Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Bahnführungswalze für hohe Geschwin¬ digkeiten einer zu bewegenden und/oder zu führenden Warenbahn mit an der Umfangsfläche der Bahnführungswalze angeordneten Vertie¬ fungen zur Aufnahme der von der Bahn mitgeführten Luft.

In Herstellungs- sowie Bearbeitungsmaschinen für Warenbahnen, be¬ stehend aus einem flexiblen Schichtträger wie Papier-, Kunst¬ stoff- oder Metall-Folie mit einer oder mehreren darauf gegosse¬ nen Schichten werden die Warenbahnen oft um eine Vielzahl ange- triebener und/oder frei drehender Walzen geführt. Hierbei ist oft nur ein geringer Umschlingungswinkel der Bahn um die Walzen und nur geringe Spannung in der Bahn erwünscht. Um Beschädigungen der empfindlichen Bahnoberfläche zu vermeiden, muß gewährleistet sein, daß die Bahn ohne Schlupf, das heißt ohne relative Bewegung zur Walze, über die Walzen geführt wird. Antreibende Walzen müssen so beschaffen sein, daß die Bahnoberfläche schlupflos von der alze transportiert und angetrieben wird. Die leerlaufenden, lediglich zur Führung der Bahn verwendeten Walzen müssen von der bewegten Warenbahn angetrieben werden. Ein Schlupf zwischen Walze und Bahn führt selbst dann zu Kratzern, Aufscheuern und Abrieb der Bahnoberfläche, wenn die Walzenoberflächen hochglanzpoliert sind. Dieser Abrieb bleibt an der Bahnoberfläche haften, wird beim Aufwickeln der Warenbahn eingeschlossen und führt somit zu mechanischen Beschädigungen infolge Durchdrücken in der Waren- bahn, außerdem zu Beschädigungen der auf dem Schichtträger auf- gossenen Schichten und somit zu minderer Qualität des so herge¬ stellten Produktes, beispielsweise bei fotografischen Filmen, hochwertigen Papieren oder bei magnetischen Aufzeichnungsträgem.

Es ist auch allgemein bekannt, daß bewegte Bahnen je nach ihrer Oberflächenbeschaffenheit und Geschwindigkeit an ihren Grenz¬ schichten mehr oder weniger Luft mit sich führen. Bei geringer Umschlingung der Walze durch die Bahn treten schon ab einer Bahn¬ geschwindigkeit von etwa 100 m/min. Schwierigkeiten insofern auf, als sich die von der Bahn mitgerissene Luft vor den Walzen staut, so daß die Bahn von der Walze abhebt und zeitweise so lange auf einem Luftkissen über die Walze gleitet, bis sich der Druck von der Walze abgebaut hat. Die Mi nahmekräfte, die von der Bahn auf die Walze oder von der Walze auf die Bahn übertragen werden, sind dann sehr klein oder gleich Null. Die nicht angetriebenen Walzen bleiben stehen oder drehen sich mit erheblich verminderter Geschwindigkeit. Auf den angetriebenen Walzen schwimmt die Bahn,

was zu einem instabilen Bahnlauf führt. Die Bahn verläuft seit¬ lich und es erfolgen Verkratzungen der Bahn, wenn die Bahn die mit geringer oder größerer Geschwindigkeit drehenden Walzen zeit¬ weise berührt.

Die Druckschriften WO-90/03323 und WO-90/03324 beschreiben Luft¬ kissen-Schwebeführungen für Warenbahnen, wobei durch besondere Ausgestaltung der Düsen insbesondere an den Bahnkanten eine zu¬ verlässige und genaue berührungsfreie und kantenstabile Führung von Warenbahnen bewirkt werden soll. Ähnliche Vorrichtungen sind aus den Druckschrif en WO-91/17943 sowie WO-92/11194 bekannt.

