Es ist bekannt Papier-, Textil-, Kunststoff- oder andere Stoffbahnen auf eine Rolle aufzuwickeln, und sie danach durch Abwickeln der Rolle einem weiteren Verarbeitungsprozess wie einer Druck-, Schneid- oder Abpackvorrichtung zuzuführen.

Eine zentrale Funktion während dem Aufwickeln einer Rolle ist die Erzeugung einer Zugkraft auf die Bahn. Die Aufwickelqualität und damit verbunden die Abwickeleigenschaft der Rolle wird stark beeinflusst durch den vorhandenen Bahnzug während des Aufwickelvorganges.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Aufwickelvorrichtung für Papier-, Textil-, Kunststoff oder andere Stoffbahnen vorzuschlagen, welche vorteilhaftere Aufwickeleigenschaften aufweist, beziehungsweise eine auf die Bahn wirkende Zugspannung vorteilhafter zu erzeugen erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Aufwickelvorrichtung aufweisend die Merkmale von Anspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 7 beziehen sich auf weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Aufwickel'vorrichtung. Die Aufgabe wird

weiter gelöst mit einem Verfahren zum Aufwickeln von Bahnen aufweisend die Merkmale von Anspruch 8. Die Unteransprüche 9 bis 13 beziehen sich auf weitere, vorteilhafte Verfahrensschritte.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst mit einer Aufwickelvorrichtung für eine Papier-, Textil- Kunststoff- oder andere Stoffbahn, welche eine Rollenantriebsvorrichtung zum Antreiben einer Rolle umfasst, um die Bahn in einer Zulaufrichtung zu fördern und auf die Rolle aufzuwickeln, sowie eine in Zulaufrichtung vor der Rolle angeordnete Bahnzugwalze, um eine der Zulaufrichtung entgegengesetzt wirkende Spannung auf die Bahn zu erzeugen, wobei die Bahnzugwalze an eine Antriebsvorrichtung gekoppelt ist, die Antriebsvorrichtung ein selbsthemmendes Getriebe sowie einen Antrieb umfasst, und das selbsthemmende Getriebe wirkungsmässig zwischen dem Antrieb und der Bahnzugwalze angeordnet ist.

Die wirkungsmässige Anordnung des selbsthemmenden Getriebes zwischen der Bahnzugwalze und dem Antrieb weist den Vorteil auf, dass durch eine entsprechend angesteuerte Drehzahl des Antriebs der Bahnzugwalze über das selbsthemmende Getriebe Bremsenergie entzogen werden kann, wobei die entzogene Bremsenergie über das Gehäuse des selbsthemmenden Getriebes abgeleitet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Antriebsvorrichtung eine wirkungsmässig zwischen der Bahnzugrolle und dem Antrieb angeordnete Kupplung.

Die Aufgabe wird insbesondere weiter gelöst mit einer Aufwickelvorrichtung für eine Papier-, Textil- Kunststoff- oder andere Stoffbahn, welche eine Rollenantriebsvorrichtung zum Antreiben einer Rolle umfasst, um die Bahn in einer Zulauf richtung zu fördern und auf die Rolle aufzuwickeln, sowie eine in

Zulaufrichtung vor der Rolle angeordnete Bahnzugwalze, um eine der Zulaufrichtung entgegengesetzt wirkende Spannung auf die Bahn zu erzeugen, wobei die Bahnzugwalze an eine Antriebsvorrichtung gekoppelt ist und die Antriebsvorrichtung ein Kupplung sowie einen Antrieb umfasst, sodass die Kupplung wirkungsmässig zwischen dem Antrieb und der Bahnzugwalze angeordnet ist, und die Kupplung einen Schlupf zwischen dem Antrieb und der Bahnzugwalze erlaubt.

