Vorrichtung zur Beseitigung der Rolltendenz einer Materialbahn

Abstract

 Vorrichtung zur Beseitigung der Rollneigung bahnförmigen Materials, insbesondere einer solchen von Papier und Karton mit einem harten Stab (1), der sich in einem muldenförmigen Lagerbett (2) frei dreht und der von dem Material in einem Winkel bis zu ca. 120° umschlungen wird, wobei die Lager­reibung durch Druckluftzufuhr mittels Öffnungen (3) im Boden des Lagerbettes (2) verringert wird und die Enden des Rakelstabes (1) außerhalb des muldenförmigen Lager­bettes (2) axial verschiebbar in Lagern (6) gehalten werden, deren Gehäuse (12) starr mit dem Rakelbett (2) verbunden sind und die als Gegenlager zu Spannelementen (7) dienen, die auf die Enden des Rakelstabes (1) wirken und diesem eine Zugspannung geben, und daß ferner das Lager­bett (2) aus einem Polymermaterial besteht.

Beschreibung

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brechrakel mit verbesserten Eigenschaften für die Behandlung bahn­förmigen Materials, wie sie vorzugsweise in Querschneide­maschinen verwendet wird, um die Rollneigung der Bahn zu beseitigen.

[0002] In Rollen gelagertes Papier zeigt, zunehmend mit der Lager­dauer, eine Neigung, die Krümmung in Laufrichtung, die sie in der Rolle hatte, nach dem Querschneidevorgang auch im Bogen beizubehalten. Die Neigung der Papierbögen zum Ver­werfen nimmt daher auch mit kleiner werdendem Rollendurch­messer zu. Von Einfluß ist ferner die Dicke und Struktur der Bahn. Kartons behalten eine wesentlich stärkere Verwerfungstendenz bei als Papier.

[0003] Um Betriebsstörungen durch die gekrümmten Bogen in der Stapelvorrichtung und bei nachfolgenden Arbeitsgängen, z. B. Drucken, zu vermeiden, sind die Querschneider für Papier- und Kartonbahnen mit sogenannten Brechrakeln aus­gestattet. Dies sind in der Regel dünne harte Stäbe, die wie Leitwalzen für die Papierbahn angeordnet sind und von dieser zu einem Teil ihres Umfangs umschlungen werden. Für Papiere mit kratzempfindlicher Oberfläche, namentlich mit matten mineralischem Aufstrich versehene Druckpapiere, ist es unerläßlich, daß die Stäbe drehbar sind. Bei festen Stäben sind Schleifspuren auf solchen Papieren unver­meidlich. Die der Verwerfungsneigung des Papiers entgegen­gesetzte Schlichtwirkung des Rakelstabs ist um so größer, je geringer dessen Durchmesser und je größer die Umschlingung durch die Papierbahn ist. Von Einfluß ist verständlicherweise auch die Zugspannung, mit der die Bahn um den Stab geführt wird. Die intensivste Wirkung hätte demnach eine scharfe Kante, um die die Bahn mit höchst­möglicher Zugspannung geführt würde. Ein solches Hilfs­mittel ist jedoch wegen der dabei unvermeidbaren Beschädi­gungen der Papieroberfläche und der zu starken, zum Verwerfen in Gegenrichtung führtenden Schlichtwirkung unbrauchbar.

[0004] In der Praxis des Querschneidebetriebs sind deshalb dünne drehbare Rakelstäbe als Bahnschlichtwerkzeug üblich, die Durchmesser von 10 bis 20 mm haben.

