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Dokumentenidentifikation DE102005000171A1 31.05.2007
Titel Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn
Anmelder Voith Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Stitz, Hermann Albert, 51515 Kürten, DE;
Klupp, Alexander, 41812 Erkelenz, DE;
Wolf, Jürgen, 41468 Neuss, DE;
Mager, Manfred, Dr., 41468 Neuss, DE
DE-Anmeldedatum 28.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005000171
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse B65H 18/16(2006.01)A, F, I, 20051128, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B65H 18/20(2006.01)A, L, I, 20051128, B, H, DE   B65H 18/08(2006.01)A, L, I, 20051128, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse (4) zu einer Wickelrolle (3) mittels mindestens einer Walze (1, 2), auf der die Wickelrolle (4) beim Aufwickeln auf- oder anliegt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelmaschine mit wenigstens einem elektronischen Mittel zum Ausgleich von Biegeschwankungen und/oder Torsionsschwingungen der mindestens einen Walze (1, 2) und/oder der Wickelrolle (4) ausgestattet ist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Materialbahnen müssen, bevor sie versandt werden können, auf Versand- oder Fertigrollen aufgewickelt werden. Als Rollenkerne werden hierfür üblicherweise Wickelhülsen verwendet, die vorzugsweise aus Pappe bestehen. Die Fertigrollen werden dadurch erzeugt, dass sogenannte Mutter- oder Tambourrollen, die am Ausgang einer Papiermaschine oder nach der Satinage erzeugt werden, abgewickelt, in Längsrichtung geschnitten und dann jeweils auf Wickelhülsen aufgewickelt werden. Diese Wickelhülsen liegen entweder auf einer Stützwalze einer Stützwalzen-Wickelmaschine auf oder seitlich an dieser an, oder die Wickelhülsen liegen in einem von zwei Tragrollen einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine gebildeten Wickelbett.

Im Fall einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE 200 13 319 U1 oder der EP 0 792 245 B1 bekannt ist, ist mindestens eine der beiden Tragwalzen angetrieben. Auf diese Weise liegen entsprechend der Anzahl der aus der ursprünglichen Materialbahn durch Längsschnitte erzeugten einzelnen Materialbahnen mehrere Wickelhülsen nebeneinander in dem Wickelbett. Es ist jedoch auch möglich, lediglich eine einzige Wickelrolle in einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine zu wickeln.

Beim Wickeln von Rollen werden durch Schwingungen der Rolle und der beiden Tragwalzen Eindrückungen in der Rolle verursacht, die durch Resonanzen immer an derselben Umfangsstelle auftreten und dadurch immer stärker werden. Dadurch wird einerseits die gesamte Wickelmaschine schädlichen Schwingungs-beanspruchungen unterworfen, und andererseits wird die Wickelrolle mit Wickelfehlern gewickelt. Aus der DE 71 21 923 U1 ist eine Trageinrichtung für aus Bahnen aufgewickelte Rollen bekannt, in der wenigstens eine der beiden Tragwalzen elastisch gelagert ist. Durch die elastische Lagerung erhält die eine Tragwalze bei gleicher Ausbildung beider Walzen eine zur anderen unterschiedliche Eigenfrequenz, so dass eine Summierung der Schwingungen der beiden Walzen und damit eine Rollenbeschädigung ausgeschlossen wird.

Durch die EP 1 460 010 A2 ist der Direktantrieb eines Wickelkerns einer Wickelrolle mit einem Elektromotor bekannt geworden, wobei der Motor vorzugsweise ein Synchronmotor ist. Der Elektromotor ist hierbei koaxial zur Wickelwalze angeordnet und an einen Drehantrieb gekoppelt.

Nach dem Stand der Technik haben sich zur Verminderung von Vibrationen folgende Maßnahmen als hilfreich herausgestellt: Variation der Lagersteifigkeit, Maßnahmen zur aktiven und passiven Dämpfung, der Einsatz von Schwingungstilgern sowie Veränderungen an den Nips zwischen den beteiligten Walzen, insbesondere eine Verstellung des Abstands der Tragwalzen. Gleichwohl kann mit diesen Maßnahmen nicht auf Torsionsschwingungen reagiert werden, da der aus einem Asynchronmotor, gegebenenfalls einer Gelenkwelle, und einem ein weiches Regelverhalten aufweisenden Frequenzumrichter bestehende Antriebsstrang insgesamt ein „weiches" Regelverhalten aufweist.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine hinsichtlich ihres Laufverhaltens verbesserte Wickelmaschine zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Wickelmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Wickelmaschine mit wenigstens einem elektronischen Mittel zum Ausgleich von Biegeschwingungen und/oder Torsionsschwingungen der mindestens einen Walze und/oder der Wickelrolle ausgestattet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Walze durch mindestens einen Synchronmotor angetrieben wird.