Zwischen der Bahnzugwalze und der geförderten Bahn darf keine Reibung beziehungsweise kein Schlupf auftreten, um die beispielsweise aus Papier bestehende Bahn oder deren Aufdruck nicht zu beschädigen.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Aufwickelvorrichtung ist darin zu sehen, dass selbst bei stillstehender Papierbahn eine Zugkraft auf diese erzeugbar ist. Die Antriebsvorrichtung bewirkt eine entgegengesetzt der Förderrichtung wirkendes Drehmoment auf die Bahnzugwalze, wobei die zwischen dem Antrieb und der Bahnzugwalze angeordnete Kupplung mit Schlupf betrieben wird und dabei die Drehzahl des Antriebs und/oder der Schlupf der Kupplung derart gesteuert wird, dass die Bahnzugwalze still steht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der auf die Bahnzugwalze wirkende Antrieb als ansteuerbarer, drehzahlvariabler Motor ausgestaltet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplung zum Beispiel magnetisch oder pneumatisch ansteuerbare Mittel auf, um das maximal übertragbare Drehmoment anzusteuern, so dass der Schlupf mit Hilfe einer Regelvorrichtung steuerbar ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Antrieb und der.Kupplung das selbsthemmende

Gebtriebe angeordnet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, dass das selbsthemmende Getriebe unter anderem dazu dient, die der Bahnzugwalze entzogene Bremsenergie über das selbsthemmende Getriebe an ein feststehendes Gehäuse abzuleiten. Dabei wird die Drehzahl des Antriebs vorteilhafterweise derart gesteuert, dass die Kupplung einen relativ geringen Schlupf von beispeilsweise 5% bis 10% aufweist, so dass in der Kupplung einerseits eine relativ kleine Reibungswärme erzeugt wird, und daher die Kupplung andererseits auch relativ klein dimensionierbar ist. Da das selbsthemmende Getriebe einen Grossteil der Bremsenergie dem Gehäuse zuleitet genügt ein Antriebsmotor mit einer kleiner Leistung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Antriebsmotor als ein kleiner, mit einem Stromsteller drehzahlgesteuert ansteuerbaren Asynchronmotor ausgestaltet. Ein Stromsteller wird auch als ein Frequenzumrichter bezeichnet.

Der Antriebsmotor wird beispielsweise derart drehzahlgesteuert angetrieben, dass die Kupplung ständig einen Schlupf von 5 aufweist, wobei der Antriebsmotor bei höheren Bahngeschwindigkeiten in Mitrichtung der Bahnbewegung wirkt, und der Antriebsmotor bei sehr tiefen Bahngeschwindigkeiten, insbesondere bei Stillstand der Bahn, in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird, so dass auch bei stillstehender Bahn über die Bahnzugwalze eine Zugkraft auf die Bahn bewirkt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das selbsthemmende Getriebe als ein Schneckenradgetriebe ausgestaltet.

Die Rolle, auf welche die Papierbahn aufgewickelt wird, kann im Zentrum oder an deren Peripherie angetrieben sein.

Die Erfindung wird an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele im Detail erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aufwickelvorrichtung; Fig. la eine Detailansicht einer Kupplung; Fig. 2 eine Seitenansicht einer weiteren Aufwickelvorrichtung; Fig. 3 eine Aufsicht auf die Aufwickelvorrichtung gemäss Fig. 2; Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Kupplung; Fig. 5a,5b eine Schnittansicht eines selbsthemmenden Getriebes.

Die schematisch dargestellte Aufwickelvorrichtung 1 gemäss Fig. 1 dient zum Aufwickeln einer Papierbahn 2 auf eine Rolle 3. Die auf einer Wickelwelle 4 gelagerte Rolle 3 ist von einer Rollenantriebsvorrichtung 5 angetrieben, so dass die Bahn 2 in einer Zulaufsrichtung Z bewegt wird. Die Rollenantriebsvorrichtung 5 umfasst einen Motor 6, welcher einerseits über einen Zahnriemen 7 mit der Wickelwelle 4 verbunden ist um diese anzutreiben, und andererseits über eine elektrische Leitung 8 mit einem Frequenzumformer 9.