[0005] Dem Bestreben, möglichst dünne Stabrakel zu verwenden, um eine ausreichende Schlichtwirkung zu erhalten, steht die zu geringe Steifheit derselben entgegen. Da bei Durchbiegung des Stabes durch die Zugspannung sich Falten im Papier bilden, die zu Ausschuß führen, muß der dünne Rakelstab nicht nur an seinen Enden, sondern auch im gesamten Kontaktbereich mit der Papierbahn gelagert sein. Die Lagerung des Stapel bringt insofern Probleme, als nur ein kleiner Bereich seines Umfangs abgestützt werden kann, da ein anderer, möglichst großer Teil des Umfangs von der Bahn umschlungen werden soll, um ausreichende Schlichtwirkung zu erhalten. Hierdurch ist also eine formschlüssige Halterung des Stabes nicht zu erreichen, woraus die im Folgenden beschriebenen Schwierigkeiten resultieren.

[0006] Bei bekannten Ausführungsformen der Brechrakelvorrichtung erfolgt die Lagerung des Stabes außer in Wälzlagern an den Enden des Stabes auch mittels zweier Reihen versetzt angeordneter Rollen, die auf einem verbiegungssteifen Träger befestig sind (Figur 1). Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist, daß die Einbettung des Stabes zwischen den Rollen kaum mehr als 90° Umschlingung durch die Bahn zuläßt, die Schlichtwirkung also grundsätzlich nur mäßig ist. Daneben wird durch die Rollen die Staboberfläche verändert, so das es auf den Oberflächen empfindlicher Papiere zu Streifenbildungen kommt. Die Ausbildung der Streifem erfolgt besonders unter Einwirkung von Vibrationen und dadurch bedingter Schlagwirkung des Stabes auf die Rollen infolge der sehr hohen Drehzahlen des von der Papierbahn angetriebenen Stabes. Die Vibrationen können auch bewirken, daß der Stab aus seiner Lagerung herausspringt. Häufig ist die Ursache dieser Erscheinungen die hohe Verschleißrate der Lager der Rollen.
Aus US-A-4 539 072 ist eine Vorrichtung zum Vermindern der Rollneigung von Papierbahnen bekannt, bei der die Bahn S-förmig um zwei dicht nebeneinander angeordnete drehbare Brechrakelstäbe geführt wird. Die Stäbe können in einem Rakelbett mit Luftspülung gelagert sein.
In DE-B-19 27 376 ist eine Konzeption einer Brechrakel beschrieben, die gegenüber den früher bekannten Konstruktionen eine höhere Betriebssicherheit bietet, indem die Neigung der Stäbe zu Vibrationen und Schlägen unter­bunden wird. Dies geschieht durch Einwirkung von Magneten auf den Stab, die abwechselnd mit Lagerelementen der im Vorausgehenden beschriebenen Versionen, vorzugsweise Rollen, angeordnet sind Für Papiere mit empfindlicher Oberfläche hat eine solche Brechrakelvorrichtung den Nachteil einer getrennten Anordnung von Dämpfungs- und Lagerelementen, wodurch nach wie vor eine Streifenbildung auf der Papieroberfläche gegeben ist. Die Dämpfung der Stabschwingungen durch Magnetwirkung ist auch mit einer Bremsung der Stabumdrehung verbunden, so daß durch den damit vergrößerten Schlupf eine stärkere, die Papier­oberfläche beeinträchtigende Friktion resuliert. Nachteilig ist bei dieser Stablagerung die geringe mögliche Umschlingung; werden, wie vorgeschlagen für leichte Papiere, dünnere Stäbe verwendet, wird sie noch kleiner.

[0007] In dieser Druckschrift ist auch ein Vorschlag für die Ausführungsform einer Brechrakel enthalten, bei der die Lagerung des Stabes mittels muldenförmiger Gleitlager erfolgt, die abwechselnd mit Magneten angeordnet sind, welche den Rakelstab an dem Herausspringen aus dem Lager hindern. Als Lagermetall wird Sinterbronze verwendet, durch die mittels Druckluftzuführung durch Öffnungen in dem Lagergehäuse ein Luftfilm zwischen Stab und Lagermetall erzeugt werden soll. Im Gegensatz zu der Ausführungsform mit Rollenlagerung hat diese Konstruktion sich in der Praxis nicht eingeführt.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brechrakeleinrichtung zu schaffen, die eine unkomplizierte, betriebssichere und wirksame Betriebsweise unter Erhaltung des ursprünglichen Oberflächenaspekts des Papiers gewähr­leistet und die Nachteile der bekannten Ausführungsformen vermeidet.