Eine Bahnführungswalze der eingangs genannten gattungsmäßigen Art ist in der DE-OS 30 30 917 beschrieben. Dabei ist auf der Ober- fläche der Bahnführungswalze ein feingefächertes Netz von Kom¬ pressionsräumen als Vertiefungen angeordnet, in welchen die von der Bahn an ihrer Grenzfläche mitgeführte Luft während der Um¬ schlingung der Walze durch die Bahn verdichtet ist, und wobei an den erhabenen glattgeschliffenen und polierten Flächen die Bahn auf der Oberfläche der Führungswalze aufliegt. Das Walzenmaterial besteht aus Aluminium, welches an seiner Oberfläche sandgestrahlt und ohne galvanische Zwischenbehandlung verchromt und geschliffen ist. Die DE-PS 33 02 843 beschreibt eine Führungswalze, bestehend aus einem Metallkern und einer äußeren profilierten Gummiober- fläche, welche aus Noppen gebildet ist. Nach der Lehre der

DE-OS 28 53 413 soll ein faltenfreies Führen dünner Bahnen da¬ durch gewährleistet werden, daß die Walzenoberfläche mit dünnen, aus Kunststoff bestehenden Netzschläuchen mit bestimmter Maschen- weite überzogen ist.

Saugwalzen mit perforiertem, um eine Achse drehbarem Mantel aus Sintermetall zum Übertragen eines Drehmoments auf eine Bahn sind beschrieben in der EP-B 425 926. Dabei steht der Innenraum des Saugwalzenkörpers unter Unterdruck, so daß die anzutreibende so- wie zu führende Warenbahn angesaugt wird. Hierbei ist ein erheb¬ licher konstruktiver Aufwand erforderlich; insbesondere, da die Porengröße des Sintermetalls über den Mantel des Walzenkörpers verschieden sein soll. Außerdem müssen die mit der Warenbahn in Berührung stehenden Oberflächen bei der Herstellung und auch wäh- rend der Benutzungsdauer einer kostspieligen zeitaufwendigen

Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Außerdem ist die Stand¬ zeit derartiger Walzen zu gering, weil angesaugte Schmutzpartikel die engen Poren im Sintermetall verschließen.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Bahn¬ führungswalze der eingangs genannten gattungsmäßigen Art zu ver¬ bessern.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß diese Aufgabe in einfacher Weise dadurch gelöst werden kann, indem die Bahnführungswalze hohlzylindrisch und an beiden Kreisenden offen ausgeführt wird und wobei die gesamte Umfangsfläche der Walze mit durchgängigen Öffnungen versehen ist.

Konkret wird die Walze in einer möglichen Ausführungsform dadurch realisiert, indem sie eine dünnwandige Metallwalze mit einer Umfangsfläche ist, welche mit durchgängigen Öffnungen versehen ist. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß die Umfangs- fläche ein rundgebogenes feinmaschiges Drahtgewebe ist, welches zu einem Hohlzylinder zusammengefügt wird.

Die Aufgabe kann gleichermaßen gelöst werden durch eine Bahn- führungswalze der gattungsgemäßen Art, die eine Siebwalze ist mit regelmäßig angeordneten durchgängigen Öffnungen an der Umfangs¬ fläche, welche im wesentlichen aus etwa kreisförmigen Umfangs- elementen und damit verbundenen Achselementen besteht.

Damit wird vorteilhaft erreicht, daß eine einfach herstellbare Siebwalze mit geringem Gewicht und leichter Austauschbarkeit be¬ nutzbar wird.

Die erfindungsgemäßen Bahnführungswalzen zeichnen sich dadurch aus, daß sie möglichst massearm sind und gleichzeitig leicht her- zustellen und zu reinigen sind und auch bei hohen Geschwindigkei¬ ten und geringem Umschlingungswinkel der Bahn keinen Schlupf auf¬ weisen.

In zweckmäßiger Ausführung können darartige Bahnführungswalzen etwa kreisförmige Umfangselemente mit einer Spiralform besitzen.

Es ist auch zweckmäßig, wenigstens zwei Spiralfor -Umfangsele¬ mente vorzusehen, die symmetrisch zur Achsmitte die Oberfläche der Walze bilden. Dadurch können Richtungsabweichungen bei der Bahnführung wenigstens vermindert werden. Vorteilhaft sollte die Umfangsfläche der Walze im wesentlichen eine exakte Kreisform aufweisen, um eine glatte Anlage der Bahn zu gewährleisten.

