[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Wickelmaschine zum Aufwickeln einer Materialbahn,
insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, auf mindestens eine Wickelhülse zu einer
Wickelrolle mittels mindestens einer Walze, auf der die Wickelrolle beim Aufwickeln
auf- oder anliegt.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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 Schwingungsbeanspruchungen 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine hinsichtlich ihres Laufverhaltens verbesserte
Wickelmaschine zu schaffen.
[0008] 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.
[0009] Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung
und der Zeichnung.
[0010] Vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Walze durch mindestens einen Synchronmotor
angetrieben wird.
[0011] Vorzugsweise wird die mindestens eine Walze durch mindestens einen Direktantriebsmotor
angetrieben.
[0012] 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.
[0013] Ebenso lässt sich mit Vorteil vorsehen, dass der Direktantriebsmotor ein Gleichstrommotor
oder ein Synchronmotor ist.
[0014] Zusätzlich kann in vorteilhafter Weise der Antriebsmotor durch einen Frequenzumrichter
gesteuert sein.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
Bezugszeichenliste
[0026]
- 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
1. 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.
2. Wickelmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Walze (3, 4) durch mindestens einen Synchronmotor antreibbar
ist.
3. Wickelmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Walze (3, 4) durch mindestens einen Direktantriebsmotor angetrieben
ist.
4. 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.
5. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Direktantriebsmotor ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor ist.
6. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antriebsmotor durch einen Frequenzumrichter gesteuert ist.
7. Wickelmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antriebsmotor zusätzlich drehzahl- und/oder drehmomentgeregelt oder -gesteuert
ist.
8. Wickelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Antriebsmotor eine Steuer- oder Regeleinrichtung zugeordnet ist.
9. Wickelmaschine nach Anspruch 4 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen Messwertaufnehmer zur Messung des Motorstroms des Synchronmotors umfasst.
10. 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.