[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur Beseitigung der Rollneigung bahnförmigen Materials, insbesondere einer solchen von Papier und Karton mit einem harten Stab, der in einem muldenförmigen Lagerbett frei drehbar ist, dessen Enden außerhalb des muldenförmigen Lagerbettes in Lagern gehalten werden, deren Gehäuse starr mit dem Rakelbett verbunden sind, und der von dem bahn­förmigem Material in einem Winkel bis zu 120° umschlungen wird, wobei die Lagerreibung durch Druckluftzufuhr mittels Öffnungen im Boden des Lagerbettes verringerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Stabes axial verschiebbar in den Lagern gehalten sind und die Gehäuse der Lager als Gegenlager zu Spannelementen dienen, die auf die Enden des Stabes wirken und diesem eine Zugspannung geben, und daß ferner das Lagerbett aus einem Polymer­material besteht.

[0010] Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

[0011] Die erfindungsgemäße Lösung bietet folgende Vorteile:
- gleichmäßige Lagerbedingungen des Stabes über die gesamte Breite der Papierbahn, um Streifen zu ver­meiden,
- geringen Schlupf, d. h. der Bahngeschwindigkeit möglichst nahe kommende Umfangsgeschwindigkeit des Stabes, was bei nicht angetriebenem Stab optimale Leichtgängigkeit voraussetzt,
- wirksame Dämpfung der Vibrationen, um Herausspringen des Stabes und Lagerschäden zu verhindern,
- größtmöglichen Umschlingungswinkel und Variierbarkeit der Umschlingung, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Stäbe verschiedener Stärken je nach Papierflächenmasse zu verwenden.

[0012] Die Lösung der Aufgabe, eine Brechrakelvorrichtung zu schaffen, die die vorstehenden Forderungen bei Papierbahn­geschwindigkeiten über 300 m/min. erfüllt, wurde gefunden durch Verwendung eines unter Zugspannung in axialer Richtung stehenden frei drehbaren Stabes, der über seine Kontaktlänge mit der Papierbahn in einem muldenförmigen Gleitlager aus einem zähen Polymerwerkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten läuft, wobei durch Druckluft aus Bohrungen im Grund des Gleitlagers der Stab einer solchen Kraft ausgesetzt wird, daß dieser im Betriebszustand überwiegend keinen Kontakt mit dem Gleitlager hat und von einem Luftkissen getragen wird.

[0013] Für die Erzielung maximaler Umschlingung des Stabes durch die Papierbahn war die Verwendung eines muldenförmigen Lagers in einem prismatischen Tragkörper mit geringst­möglicher Stabumfassung Voraussetzung. Es hat sich heraus­gestellt, daß das Problem der Vibrationen und des Heraus­springens des Stabes aus dem Lager ohne Anwendung zu Bahn­markierungen führender Hilfsmittel mittels Vorspannung des Stabes zu lösen ist.

[0014] Hierbei wurde zunächst ein muldenförmiges Stablager aus Bronze verwendet, das in seinem Grund Bohrungen für die Luftzuführung aufwies und eine Nut, die eine Luftverteilung in Längsrichtung des Stabes ermöglichte. Mit der Bronze­auslegung erwies sich diese Stablagerung für höhere Geschwindigkeiten als ungeeignet. Es kam zu intensiven Vibrationen unter starker Geräuschentwicklung und einem rapiden Verschleiß der Lagerschale, wobei Bronzeabrieb auf die Papierbahn übertragen wurde und diese verschmutzte. Eine Verbesserung des Laufverhaltens des Stabes durch Veränderung des Luftdrucks war dabei nur im geringen Maß möglich.
Überraschenderweise führte der Ersatz des belüfteten Bronzelagers durch ein solches aus einem für Gleitelemente üblichen Polymerwerkstoff in Kombination mit einer Lagerung unter Zugspannung zu einem einwandfreien, vibrationsarmen Laufverhalten bei Bahngeschwindigkeiten bis über 350 m/min.