Die Breite der durchgängigen Öffnungen, genauer der Spaltöffnun- gen, der Siebwalze kann zweckmäßig im Bereich von etwa 30 μm bis etwa 500 μm, insbesondere im Bereich von etwa 50 μm bis etwa 100 μm, liegen. Damit ist im wesentlichen erreichbar, daß sich

die Schlitze oder Spaltöffnungen nicht auf dem zu führenden Bahn¬ gut abbilden, was insbesondere bei frisch beschichteten Bahnen sehr nachteilig sein kann. Bei dieser Ausführung ist ein Rund- schleifen der Umfangsfläche auf etwa exakte Kreisform leicht zu bewerkstelligen.

Vorteilhaft ist die Verwendung einer Bahnführungswalze gemäß vor¬ liegender Erfindung in einer Beschichtungsanlage für Film, Magnetband, hochwertiges Papier oder Metallfolie. Besonders vor- teilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Bahnführungs - walze als Bahntransportwalze mit Vakuumvorrichtung, oder auch als Umlenkwalze zur berührungsfreien Führung der Bahn mit einer ge¬ eigneten Druckluftversorgung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend in der Beschreibung, den Beispielen und den Abbildungen erläutert. In den Abbildungen ist dargestellt in

Figur 1 Metallwalze mit Öffnungen und Seitenteilen

Figur 2 Gewebewalze mit Seitenteilen

Figur 3 Eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vakuum¬ walze

Figur 4 Eine weitere Ansicht der Vakuumwalze gemäß Figur 3 mit einer Teilschnitt-Ansicht

Figur 5 Eine Ausführung der Siebwalze nach der Erfindung mit einer Detail-Zeichnung der Walzenoberfläche.

Wie aus den Zeichnungen Figur 1 und Figur 2 hervorgeht, wird an den beiden offenen Enden der dünnwandigen hohlzylindrischen Walzenkörper (4, 6) jeweils ein Deckel (2) aufgesetzt, welcher mit einer Passung (3) zum Einsetzen in den Walzenkörper und mit einer Achse (1) zur Lagerung der Bahnführungswalze versehen ist. Der Deckel besteht beispielweise aus Aluminium oder VA-Stahl mit eingepreßten einsatzgehärteten Stahlzapfen für die Lagersitze. Die durchgängigen Öffnungen der Bahnführungswalze sind im folge - den auch als Durchlässe, Löcher, Schlitze oder Spaltöffnungen be¬ zeichnet.

Die von der Bahn mitgeschleppte Luft gelangt durch die Durchlässe an der Umfangsfläche in den Innenraum (7) der Walze und kann von dort durch die nicht von der Bahn umschlungenen Teile der Walze oder durch Öffnungen (8) im Deckel (1) entweichen.

Die Ausführungsform gemäß Figur 1 ist auf dem Markt lieferbar, sie dient beispielsweise bei der Beförderung von zu trocknendem Gut, zum Beispiel fein geschnittenem Tabak auf einem Förderband, als dazwischengeschaltete Walze, durch welche von innen heiße Luft zur Trocknung ausströmt. Diese Hohlzylinder werden als End- losrohre hergestellt, sie bestehen beispielsweise aus einem Nik¬ keimantel mit einer Dicke im Bereich von 0,5 - 3 mm, die Löcher haben einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 mm und werden beispielsweise elektrochemisch erzeugt. Geeignet sind auch Walzenkörper aus Kohlefaser-verstärkten Kunststoffen, in die mit konventioneller Technik feine Löcher eingebracht sind.

Die Ausführungsform gemäß Figur 2 besteht vorzugsweise aus Draht- gewebe, welches eine Dicke im Bereich von 0,5 - 3 mm hat, so daß es leicht rund gebogen werden kann und die beiden Enden miteinan¬ der verlötet oder verschweißt werden. Die Oberfläche kann ent¬ sprechend den Anforderungen fein bearbeitet werden. Die Maschen¬ weite liegt im Bereich von 5 - 500 μm. Der Luftdurchsatz beträgt bei 0,5 kPa 0,01 - 0,5 NmJ bei einem Differenzdruck von etwa 30 kPa. Auch hier sind Kunststoff ewebe statt Metallgewebemaschen verwendbar.