Vorzugsweise wird die mindestens eine Walze durch mindestens einen Direktantriebsmotor angetrieben.

Von Vorteil ist es auch, wenn der mindestens eine Direktantriebsmotor innerhalb des Gehäuses der wenigstens einen Walze und/oder auf der Welle der Walze außerhalb des Gehäuses der Walze angeordnet ist.

Ebenso lässt sich mit Vorteil vorsehen, dass der Direktantriebsmotor ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor ist.

Zusätzlich kann in vorteilhafter Weise der Antriebsmotor durch einen Frequenzumrichter gesteuert sein.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Antriebsmotors zu steuern oder zu regeln. Hierzu ist eine entsprechende Steuer- oder Regeleinheit vorgesehen.

Diese umfasst vorzugsweise einen Messwertaufnehmer zur Messung des Motorstroms des Synchronmotors. Der aufgenommene Motorstrom kann dabei erkannt und entsprechend ausgeregelt beziehungsweise bedämpft werden. Natürlich bedarf es zur Realisierung einer derartigen „harten" Regelung eines geeigneten Gebersystems, das für diese Anwendung vorzugsweise einen analogen Geber in Ausgestaltung eines Resolvers aufweist. Ein derartiger Resolver ist zwar aufwendiger in der Auswertung, kann aber aufgrund der digitalen Auswertung eine höhere Auflösung erzielen und insbesondere bei überlagerter Lageregelung ein Gebersystem einsparen, wodurch auch der Verdrahtungsaufwand geringer wird. Zudem ist er robust in der Ausführung und vibrations- und temperaturempfindlich im Betrieb. Eine Regelstruktur mit einem Geber bei einem sinuskommutierten Motor ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise auf Seite 19, Bild 11, der Druckschrift „Praxis der Antriebstechnik", Band 7, "Servo-Antriebe-Grundlagen, Eigenschaften, Projektierung", Ausgabe 04/97, 0922 4602/0497, der Fa. SEW Eurodrive, dargestellt.

In weiterer Ausgestaltung ist die Steuer- oder Regeleinheit mit einem Messwertaufnehmer zur Messung der Position der Welle der mindestens einen Walze und/oder von Biege- und/oder Torsionsschwingungen in Niprichtung zweier miteinander einen Nip bildender Walzen ausgestattet. Eine Ausgestaltung einer Walze kann dabei darin bestehen, dass sie an einer Schwinge befestigt ist, durch die sie sich in Richtung zu einer anderen Walze verschwenken lässt.

Um während des Wickelvorgangs die Lage der Tragwalzen, auch beispielsweise unter Berücksichtigung des sich vergrößernden Gewichts des Wickels, konstant einhalten zu können, umfasst die Wickelmaschine eine Steuer- oder eine Regeleinrichtung. Diese sorgt dafür, dass sich die Walzenmitte bei einer Veränderung der Federsteifigkeit und der Belastung nicht ändert.

Es versteht sich, dass durch die Erfindung auch der Einsatz einer Aktorik mit einem federnden Element nicht ausgeschlossen wird, durch das das Einfedern eines aus der Wickelrolle und der mindestens einen Walze bestehenden Schwingungssystems und damit dessen Anregung verhindert wird. Die Geometrie des Walzenbettes bleibt somit unter allen Umständen erhalten; auch die Walzenmitten ändern ihre Lage bei einer Veränderung der Federsteifigkeit und der durch die Wickelrolle eingeleiteten Kräfte nicht.

Beispiel

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher beschrieben. Diese zeigt die Wirkung der zwischen den Walzen einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine möglichen Schwingungen.

Eine von einer Doppeltragwalzen-Wickelmaschine gebildete Wickelvorrichtung weist zwei Tragwalzen 1, 2 auf, von denen mindestens eine angetrieben ist. Die Tragwalzen 1, 2 bilden ein Walzenbett, in dem mehrere nebeneinanderliegende Wickelrollen 3 während des Aufwickelns auf den Tragwalzen 1, 2 aufliegen. Von einer (nicht dargestellten) Längsschneideinrichtung wird eine Materialbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonbahn, vor dem Aufwickeln in mehrere Einzelbahnen geschnitten, die anschließend durch den Spalt zwischen den Tragwalzen 1, 2 oder seitlich um den Mantel einer der beiden Tragwalzen 1, 2 herum in das Walzenbett geführt werden, wo sie auf fluchtend aufgereihte Hülsen 4 aufgewickelt werden. Die Tragwalzen 1, 2 bilden jeweils einen Nip mit der Wickelrolle 3.

