Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Auf¬ wickeln einer laufenden Bahn in einer Wickelmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch l. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (Wickelmaschine) , die zum Durchfüh¬ ren des Verfahrens geeignet ist. Eine derartige Wickelmaschine kann entweder eine reine Aufwickelmaschine für maschinenbreite Bahnen oder Teil einer Rollenschneidmaschine sein.

Eine Aufwickelmaschine ist z.B. aus DE PS 40 07 329 C2 bzw. DE 44 01 959 AI bekanntgeworden. Eine andere konstruktive Lösung ist eine Wickelmaschine, wie sie in der europäischen Patentan¬ meldung EP 04 83 092 AI beschrieben wird. Derartige Wickelma¬ schinen bilden im allgemeinen die Endpartie einer Papier-Her¬ stellungsmaschine oder auch einer Off-line-Streichmaschine, um die dort anfallende Papierbahn in die Form einer Wickelrolle zu bringen. Bei diesem Vorgang wird die Papierbahn in ihrer vollen Breite auf einen Tambour aufgewickelt. Dies ist ein walzenförmiger Wikkelkern, dessen Durchmesser bei modernen breiten Papiermaschinen über 0,6 m betragen kann. Zur Unter¬ stützung der auf dem Tambour entstehenden Wickelrolle hat der Tambour an seinen beiden Enden Lagerzapfen, mit denen er auf z.B. horizontalen Schienen ruht.

Bei anderen Wickelmaschinen, die in der Regel Teil einer Rol¬ lenschneidmaschine sind (siehe DE 38 32 601 und DE 32 21 929) , werden längsgeschnittene Papier-Teilbahnen auf Hülsen aufge¬ wickelt. Die Länge jeder Hülse entspricht der Breite der be¬ treffenden Papier-Teilbahn. Die entstehenden Wickelrollen wer¬ den durch wenigstens eine Tragwalze abgestützt; z.B. ist ein

ORIGINALUNTERLAGEN

aus zwei Tragwalzen gebildetes Wickelbett vorgesehen oder es sind zwei aus drei Tragwalzen gebildete Wickelbetten vorhan¬ den. Zusätzlich können Führungsbδcke vorhanden sein, wobei an jedem Führungsbock ein Spannkopf in die betreffende Hülse ein¬ greift.

Der Wickelvorgang hat in der Papierherstellung eine sehr große Bedeutung, weil bisweilen die Gefahr besteht, daß ein bisher einwandfrei produziertes Papier beim Wickeln noch derart be¬ einträchtigt werden kann, daß Teile einer Wickelrolle unver¬ käuflich sind. Zu Wickelfehlern gehören die sogenannten Glanz- stellen, Falten und Platzer; sie werden überwiegend dadurch verursacht, daß man Wickelrollen mit möglichst großem Durch¬ messer und entsprechend hohem Gewicht bilden will.

Diese Wickelfehler kommen vermutlich folgendermaßen zustande: Wenn die Papierbahn auf einen Tambour gewickelt wird und die Wickelrolle etwa 60-90 % seines fertigen Durchmessers erreicht hat, so bewirken die hohen Gewichtskräfte relative Verschie¬ bungen einiger Papierlagen gegeneinander, so daß es auf Grund der Gleitreibung zwischen den Papierlagen zu den Fehlerstellen kommt. Solche Fehlerstellen treten hauptsächlich im Kernbe¬ reich der Wickelrolle auf, also etwa im Bereich bis zu 25 % der Wickelauflage auf dem Tambour. Wird nun eine volle Wickel- rolle später abgewickelt und werden diese Fehlerstellen sicht¬ bar, so wird die restliche Papierbahn abgetrennt und dem Aus¬ schuß zugeführt. Aus diesem Grunde gibt es immer wieder einen unerwünschten Verlust durch Ausschuß.

Über die Art und Weise, wie man zu einer fehlerfreien Wickel- rolle gelangen kann, gibt es vielerlei Theorien. Eine Theorie besagt z.B., daß die Wickelhärte von einem hohen Anfangswert auf einen niedrigeren Endwert abfallen soll (z.B. DE 40 07 329 C2) . Die Absicht bei diesem Verfahren ist, den Kernbereich der Wickelrolle von Anfang an derart stramm auf den Tambour zu wickeln, daß er durch die Papierlagen versteift wird und daß

dadurch die z.B. aus der Durchbiegung des Tambours resultie¬ renden Fehlerstellen vermieden werden. Dieses hat aber zur Folge, daß die Bahn eventuell überdehnt werden kann, viel¬ leicht sogar auch platzt und damit unbrauchbar wird. Man hat auch versucht, das Problem dadurch zu lösen, daß man sehr bie¬ gesteife Tamboure (mit besonders großem Durchmesser) benutzt, jedoch oft ohne Erfolg.