Aus dem vorstehend Ausgesagten wird deutlich, daß diese beiden Ausführungsformen außerordentlich leicht herzustellen und außer- dem sehr leicht reinigbar sind, da zur Reinigung lediglich bei¬ derseits die Deckel mit den Achsen abgenommen werden müssen. Das Gewicht der Walzen liegt je nach Größe, das heißt Durchmesser und Breite, normalerweise bei 1,5 - 3 kg.

Im Rahmen der Erfindung können statt der beschriebenen Metal¬ lausführungen, wie bereits erwähnt, auch entsprechende hohlzylin- drische Walzen, welche aus Kunststoff bestehen und an der Umfangsfläche mit Löchern versehen sind, oder aus Kunststoff- geweben, eingesetzt werden.

Es hat sich gezeigt, daß mit den vorstehend beschriebenen Leicht- laufwalzen bei einer Bahngeschwindigkeit von bis zu 800 m/min und darüber eine schlupffreie Führung der Bahn gewährleistet ist. Auch bei längerem kontinuierlichem Lauf der Walzen war keinerlei Abrieb des Warenbahnmaterials zu beobachten, so daß die eingangs genannten Aufgaben durch die Erfindung gelöst werden konnten.

Die Schlupffreiheit insbesondere bei geringem Umschlingungswinkel und bei hohen Bahngeschwindigkeiten kann dadurch unterstützt werden, indem der Innenraum (7) des Walzenkörpers (4, 6) mit leichtem Unterdruck von 1 - 10 kPa beaufschlagt wird. Eine der-

artige Walze ist beispielsweise als ein Saugwalzenkörper aus der DE-OS 39 36 286 bekannt.

Die Umschlingungswinkel der Bahn um die erfindungsgemäße Walze betragen je nach Einsatzgrad der Walzen zwischen 5° bei Führungs - walzen bis 180° oder mehr bei Umlenkwalzen. Der Bandzug kann zwischen 20 - 100 N betragen.

Gemäß den Zeichnungen Figur 3 und Figur 4 besteht die Vakuumwal- zen-Anordnung aus einem Spaltsieb-Hohlzylinder als Walzenkörper (9), wobei ein Längsdraht (12) in Spiralform um Querstäbe (13) gewickelt und damit verschweißt ist. Als Material sind alle schweißbaren Werkstoffe verwendbar, vorzugsweise nicht rostender VA-Stahl. An den Stirnseiten ist der Walzenkörper (9) mit Stahl - Scheiben (21, 22) fest verbunden. Der Walzenkörper (9) ist über nicht dargestellte Kugellager an einem Schaft (23, 26) drehbar gelagert. Der Walzenkörper (9) rotiert um einen Stator (10) , der zum Beispiel mit Ausnehmungen beziehungsweise Löchern (18) zur Übertragung der Ansaugluft in den Innenraum (Pfeile 19) des Stators (10) versehen ist. Die Ausnehmungen beziehungsweise Löcher (18) sind nur in dem von der Materialbahn (14) umschlungenen Teil des Stators (10) vorgesehen, ansonsten besitzt derselbe eine zylindrische Außenfläche ohne Löcher.

Der Ansaugstutzen wird in Richtung des Pfeils (11) mit einem Vakuumdruck von 6 bis 20 kPa beaufschlagt, um eine ausreichende Haftung zwischen Vakuumwalze und Materialbahn (14) zu erreichen.

Die Größe der Spaltweite (15) zwischen zwei Windungen des Längs - drahtes (12) kann im Bereich von ca. 30 μm bis etwa 500 μm liegen, insbesondere liegt sie im Bereich von ca. 50 μm bis ca. 100 μm. Da die Öffnungen regelmäßig über die Mantelfläche des Sieb-Hohl- Zylinders verteilt angeordnet sind, ergibt sich wie oben angege- gen ein geringer Vakuum-Druck, der auch einen entsprechend klein- dimensionierten Unterdruck-Erzeuger erfordert.