Der Motor 6 ist als ein AC-Motor ausgestaltet und der Frequenzumformer 9 umfasst eine zur Erzeugung eines Drehfeldes zur Ansteuerung des AC-Motors 6 geeignete Leistungselektronik. Der Motor 6 ist über einen weiteren Zahnriemen 10 mit einem Sensor 11 zur Messung der Motorendrehzahl D verbunden. Der Sensor 11 könnte auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, zum Beispiel innerhalb des Motors 6 oder bei der Wickelwelle 4, um die Drehzahl zu messen. Eine Bahnzugwalze 12 ist der Rolle 3

in Zulaufsrichtung Z vorgelagert, wobei die beiden Umlenkrollen 13,14 derart bezüglich der Bahnzugwalze 12 angeordnet sind, dass die Bahn 2 über einem Teilabschnitt des Umfangs der Bahnzugwalze 12 auf dieser aufliegt. Die Bahnzugwalze 12 dient dazu, auf den der Bahnzugwalze 12 nachfolgenden Abschnitt der Bahn 2 eine entgegen der Zulaufrichtung Z wirkende Bahnspannung zu erzeugen. Die Bahnzugwalze 12 ist derart ausgelegt und wird derart betrieben, dass der auf der Bahnzugwalze 12 aufliegende Teilabschnitt der Bahn 2 schlupffrei der Bewegung der Bahnzugwalze 12 folgt. Dadurch wird eine Reibung bzw. eine gegenseitige Relativbewegung zwischen der Bahnzugwalze 12 und der Papierbahn 2 verhindert, welche sonst die Papierbahn 2 oder einen Papieraufdruck beschädigen könnte.

Die Bahnzugwalze 12 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine gummierte Oberfläche auf. Die maximal erzeugbare Bahnspannung ist unter anderem abhängig vom Umschlingungswinkel der Bahn 2 um die Bahnzugwalze 12, so dass mit einem grossen Umschlingungswinkel eine entsprechend grosse, maximale Bahnzugspannung erzeugbar ist, wobei immer die Bedingung zu erfüllen ist, dass zwischen der Bahnzugwalze 12 und der Papierbahn 2 kein Schlupf beziehungsweise kein Gleiten auftritt. Die Drehzahl der Bahnzugwalze 12 wird somit durch die Bahngeschwindigkeit vz der Bahn 2 bestimmt. Über eine auf die Bahnzugwalze 12 wirkende Antriebsvorrichtung 15 wird ein entgegen der Zulaufrichtung Z wirkendes Drehmoment auf die Bahnzugwalze 12 bewirkt, wobei das maximale Drehmoment durch die Forderung bestimmt wird, dass zwischen der Papierbahn 2 und der Bahnzugwalze 12 kein Schlupf auftreten darf. Die Antriebsvorrichtung 15 umfasst einen über einen Frequenzumformer 16 ansteuerbaren, drehzahlvariablen Motor 17, welcher wiederum als ein AC- Motor ausgestaltet ist. Die Welle des Motors 17 ist über ein selbsthemmendes Getriebe 18 und einen Zahnriemen 19 mit einer Kupplung 20 verbunden. Die Kupplung 20 weist zwei konzentrisch angeordnete Rolle 22,23 auf, und erlaubt