Gemäß JP-A-4-89746 wird anfangs eine relativ geringe Wickel¬ härte erzeugt; danach steigt sie allmählich auf einen Höchst¬ wert an, mit dem schließlich fertiggewickelt wird.

Um die Wickelhärte zu beeinflussen, hat man zwei Parameter zur Verfügung:

1. Den Bahnzug, das ist die LängsSpannung, mit der eine Pa¬ pierbahn auf die Wickelrolle aufläuft.

2. Die Linienkraft, das ist die Kraft, die während des Wik- kelvorganges in dem Nip herrscht, der sich zwischen einer Walze und der Wickelrolle befindet und durch den die Pa¬ pierbahn läuft.

Je nach Wickelmaschinen-Konstruktion wird der Bahnzug auf eine andere Weise erzeugt. Im Falle einer Wickelmaschine mit Trag¬ trommel, läuft ein Antrieb für die Tragtrommel meistens ge¬ ringfügig schneller als die Antriebe der vor der Tragtrommel gelegenen Bahnleitwalzen. Dadurch wird die Bahnspannung aufge¬ baut, die dann wegen der Haftreibung auf der Tragtrommel bis in die Wickelrolle hinein (zumindest weitgehend) erhalten bleibt.

Erfolgt das Aufwickeln einer Bahn ohne Beteiligung einer Trag¬ trommel, so wird durch Einleiten eines Drehmomentes in den Tambour ("Zentrumsantrieb") der Bahnzug durch geringfügig hö¬ here Wickelumfangsgeschwindigkeit gegenüber der Bahngeschwin¬ digkeit aufgebaut.

Denkbar ist auch eine Kombination der zuvor genannten Methoden oder ein Zugaufbau allein zwischen Tragtrommel-Antrieb und Tambour-Zentrumsantrieb.

Beim Aufbringen einer oben beschriebenen Linienkraft ist der Wickelrollenradius an der Preßstelle ("nip") lokal geringer als außerhalb der Preßstelle. Somit erfährt die Papierbahn beim Verlassen der Preßstelle einen Längszug, der die Wickel- härte erhöht. Auch hier sind natürlich Kombinationen mit den vorausbeschriebenen Parametern denkbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufwickeln einer laufenden Bahn gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zu entwickeln, bei dem der aus Fehlern beim Wickeln resultierende Anteil unverkäuflichen Papiers, Kartons, Folie oder dgl. kleiner ist als bei bekann¬ ten Verfahren.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von An¬ spruch l gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer weiteren Erhöhung der Wik- kelhärte das Problem der obengenannten Fehlerstellen nicht be¬ hebbar ist. Gemäß der Erfindung wird zur Lösung des Problems ein ganz anderer Weg beschritten: Man bildet - entweder im Be¬ reich der innersten Lagen der entstehenden Wickelrolle oder am Mantel des Wickelkerns (vorzugsweise eines Tambours) - eine relativ dünne weiche Zwischenschicht und man sorgt außerdem dafür, daß ein möglichst großer Teil der entstehenden Wickel- rolle mit möglichst hoher Wickelhärte unmittelbar auf oder in möglichst kleiner radialer Entfernung von der weichen Zwi¬ schenschicht gebildet wird.

Dieses Lδsungsprinzip ist auf unterschiedlichen Wegen reali¬ sierbar:

A) Das Bilden einer weichen Zwischenschicht "im Bereich der innersten Lagen der Wickelrolle" bedeutet mit anderen Worten: Man bildet bewußt im Kern der Wickelrolle eine Schwachstelle, worin Relativbewegungen zwischen benach¬ barten Papierlagen ungehindert stattfinden können

(Anspruch 2) . Überraschend wurde nämlich folgendes fest¬ gestellt: Wenn man nur die innersten Lagen der Wickel¬ rolle, also z.B. die unmittelbar auf dem Wickelkern (Tambour, Wickelhülse oder dgl.) entstehenden (maximal etwa 5 % der gesamten Schichtdicke umfassenden) Bahnlagen relativ weich wickelt und danach unmittelbar und mög¬ lichst rasch mit der bisher üblichen hohen Wickelhärte weiterwickelt, dann entstehen im Kern "Soll-Gleitstel¬ len" , durch die weitere Gleitstellen und damit weitere Fehlerstellen in der zunehmend größer werdenden Wickel- rolle vermieden werden. Im Ergebnis steht somit ein we¬ sentlich größerer Anteil an Verkaufsfähigem Bahnmaterial zur Verfügung als bisher.