Die Querschnittsform des Längsdrahtes (12) oder auch von einzel¬ nen Kreisform-Drähten oder -Stegen ist beliebig wählbar, jedoch muß eine Fläche, gerade oder gewölbt, nach außen gerichtet sein. Die angenähert zylindrische Außenfläche des Walzenkörpers (9) , also des Sieb-HohlZylinders, kann durch Schleifen, und, wenn un¬ bedingt notwendig, außerdem noch durch Polieren, in eine im wesentlichen exakte Kreiszylinderform gebracht werden, damit die Materialbahn (14) über ihren Umschlingungswinkel anliegt. Der Um- schlingungswinkel beträgt etwa 5 bis etwa 320°, je nach Anwendung der Führungswalze. Die Güte der Oberfläche und die Genauigkeit der Zylinderform des Walzenkörpers (9) sind maßgebend dafür, ob

äußerst empflindliche, dünne Magnetbandbahnen mittels solcher Führungswalzen geführt, umgelenkt oder transportiert werden können.

Versuche zeigten, daß zur Übertragung eines genügend großen schlupffreien Drehmoments auf die Materialbahn (14) Umschlin¬ gungswinkel der Bahn um den Walzenkörper (9) von 180 bis 300°, vorzugsweise von 240 bis 280°, geeignet sind.

In der Figur 5 ist eine schematische Ausführung eines Sieb-Hohl - zylinders (28) gemäß der Erfindung dargestellt. Selbstverständ¬ lich können die Siebstrukturen auch auf Vollkörpern befestigt sein, wenn eine Vakuum- oder Luftkissenführung (mit Luftab- be¬ ziehungsweise -zufuhr) nicht beabsichtigt ist.

Der Sieb-Hohlzylinder (28) besteht aus zwei zur Achsmitte symme¬ trisch spiralig gewickelten Längsprofildrähten (16, 17) , die mit den Querstäben (13) verschweißt sind, wobei letztere wiederum mit Rand-Ringteilen (25A, 25B) verbunden sind. Die Querschnittsform, etwa rechteckig mit seitlich leicht abgeflachter und dann einsei¬ tig spitz zulaufender Form, ist aus der Einzelheitsdarstellung A erkennbar. Diese Form ist günstig, da sich die Umfangsfläche (24) des Sieb-Hohlzylinders (28) , wenn notwendig, abschleifen läßt, um eine exaktere Zylinderfläche herzustellen, ohne daß sich die Spaltweite w wesentlich ändert.

Die Kreisform-Umfangsprofilstege können auch senkrecht zur Hohl- zylinderachse M auf den Querstäben (13) befestigt sein.

Die Ausführung der Figur 5 hat den Vorteil der Vorzugsrichtung, die durch den Richtungswinkel α von ca. 5° zwischen den symmetri¬ schen Spirallagen bestimmt ist. Dadurch wird die Führungsrichtung begünstigt und zusätzliche Seitenführungsmaßnahmen können gerin¬ ger gehalten werden, als zum Beispiel bei einer Ausführung mit senkrechten Kreisstegen.

Die erfindungsgemäßen Walzenkörper können sich an allen möglichen Stellen einer Beschichtungsmaschine befinden, beispielsweise an der Schichtauftragsstation, vor und nach der Trocknung sowie der Kalandrierung und beim Aufwickeln der fertigen Materialbahn. Die Materialbahn kann mit ihrer beschichteten Vorderseite oder mit ihrer beschichteten oder unbeschichteten Rückseite, sobald die Beschichtung getrocknet ist, über die Walzenkörper geführt werden.

Eine Bahnführungswalze für eine Warenbahn besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen, dünnwandigen Hohlkörper mit Seiten¬ flächen und feinen, durchgängigen Öffnungen auf der Umfangs¬ fläche. Durch eine Vakuum- oder Druckluftbeaufschlagung des Walzeninnenraums können sowohl schlupffrei rotierende Führungs- walzen für Warenbahnen realisiert werden als auch feststehende oder rotierende Luftlagerwalzen. Anwendungen als Führungs-, Umlenk- und Transportwalze sind in allen Bahntransportanlagen möglich. Vorteilhaft anwendbar sind derartige Walzen in Trans- portanlagen für Kunststoff- oder Metallfolien und für Film-, Papier- und Magnetbandbahnen.