den Schlupf zwischen den Rollen 22,23 zu beeinflussen. Die Kupplung 20 ist über die Rolle 23 und einen Zahnriemen 21 mit der Bahnzugwalze 12 verbunden. Die Kupplung 20 umfasst eine steuerbare Reibkupplung, welche zum Beispiel magnetisch oder pneumatisch ansteuerbar ausgestaltet ist, um einen steuerbaren Schlupf zwischen der Bahnzugwalze 12 und dem Motor 17 zu erzeugen. Eine Steuervorrichtung 24 ist zur Ansteuerung der Aufwickelvorrichtung 1 vorgesehen und ist über einen Datenbus 25 mit weiteren Steuervorrichtungen oder einem übergeordneten Rechner verbunden. Die Frequenzumformer 9,16 werden über elektrische Signalleitungen 26,27 angesteuert. Der Motor 17 ist über eine Verbindungsleitung 43 mit dem Frequenzumformer 16 verbunden. Die Bremskraft der steuerbaren Reibkupplung 20 wird über eine elektrische Signalleitung 28 angesteuert. Die Bahngeschwindigkeit vz der Bahn 2 wird mit einem Sensor 29 abgetastet und über eine elektrische Signalleitung 30 der Steuervorrichtung 24 zugeführt. Die mit dem Sensor 11 erfasste Drehzahl D des Motors 6 oder der Wickelwelle 4 wird über eine Signalleitung 31 der Steuervorrichtung 24 zugeführt. Da der Motor 6 über den Zahnriemen 7 oder ein weiteres Getriebe starr an die Wickelwelle 4 gekoppelt ist kann aus dem Signal des Sensor 11 sowohl die Drehzahl des Motors 6 als auch die Drehzahl der Wickelwelle 4 berechnet werden.

Während dem Betrieb der Vorrichtung gemäss Fig. 1 treibt der Motor Gdie Rolle 3 in Richtung der Zulaufrichtung Z an, so dass die Bahn 2 mit einer Bahngeschwindigkeit vz in Zulaufrichtung Z gefördert wird. Die auf die Bahn 2 wirkende Zugkraft wird mit der Bahnzugwalze 12 erzeugt.

Die Bremskraft und damit die Bahnspannung kann mittels Parameter an der Steuer- und Regelvorrichtung 24 eingestellt werden. Die Kupplung 20 wird mit einer Pulsweitenmodulation direkt von der Steuervorrichtung 24 derart angesteuert, dass die eingestellte Bremskraft erzeugt wird. Um die Reibungsverluste und den Verschleiss

der Kupplung 20 zu verkleinern wird diese über ein selbsthemmendes Getriebe 18 durch den Motor 17 mit reduzierter Geschwindigkeit nachgeführt. Um die Bahnspannung auch bei Stillstand der Bahn 2 aufrechtzuerhalten beziehungsweise aufzubauen wird der Motor 17 sowie die Rolle 22 der Kupplung 20 langsam rückwärts gedreht.

Bei Stillstand der Bahn 2 wird die Antriebsvorrichtung 15 derart betrieben, dass die Kupplung 20 ein Drehmoment auf die Bahnzugwalze 12 bewirkt, wobei die Bahnzugwalze 12 still steht. Der Motor 17 überträgt ein Drehmoment auf die Kupplung 20, wobei die Drehzahl des Motors 17 und/oder die Kupplung 20 derart über die elektrischen Leitungen 26,28 angesteuert wird, dass die Kupplung 20 einen derartigen Schlupf aufweist, dass die Bahnzugwalze 12 still steht.

Die Drehzahl des Motors 17 beziehungsweise die Bremskraft der Kupplung 20 wird bei zunehmender Bahngeschwindigkeit vz beispielweise ständig derart nachgeführt, dass die Kupplung 20 unabhängig von deren Drehzahl einen Schlupf von etwa 5 aufweist. Die der Bahnzugwalze 12 entzogene Bremsenergie wird über die Kupplung 20 dem nur schematisch dargestellten selbsthemmenden Getriebe 18 zugeleitet, welches ein Gegenmoment erzeugt und die Energie an ein nicht dargestelltes Gehäuse leitet. Durch die Verwendung eines derartigen, selbsthemmenden Getriebes 18 muss der Motor 17 ein nur relativ kleines Drehmoment erzeugen und ist daher mit geringer Energie betreibbar. Der Schlupf der Kupplung 20 wird auf einem relativ kleinen Wert von beispielsweise 2% bis 10% gehalten, weshalb die in der Kupplung 20 erzeugte Reibungswärme gering ist, so dass eine kleine und entsprechend kostengünstige Kupplung 20 verwendbar ist. Somit ist ein energiearmes Abbremsen der Bahn 2 gewährleistet.