Die Tragwalze 1 und/oder zusätzlich oder alternativ die Tragwalze 2 wird durch einen innerhalb ihres Walzenmantels angeordneten Antriebsmotor angetrieben, der beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor sein kann, dessen Ständerwicklung auf einer festen Achse montiert ist, während der Anker an der Innenseite des Rotors angeordnet ist. Der Motor wird beispielsweise über einen Frequenzumrichter gesteuert, der sich in einer Steuerungseinheit außerhalb der Walze befindet. Die Stromzufuhr kann dabei durch eine Öffnung an einem stirnseitigen Ende der Tragwalze 1, 2 über Zuführungskabel verlaufen, die in einem in der Walzenachse befindlichen Walzenkanal angeordnet sind. Die Tragwalzen 1, 2 sind an beiden Seiten auf Rollenlagern gelagert.

Ferner können im Bereich der Walzenachse und/oder innerhalb des Walzenmantels der Tragwalzen 1, 2 Sensoren zur Erfassung von Vertikalschwingungen der Wickelrolle 3 in Richtung eines Pfeils 5, von Schwingungen in Niprichtung in Richtung von Pfeilen 6, 7 und von Torsionsschwingungen in Richtung von Pfeilen 8, 9, d. h. in tangentialer Richtung der Tragwalzen 1, 2, vorhanden sein.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann infolge des Konzepts der Direktantriebstechnik auf den Einsatz von Kupplungen, Gelenkwellen und Getrieben verzichtet werden. Gegenüber den im Stand der Technik zum Einsatz kommenden Asynchronmotoren werden erfindungsgemäß bevorzugt Synchronmotoren eingesetzt. Dadurch lassen sich die bei Asychronmotoren störenden Frequenzen im Bereich von 22 bis 24 Hz umgehen. Erfindungsgemäß lässt sich eine Regelungssoftware verwenden, die auf maschinenbedingte Störeinflüsse vorausschauend agiert und insbesondere als selbstlernendes System ausgebildet ist.

Die Erfindung lässt sich bei der oben dargestellten Doppeltragwalzen-Wickelmaschine, aber auch dann einsetzen, wenn lediglich eine einzige Walze als Stützwalze für die in Längsrichtung geschnittenen Papier-Teilbahnen eingesetzt wird. In diesem Fall stützen sich die einzelnen Wickel jeweils im Wechsel in einer Elf-Uhr- und in einer Ein-Uhr-Position gegenüber der Stützwalze ab. Auch in diesem Fall besteht der Wunsch nach einer konstanten Aufrechterhaltung der Position des Zentrums der Stützwalze, welcher durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Positioniermittels realisiert wird. Anstelle der Elf-Uhr- und der Ein-Uhr-Positionen können sich die Wickel auch an anderen, jeweils einander symmetrisch gegenüberliegenden Positionen im Bereich der beiden oberen Quadranten der Tragwalze befinden.

1
Tragwalze
2
Tragwalze
3
Wickelrolle
4
Hülse
5
Pfeil Vertikalschwingungen
6
Pfeil Torsionsschwingungen
7
Pfeil Torsionsschwingungen
8
Pfeil Schwingungen in Niprichtung
9
Pfeil Schwingungen in Niprichtung


Anspruch[de]
Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse (4) zu einer Wickelrolle (3) mittels mindestens einer Walze (1, 2), auf der die Wickelrolle (4) beim Aufwickeln auf- oder anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelmaschine mit wenigstens einem elektronischen Mittel zum Ausgleich von Biegeschwingungen und/oder Torsionsschwingungen der mindestens einen Walze (1, 2) und/oder der Wickelrolle (4) ausgestattet ist. Wickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Walze (3, 4) durch mindestens einen Synchronmotor antreibbar ist. Wickelmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Walze (3, 4) durch mindestens einen Direktantriebsmotor angetrieben ist. Wickelmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Direktantriebsmotor innerhalb des Gehäuses der wenigstens einen Walze (3, 4) und/oder auf der Welle der Walze (3, 4) außerhalb des Gehäuses der Walze (3, 4) angeordnet ist. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Direktantriebsmotor ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor ist. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor durch einen Frequenzumrichter gesteuert ist. Wickelmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor zusätzlich drehzahl- und/oder drehmomentgeregelt oder -gesteuert ist. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsmotor eine Steuer- oder Regeleinrichtung zugeordnet ist. Wickelmaschine nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Messwertaufnehmer zur Messung des Motorstroms des Synchronmotors umfasst. Wickelmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Messwertaufnehmer zur Messung der Position der Welle der mindestens einen Walze (3, 4) und/oder von Biege- und/oder Torsionsschwingungen in Niprichtung zweier miteinander einen Nip bildender Walzen (3, 4) umfasst.






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