystem eine Steuereinrichtung, die den pneumatischen Gegendruck in den Kammern 21 wegabhängig steuert. Für jedes Rollensegment 9 wird der Gegendruck in der zugehörigen Kammer 21 wegabhängig so gesteuert, daß bei einem sinkenden Abstand des Rollensegments 9 von der Traverse 8 der Gegendruck vermindert wird, um den Auflagedruck der Rollensegmente 9 zu erhöhen, oder bei steigendem Abstand durch Erhöhung des Gegendrucks der Auftagedruck der Rollensegmente 9

wegabhängig vermindert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 mit einer unteren pneumatischen Kammer 21 würde bei einer Relativbewegung der Rollensegmente 9 nach unten - also bei einem steigenden Abstand der Segmente 9 von der Traverse 8 - der nach oben wirkende pneumatische Druck in der Kammer 21 erhöht, um den Auflagedruck der Segmente 9 zu verringern.

Die Einstellung des Systems, einschließlich der Aktivierung der gewünschten Segmente 9 wird zu Beginn der Aufwicklung wie folgt durchgeführt:

Zunächst wird bei geöffneten Ventil 19, also bei zum Ausgleichsbehälter 18 offenem Hydrauliksystem, jeder Zylinder 14 durch Zufuhr von Druckluft in die Kammer 21 gegen den Druck der Feder 20 ganz nach oben bewegt, so daß sich alle Segmente 9 in der oberen, inaktiven Position befinden.

Anschließend werden die Ventile 19 der zu aktivierenden Segmente 9 geöffnet. Deren Kammern 16 werden mit Hydraulikflüssigkeit soweit gefüllt, daß sich die Segmente 9 in eine mittleren Arbeitsposition des Verstellweges absenken. Danach werden die Ventile 19 geschlossen. Anschließend wird die Traverse 8 mit den Segmenten 9 auf die inzwischen in die Wickelmaschine eingelegten neuen Hülsen für die Wickelrollen 3 abgesenkt. Die Segmente 9 unterstützen zunächst das Anwickeln der Bahnanfänge an die neuen Hülsen und stellen anschließend den gewünschten Liniendruck an den Kontaktlinien zwischen den Tragwalzen 1 , 2 und den Wickelrollen 3 her.

Der dazu erforderliche, bei zunehmendem Wickelrollendurchmesser abnehmende Auflagedruck wird über die seitlichen, dem Gewicht des Druckrollensystems entgegenwirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten 10 vom Wickelrollendurchmesser abhängig gesteuert.