Aus der mit dem Sensor 29, einem Messrad, gemessenen Bahngeschwindigkeit vz sowie der über den Sensor 11

berechenbaren Drehzahl der Rolle 3 kann mit der Steuervorrichtung 24 der Durchmesser der Rolle berechnet werden. Der Motor 17 wird über einen Frequenzumrichter 16 derart angesteuert, dass bei kleinem Durchmesser der Rolle 3 eine grosse Zugspannung in der Bahn 2 erzeugt wird, und dass bei grossem Durchmesser der Rolle 3 eine kleinere Zugspannung in der Bahn 2 erzeugt wird. Insbesondere beim Starten des Aufwickelvorganges, weist die Rolle 3 einen sehr kleinen Durchmesser auf, so dass eine grosse Bahnspannung erforderlich ist.

Fig. la zeigt die Kupplung 20 aus Blickrichtung B, wobei die über die Rollen 22,23 verlaufenden Zahnriemen 19,21 nicht dargestellt sind. Die beiden Rollen 22,23 sind um die gemeinsame Achse A drehbar gelagert nebeneinander angeordnet, wobei die Kupplung 20 zusätzliche, nicht dargestellte Mittel aufweist, um die beiden Rollen 22,23 ansteuerbar miteinander zu koppeln.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte in der Aufwickelvorrichtung 1 gemäss Fig. 1 auf die Kupplung 20 verzichtet werden, in dem die Bahnzugwalze 12 über einen Zahnriemen 19 direkt vom Motor 17 mit selbsthemmendem Getriebe 18 angetrieben ist. Gegenüber dieser Lösung weist die Verwendung einer Kupplung 20 den Vorteil auf, dass die Kupplung 20 Drehzahlschwankungen zwischen Bahnzugwalze 12 und Getriebe 18 auf einfache Weise zu kompensieren erlaubt, da die Kupplung einfach ansteuerbar und regelbar ist.

Aus der in Fig. 2 dargestellten Seitenansicht einer weiteren Aufwickelvorrichtung 1, einem Querschnitt entlang der Linie A-A gemäss Fig. 3, ist ein Gehäuse 32 dargestellt, in welchem die Wickelwelle 4, die Bahnzugwalze 12 und die Umlenkrollen 13,14 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel drücken die Umlenkrollen 13,14 die Papierbahn 2 direkt auf die

gummierte Oberfläche der Bahnzugwalze 12. Die Umlenkrollen 13,14 könnten auch derart angeordnet sein , dass die Umlenkrolle 13; 14 auf die Bahnzugwalze 12 drückt, wogegen die andere Umlenkrolle 14; 13 bezüglich der Oberfläche der Bahnzugwalze 12 beabstandet angeordnet ist. In Zulaufrichtung Z ist der Bahnzugwalze 12 eine Speichervorrichtung 33, ein sogenannter Tänzer, vorgelagert. Die Speichervorrichtung 33 weist zwei Umlenkrollen 34 auf, zwischen welchen eine Vorrat der Papierbahn 2 gespeichert ist. Mit einer Mehrzahl von optischen Sensoren 35 wird die gespeicherte Länge der Papierbahn 2 erfasst und diese gemessene Grösse über eine elektrische Signalleitung, beispielsweise die Leitung 25, der Steuervorrichtung 24 zugeleitet.