B) Zu einem gleichen oder zumindest ähnlich guten Ergebnis kommt man, wenn man durch Verwendung eines mit weichem Bezug versehenen Wickelkerns (vorzugsweise Tambours) da¬ für sorgt, daß zwischen einer insgesamt harten Wickel- rolle und dem harten metallischen Körper des Tambours Re¬ lativbewegungen stattfinden können (Anspruch 10) . In die¬ sem Fall ist also die "weiche Zwischenschicht" ein Be¬ standteil des Wickelkerns, vorzugsweise des Tambours.

Gemäß US-PS 5,265,812 ist schon versucht worden, das oben be¬ schriebene Problem dadurch zu lösen, daß der Tambour einen Gummi- oder einen Polyurethan-Bezug erhält (wobei nähere Anga¬ ben über Eigenschaften des Bezuges fehlen) oder daß der Tam¬ bour einen Doppel-Mantel aufweist, wobei der äußere Mantel nur an den sogenannten Bessel-Punkten mit dem inneren Mantel ver¬ bunden ist (diese Konstruktion verursacht ungewöhnlich hohe Herstellungskosten) .

Die beigefügten Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungs- beispiele der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Tragtrommel-Wickelmaschine (einen sogenannten Pope-Roller) .

Die Figur 2 zeigt schematisch eine Rollenschneidmaschine.

Die Figur 3 ist ein Diagramm, das beispielhaft den gewünschten Verlauf der Wickelhärte WH über der auf einem Wickelkern auf¬ gewickelten Bahn-Schichtdicke SD zeigt.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen unterschiedliche Tambour-Konstruk¬ tionen.

Die Figuren 8 bis 10 zeigen mögliche Abwandlungen der in Figur 1 dargestellten Wickelmaschine.

Gemäß Figur 1 läuft die ankommende Papierbahn 9 zunächst durch eine Zugpresse 8, umschlingt sodann teilweise eine Tragtrommel 10 und wird danach auf einen Tambour 11 aufgewickelt. Die ent¬ stehende Wickelrolle ist mit 12 bezeichnet. Längsschienen 13 dienen zum Abstützen des Tambours 11 mit der Wickelrolle 12. Mit Hilfe von Hebeln 7 und einer Hubeinrichtung 7a kann der Tambour mit der Wickelrolle an die Tragtrommel 10 angedrückt werden. Dabei wird zwischen Tragtrommel und Wickelrolle eine einstellbare Linienkraft erzeugt. Eine Steuereinrichtung 6 be¬ stimmt (über eine Steuerleitung 6a) die Höhe der Linienkraft, außerdem über Steuerleitungen 6b, 6c und 6d, die Antriebe M für die Zugpresse 8 und/oder die Tragtrommel 10 und/oder den Tambour 11. Die Steuerung erfolgt u.a. in Abhängigkeit von dem zunehmenden Gewicht bzw. dem zunehmenden Durchmesser der Wik- kelrolle 12, z.B. mittels einer Meßleitung 6e.

Die in Figur 1 beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, die zwischen der Tragtrommel 10 und der größer werdenden Wickel- rolle 12 herrschende Linienkraft derart zu variieren, daß sie

in einer relativ kurzen Anfangsphase des WickelVorganges rela¬ tiv gering ist und danach rasch erhöht wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann der sogenannte Bahnzug variiert werden, dies ist die in der Papierbahn 9 mit Hilfe der Antriebe einge¬ stellte Bahnspannung in Bahnlaufrichtung. Ein bestimmter Bahn¬ zug ist einstellbar beispielsweise durch eine kleine Geschwin¬ digkeitsdifferenz zwischen der Tragtrommel 10 und der Zug¬ presse 8 oder einer anderen nicht dargestellten Bahnführungs- einrichtung (z.B. Trockenpartie oder Glättwerk). Falls der Tambour 11, wie dargestellt, mit einem sogenannten Zentrumsan¬ trieb versehen ist, kann zwischen der Wickelrolle 12 und der Tragtrommel 10 ebenfalls ein kleiner Geschwindigkeitsunter¬ schied eingestellt werden. In allen Fällen besteht die Mög¬ lichkeit, in der Anfangsphase jedes neuen Wickelvorganges den Bahnzug kurzzeitig auf einen relativ geringen Wert einzu¬ stellen, wonach er rasch erhöht wird. In dieser Anfangsphase (auch schon beim sogenannten Tambourwechsel) befindet sich der neue Tambour 110 vorzugsweise schon auf den Schienen 13. Hierzu wird die nahezu volle Wickelrolle 12 etwas von der Tragtrommel 10 entfernt; die Hebel 7 werden sofort an den neuen Tambour 110 angelegt, um von Anfang an mit zu beschrie¬ benen Steuern der Linienkraft beginnen zu können.