[0015] Als gut geeignet erwies sich z. B. NYLATRON NSM (Waren­zeichen der Polypenko Gesellschaft für Industrierohstoffe, Bergisch Gladbach), ein Polyamid hoher Zähigkeit mit guten Trockenlaufeigenschaften durch einen Gehalt an Molybdän­sulfid. Das ausgezeichnete Dauerlaufverhalten dieses Werkstoffs ohne sichtbare Verschleißerscheinungen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem überraschend, weil er bei trockenem Betrieb i. a. nur die Geschwindigkeiten bis maximal 180 m/min. empfohlen wird.

[0016] Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtungen wird in Figur 2 a/b/c veranschaulicht. Figur 2 a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt. Figur 2 b zeigt die Ausbildung der Lagerung im Ausschnitt, und Figur 2 c ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung. Der Rakelstab (1) aus Stahl liegt in dem sich über seine gesamte Nutzlänge erstreckenden muldenförmigen Lager (2), das ihn in einem Winkel von etwa 150° umfaßt. Mittels des verbiegungssteifen, allseits geschlossenen kastenförmigen Tragkörpers (4) wird das Lager (2) in Betriebsposition gehalten und über die Bohrungen (3) mit Preßluft versorgt. Am Grund der Lagerfläche befindet sich eine Nut (13), durch die die Öffnungen der Bohrungen (3) miteinander verbunden sind, so daß eine gleichmäßige Verteilung der austretenden Preßluft unter dem Rakelstab (1) gewährleistet ist. Über die Rohrleitung (5) ist der kastenförmige Tragkörper (4) mit einer Preßluftquelle verbunden.

[0017] Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschneidemaschine erfolgt in bekannter Weise zwischen zwei Bahnleitwalzen. Hierbei kann die Umschlingung des Rakelstabes durch die Papierbahn - und damit seine Schlichtwirkung - durch Verschiebung in senkrechter Richtung zu der durch die parallelen Achsen der beiden Leitwalzen definierten Ebene verändert werden (Figur 3).

[0018] Zwecks Erzeugung der Vorspannung des Rakelstabes stecken dessen Enden in fest mit ihnen verbundenen Führungs­buchsen (8) und diese wiederum leicht verschiebbar in Axiallagern (6), vorzugsweise Schrägkugellagern. Die Axiallager (6) sind mittels Seegerringen (11) in den Lagergehäusen (12) fixiert, welche an den Enden des kastenförmigen Tragkörpers (4) befestigt sind. Die Enden des Rakelstabes (1) ragen mit den auf ihnen befindlichen Führungsbuchsen (8) nach außen über die Axiallager (6) hinaus, um die Spiralfedern (7) aufnehmen zu können, die mittels der Spannmuttern (9) unter Anpressung gegen den inneren Ring der Axiallager (6) die Vorspannung nach Bedarf einstellbar machen.

[0019] Die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Ermittlung der Betriebszustände an einer Aus­führungsform für die Schlichtung von Kunstdruckpapier von 90 bis 250 g/m² in einem Querschneider veranschaulicht.

Rakelstab

[0020] Material: Vergütungsstahl HRC 60
Stablänge: 1800 mm, Durchmesser: 16 mm
Stabvorspannung: 1500 N
Umschlingung des Rakelstabs durch die Papierbahn: 90-120°

Lagerbett für Rakelstab:

[0021] Material: NYLATRON NSM
Länge: 1500 mm
Querschnitt entsprechend Figur 2c

Materialbahn:

[0022] Papier: Kunstdruck 135 g/m²
Papierbahnbreite: 900 mm
Bahnzugspannung: 500-550 N

Versuch 1 bei 200 m/min.