Aus der Aufsicht gemäss Fig. 3 ist die im Zentrum gelagerte Rolle 1 mit Wickelwelle 4 ersichtlich. Die Wickelwelle 4 ist vom Motor 6 über einen Zahnriemen 7 und eine weitere Drehmomentübertragungsvorrichtung 36, welche als ein mehrstufiges Getriebe ausgestaltet ist, angetrieben. Die auf die Bahnzugwalze 12 wirkende Antriebsvorrichtung 15 umfasst einen Motor 17, dessen Welle mit dem als Schneckenradgetriebe ausgebildeten selbsthemmenden Getriebe 18 verbunden ist. Die Ausgangswelle des selbsthemmenden Getriebes 18 ist mit der Kupplung 20 verbunden. Die Kupplung 20 ist über eine weitere Welle mit der Bahnzugwalze 12 verbunden. Das Getriebe 18 ist mit dem Gehäuse 32 fest verbunden.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 und 3 wird derart betrieben, dass mit den Sensoren 35 die in der Speichervorrichtung 33 gespeicherte Länge der Bahn 2 erfasst wird und dieser Wert der Steuer- und Regelvorrichtung 24 zugeführt wird. Mit einem überlagerten Regelkreis wird die Drehzahl der Rolle 3 beziehungsweise die Aufwickelgeschwindigkeit über den Motor 6 derart geregelt, dass sich in der Speichervorrichtung 33 ständig

etwa dieselbe gespeicherte Länge befindet. Mit einem unterlagerten Regelkreis wird der Motor 17 und/oder die Kupplung 20 derart angesteuert, dass der Schlupf in der Kupplung 20 beispielsweise immer 5 beträgt, und dass in Abhängigkeit des Durchmessers der Rolle 3 die vorgängig an der Steuervorrichtung 24 eingestellte Zugspannung der Bahn 2 erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer passiv wirkenden Kupplung 20. Die Wickelwelle 4 weist einen Wellenfortsatz 38 auf, welcher über ein Kugellager 37 mit dem Gehäuse 32 verbunden. Die ein Bestandteil der Kupplung 20 bildende Kupplungsscheibe 39 ist mit dem Wellenfortsatz 38 fest verbunden. Eine ein weiteres Bestandteil der Kupplung 20 bildende Kupplungsrolle 40 ist über ein Kugellager 41 drehbar mit dem Wellenfortsatz 38 verbunden.

An peripheren Umfang der Kuppelungsrolle 40 greift der Zahnriemen 19 an. Die Kuppelungsrolle 40 weist einen Reibbelag 42 auf, welcher bei Schlupf eine von der Kuppelungsscheibe 39 abweichende Drehzahl aufweist und dabei ein Drehmoment auf die Kuppelungscheibe 39 überträgt. Die Kupplung 20 kann auch weitere, nicht dargestellte, aktiv wirkende Mittel umfassen, wie ein Elektromagnet oder ein pneumatisch wirkendes Mittel, um die Anpresskraft zwischen der Kupplungsscheibe 39 und der Kupplungsrolle 40 gesteuert zu beeinflussen.

In allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Rolle 3 bezüglich der Zulauf srichtung Z rechtsdrehend dargestellt. Die Bahn 2 könnte natürlich auch derart verlaufend zugeleitet werden, dass die Bahn 2 durch eine nach links drehende Rolle 3 aufgewickelt wird.

Die Figuren 5a und 5b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines als Schneckenradgetriebe ausgestalteten selbsthemmenden Getriebes 18. Das Getriebe 18 umfasst ein Gehäuse 18a an welchem zwei Wellen 18c, 18f mittels Kugellager 18b

gelagert sind. An der ersten Welle 18c ist eine Hülse 18d mit Zahnkranz 18e befestigt, welcher in eine Schnecke 18g der zweiten Welle 18f eingreift. Wird dieses selbsthemmende Getriebe 18 im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 verwendet, so treibt der Motor 17 die zweite Welle 18f an, wogegen die Kupplung 20 mit der ersten Welle 18c verbunden ist. Ein Grossteil der von der Kupplung 20 auf das selbsthemmende Getriebe 18 übertragenen Energie wird über die Schnecke 18g sowie den Zahnkranz 18e in Wärme umgewandelt, so dass ein Motor 17 mit relativ geringer Leistung genügt um die zweite Welle 18f derart anzutreiben, dass auf die Bahnzugwalze 12 eine bremsende Wirkung erzeugt wird.