Mit Hilfe des zuvor beschriebenen Variierens der Linienkraft und/oder des Bahnzuges kann dafür gesorgt werden, daß die Wik- kelhärte WH in jeder neu entstehenden Wickelrolle gemäß Fig. 3 in einer kurzen Anfangsphase des Wickelvorganges relativ ge¬ ring ist, danach jedoch sehr rasch auf einen relativ hohen Wert gesteigert wird. Danach kann man die Wickelhärte WH mit zunehmender Bahn-Schichtdicke SD ganz allmählich etwas zurück¬ nehmen oder im wesentlichen konstant halten oder allmählich noch weiter erhöhen, je nach den Anforderungen des Einzelfal¬ les oder der Papiersorte.

Ein ähnlicher Verlauf der Wickelhärte kann erzielt werden beim Aufwickeln einer Papierbahn 9 in einer Rollenschneidmaschine gemäß Fig. 2. Dort wird die Papierbahn 9 von einer vorhandenen Wickelrolle 12a mit Tambour Ila abgewickelt; dabei läuft sie

über Leitwalzen 23, 24 und durch eine Längsschneideinrichtung 25 auf eine erste Tragwalze 1, die mit einer zweiten Tragwalze 2 für die entstehenden neuen Wickelrollen 12 ^! ein Wickelbett bilden.

Schematisch angedeutet sind noch eine Bänderführung 26 als Bahn-Einziehhilfe und ein Druckluftkasten 27 mit Gebläse 28 zum Bilden eines Druckluftpolsters zwischen den Tragwalzen 1, 2 und der Wickelrolle 12' . Dieses Druckluftpolster dient zum Verringern der Auflagekräfte der Wickelrolle auf den Tragwal¬ zen, wenn der Durchmesser der Wickelrolle 12' einen bestimmten Wert überschreitet. Außerdem erkennt man eine Belastungswalze 37, mit der die noch kleine Wickelrolle (mittels einer An¬ drückeinrichtung 38) gegen die Tragwalzen 1, 2 angedrückt wer¬ den kann. Eine Steuereinrichtung 20 empfängt Signale von einem Sollwertgeber 29 betreffend die Höhe der gewünschten Arbeits¬ geschwindigkeit und über die Leitung 35 einen Meßwert über den augenblicklichen Durchmesser der Wickelrolle 12'. Die Steuer¬ einrichtung 20 steuert über die Leitungen 30 bis 34 die Ar¬ beitsgeschwindigkeiten der Abwickelstation (Wickelrolle 12a) , der Leitwalzen 23, 24 und der Tragwalzen 1, 2, außerdem über die Leitung 36 die Höhe der mittels der Belastungswalze 37 auf die Wickelrolle 12' ausgeübten Kraft. Zum Erzielen des Wickel- härteverlaufes gemäß Fig. 3 wird zu Beginn jedes Wickelvorgan¬ ges entweder an der Abrollstation (Wickelrolle 9a) das Brems- moment kurzzeitig reduziert und/oder das Antriebsmoment an den Tragwalzen 1, 2 relativ zu den anderen Antrieben kurzzeitig verringert, um hierdurch Einfluß auf den Bahnzug zu nehmen. Alternativ dazu oder zusätzlich kann man am Beginn des Wickel- Vorgangs die Andrückkraft (bei 38) kurzzeitig verringern. Ebenso kann man zusätzlich oder alternativ vorübergehend in die Hülsen 11' ein Bremsmoment oder eine Entlastungskraft ein¬ leiten. Dies folgt über nicht dargestellte, in die Hülsen ein¬ greifende Spannköpfe, die Teil einer Führungseinrichtung sind. Zweckmäßig wird man die Wickelrolle 12a der Abrollstation, so¬ lange ihr Durchmesser sehr groß ist, mittels einer Gewichts- entlastungseinrichtung 39 unterstützen.