[0023] 

Luftdruck (bar)	6.0	5.5	5.0	4.0
Umfangsgeschwindigkeit des Rakelstabes (m/min.)	197	198	194	188

Versuch 2 bei 350 m/min.

[0024] 

Luftdruck (bar)	6.0	5.5	5.0	4.0
Umfangsgeschwindigkeit des Rakelstabes (m/min.)	338	338	326	312

[0025] Optimale Leichtgängigkeit des Rakelstabes wird danach durch Anwendung eines an den Bahnzug angepaßten Luftdrucks unter Ausbildung eines Luftkissens bewirkt.

[0026] Bei beiden Versuchseinstellungen konnte durch Veränderung des Umschlingungswinkels des Rakelstabes durch die Bahn mittels der üblichen Verstellvorrichtung (Figur 3) eine einwandfreie Planlage über den gesamten Durchmesserbereich der Papierrollen erhalten werden.

[0027] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit ein Hilfsmittel für die Erzielung einwandfrei planliegender Papierformate, mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkungen, namentlich durch höhere Betriebssicherheit durch ver­schleißsichere Lagerung, Leichtgängigkeit, Fortfall des Risikos von Streifenbildungen auf dem Papier, wie solche bei Rakelstablagerungen mit diskreten Stützbereichen bekannt sind, größtmögliche Nutzbarkeit des Stabrakel­umfangs für die Bahnumschlingung und dementsprechend hoher Variationsbereich der Glättwirkung. Vorteilhaft ist die Möglichkeit der Anordnung der Vorrichtung über oder unter waagerechten oder mit beliebiger Steigung verlaufenden Bahnzügen, die durch die verwendete Lagerung des Rakel­stabes unter Spannung ermöglicht wird.

Bezugszeichenliste

[0028] 

1 Rakelstab

2 muldenförmiges Lager aus Polymermaterial

3 Bohrungen für Luftzuführung

4 kastenförmiger Tragkörper

5 Preßluftzuleitung

6 Axiallager für Rakelstab

7 Spiralfeder

8 Führungsbuchse (auf Rakelstab fixiert)

9 Spannmutter

10 Stützring für Spiralfeder

11 Fixierelemente für Axiallager (Seeger-Ringe)

12 Lagergehäuse

13 Nut am Grund des muldenförmigen Lagers

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Beseitigung der Rollneigung bahnförmigen Materials, insbesondere einer solchen von Papier und Karton mit einem harten Stab (1), der in einem mulden­förmigen Lagerbett frei drehbar ist, dessen Enden außer­halb des muldenförmigen Lagerbettes (2) in Lagern (6) gehalten werden, deren Gehäuse (12) starr mit dem Rakel­bett (2) verbunden sind, und der von dem bahnförmigen Material in einem Winkel bis zu 120° umschlungen wird, wobei die Lagerreibung durch Druckluftzufuhr mittels Öffnungen im Boden des Lagerbettes verringerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Stabes (1) axial verschiebbar in den Lagern (6) gehalten sind und die Gehäuse (12) der Lager (6) als Gegenlager zu Spannelementen (7) dienen, die auf die Enden des Stabes (1) einwirken und diesem eine Zugspannung geben, und daß ferner das Lagerbett (2) aus einem Polymermaterial besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente Spiralfedern (7) sind, die auf Abschnitten des Stabes (1), die über die Lager (6) hinausragen, angeordnet sind und Muttern (9) auf den Enden des Stabes (1) gegen den inneren Ring der als Rollenlager, vorzugsweise als Schrägkugellager ausgebildeten Lager (6) gepreßt werden.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerbett (2) aus einem Polymermaterial mit guten Trockenlaufeigenschaften für Stahlwellen besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymermatlerial des Lagerbettes (2) ein Polyamid mit okkludierten Molybdänsulfidpartikeln ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Boden des Lagerbettes (2) in eine Längsnut (13) im Grund des muldenförmigen Lager­bettes (2) münden.

Zeichnung