Beispiel 1

Eine etwa 650 mm breite Warenbahn, bestehend aus einer 12 μm dicken Polyethylenterephthalatfolie und einer darauf gegossenen 3 μm dicken magnetischen Schicht wurde mit ihrer rückwärtigen Seite mit einem Umschlingungswinkel von 6° und einem Bahnzug von 40 N über die Umfangsfläche einer etwa 720 mm breiten zylindri- sehen Walze mit 76,5 mm Durchmesser, bestehend aus dreilagig ge¬ webtem VA-Stahlgewebe mit 50 μm Porenweite (Bezeichnung Poreflo 401 300 der Firma Spörl) geführt. Bei 700 m/min Bahngeschwindig¬ keit, was einer Umdrehungszahl von rund 2900 U/min der Walze ent¬ spricht, wurde bei 6° Umschlingungswinkel, also einer Bogenlänge von 4 mm auf dem Walzenmantel ein schlupffreier Synchronlauf von Bahn und Umlenkwalze gemessen. Auch bei stundenlangem Dauer-Ein¬ satz war keinerlei Abrieb der Bahn festzustellen.

Beispiel 2

Eine Warenbahn gemäß Beispiel 1 wurde mit einem Folienzug von 90 N und bei einem Umschlingungswinkel von 10° über 4 verschiedene konventionelle beziehungsweise erfindungsgemäße Führungswalzen mit unterschiedlichen Bahngeschwindigkeiten geführt und es wurde bestimmt, bis zu welcher Bahngeschwindigkeit ein synchroner Gleichlauf gewährleistet ist.

Die 4 Walzen hatten folgenden Aufbau

A) eine konventionelle verchromte Nickelwalze mit glatter Ober¬ fläche (R _a = 0,5 μm)

B) eine Walze wie A) , jedoch mit einer beidseitigen Randrauhig¬ keit von R _a = 75 μm in einem Randbereich von 100 mm

C) eine aus Kohlefaser-verstarktem Kunststoff bestehende Walze mit Löchern (5) von 0,5 mm Durchmesser auf der Zylinder¬ fläche (4)

D) eine Walze wie in Beispiel 1.

Ergebnis:

Synchronlauf wurde gemessen jeweils bis zu den angegebenen Bahn- geschwmdigkeiten.

Walze V (m/min)

A 420

B 500

C 600 D 800

Beispiel 3

Eine Spaltsieb-Hohlzylinderwalze hatte auf der Umfangsfläche

Langsstegbreiten von b = 1,0 bis 5, 0 mm und Spaltbreiten von w = 0,03 bis 0,5 mm entsprechend einem Öffnungsverhaltnis von w/b von 1 bis 10 %. Die Gesamtbreite des Spaltsieb-Hohlzylmders betrug etwa 150 mm. Über diesen Hohlzylinder lief mit 20 bis 120 m/mm eine Magnetbandbahn von 125 mm Breite und einer Gesamtdicke von 9 μm, bestehend aus einem flexiblen Schichttrager aus Poly- ethylenterephthalat und darauf gegossener Magnetschicht von 3 μm. Der Unterdruck im Innenraum des Stators betrug 120 beziehungs¬ weise 60 mbar. Der Umschlingungswinkel der Bahn war 60°. Das όff- nungsverhaltnis betrug 2,3 % bei einer Langsstegbreite von 2, 2 mm und 50 μm Spaltweite. Die Haltekraft betrug bei 120 mbar 40 N und bei 60 mbar 20 N.

Bei einem Umschlingungswinkel von 180° wurde bei einem Unterdruck von 6 kPa eine Haltekraft von 60 N gemessen. Die Haltekrafte wa¬ ren also vergleichsweise groß, gemessen am jeweiligs notwendigen Unterdruck.

Die Oberfläche des den Walzenkörper (9) berührenden Magnetbandes wies keinerlei Abdrücke oder Deformationen und auch keinen me߬ baren Abrieb auf, und die Spaltöffnungsporen des Spaltsieb-Wal¬ zenkörpers setzten sich auch nach Produktionsbetrieb nicht zu, im Vergleich zu Walzenkörpern aus Sintermetall, die eine Standzeit von wenigen Monaten aufwiesen. Damit konnte eine unbegrente Standzeit - abgesehen von etwaigen Fällen mechanischer Schäden - realisiert werden.