Alternativ zu den bisher beschriebenen Maßnahmen, deren Ergeb¬ nis in Fig. 3 dargestellt ist, oder zusätzlich zu diesen Ma߬ nahmen können die Tamboure 11 der in Fig. 1 dargestellten Wik- kelmaschine nach einer der Figuren 4 bis 7 ausgebildet werden. Der Tambour 11A ist gemäß Fig. 4 mit einem relativ dicken und weichen Belag 41 versehen, der auf seiner ganzen Länge fest mit dem metallischen Körper 40 des Tambours verbunden ist. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 5 dargestellt. Dort ist anstelle eines Belages ein dünner zusätzlicher Außenmantel 42 vorgesehen, der nur an seinen beiden Enden mit der Mantelflä¬ che des Tambours 11B verbunden ist, so daß ein ringförmiger Zwischenraum 43 gebildet ist, den man mit einem Druckmittel beaufschlagen kann. Der Druck ist variierbar, z.B. durch Vari¬ ieren des Antriebs M einer Drucksteigerungspumpe 44. Dabei ist es vorteilhaft, den Druck in Abhängigkeit vom zunehmenden Ge¬ wicht der Wickelrolle 12 (Fig. 1) zu steigern. Die Fig. 6 zeigt ein Detai aus einem Tambour IIC. Dort ist auf einem me¬ tallischen Walzenkörper 40 eine Weichgummischicht 45 und auf diese eine Hartgummischicht 46 aufgetragen. Letztere kann auch durch einen dünnen Metallmantel ersetzt werden. Die Weichgum¬ mischicht kann gemäß Fig. 7 ersetzt werden durch einen spira¬ lig auf den Walzenkörper 40A aufgewickelten Schlauch 47 dessen Innenraum man mit Druck beaufschlagt.

Falls erforderlich, kann man bei jedem Wickelvorgang - zusätzlich zu der im Anspruch 1 angegebenen Maßnahme - wenigstens in der zweiten Hälfte des WickelVorganges dem größer werdenden Gewicht der Wickelrolle mittels einer flächigen Entlastungseinrichtung entgegenwirken. Hierzu können verschiedene bekannte Vorrichtungen angewandt werden; siehe z.B. DE 44 22 877.2 oder EP 0 384 533 Bl. Weitere Möglichkeiten sind in den Figuren 8 bis 10 dargestellt.

Die wesentlichen Teile der in Fig. 8 dargestellten Wickelvor¬ richtung sind:

9 ankommende Papierbahn 10 Tragtromme1

11 Tambour

12 Wickelrolle (die auf dem Tambour aufgewickelte Papierbahn)

13 Längsschienen zum Abstützen des Tambours mit der Wickelrol¬ le

14 Endloses Band zum unmittelbaren Abstützen der Wickelrolle 15, 16, 17 Bandleitwalzen; davon ist eine (15) starr gelagert und antreibbar, die anderen ruhen auf Schwenkhe¬ beln (18) ; die Leitwalze (16) ist auf dem Schwenk¬ hebel zwecks Spannung des Bandes verschiebbar.

19 Hubeinrichtung zum Anheben des Schwenkhebels und somit zum Andrücken des Bandes 14 von unten her an die Wickelrolle 12.

Wenn diese voll ist, wird sie auf den Längsschienen 13 (nach rechts) von der Tragtrommel 10 entfernt; dazu werden Schwenkhebeln 18 und Leitwalze 16 abgeschwenkt. Falls ge¬ wünscht, kommt das Band 14 mit der Wickelrolle 12 erst dann in Kontakt, wenn die letztere eine bestimmte Größe erreicht hat.

Bei Figur 9 übernimmt die Tragtrommel 10 die Funktion der antreibbaren Band-Leitwalze 15 von Figur 8. Eine zusätzliche Spannwalze 19 für das Band 14 ist ungefähr vertikal verfahr¬ bar.

Die Figur 10 ist eine Variante zu Figur 8. Die Band-Leitwalze 16 kann weit nach oben geschwenkt werden, so daß das Band 14 - falls erforderlich - von Anfang an den Wickel 12 stützt und den Wickel an die Tragtrommel 10 andrückt.

Diesen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß eine flächige Entlastungskraft mittels eines einzigen maschinenbreiten und über Leitwalzen umlaufenden endlosen Bandes auf die Wickel- rolle ausgeübt wird. Durch diese Maßnahme kann erwartet wer¬ den, daß ein noch höherer Prozentsatz aus einer Wickelrolle als Verkaufsfähiges Papier zur Verfügung steht als allein mit den Maßnahmen gemäß Anspruch 1.