DE19927897A1 - Kontakt- oder Transportwalze mit einstellbarer Biegung - Google Patents

Abstract

Es sind Kontakt- oder Transportwalzen mit einstellbarer Biegung bekannt, die aus einer an seitlichen Lagerzapfen (10) drehbar gelagerten inneren Stützwalze (7) und einem in etwa konzentrisch zur inneren Stützwalze (7) angeordneten äußeren Walzenrohr (1) aufgebaut sind. Das äußere Walzenrohr (1) stützt sich über Distanzringe (15) auf der Mantelfläche der inneren Stützwalze (7) ab und weist eine stirnseitige Lagerung auf, deren relative Position zur Lagerung der inneren Stützwalze (7) in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (6) veränderbar ist. DOLLAR A Nach der Erfindung erstreckt sich das äußere Walzenrohr (1) über die gesamte axiale Länge der Walze, und es ist über seine axiale Länge aus einen einheitlichen Material oder Materialverbund gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontakt- oder Transportwalze mit einstellbarer Biegung, insbesondere eine Kontaktwalze für Folienwickelmaschinen mit einer großen Breite von beispielsweise 4 bis 12 m, die aus einer an seitlichen Lagerzapfen drehbar gelagerten inneren Stützwalze und einem in etwa konzentrisch zur inneren Stützwalze angeordne­ ten äußeren Walzenrohr aufgebaut ist, wobei das äußere Walzenrohr sich über Distanzringe auf der Mantelfläche der inneren Stützwalze abstützt und eine stirnseitige Lagerung aufweist, deren relative Position zur Lagerung der inneren Stützwalze in einer Richtung senkrecht zur Drehachse veränderbar ist, um die Biegung seiner Mantelfläche zu beeinflussen.

In Wickelmaschinen zum Aufwickeln von laufenden Warenbahnen, beispielsweise Papierbahnen oder Kunststoffolien, werden als Kontakt- oder Transportwalzen sich über die gesamte Arbeitsbreite der Maschine erstreckende Walzen eingesetzt, auf die der Bahnzug einwirkt. Derartige Walzen sind beispielsweise Kontaktwalzen, die teilweise von der Bahn umschlungen sind und unter Druck an den Wickelrollen anliegen, um insbesondere bei hohen Wickelgeschwindigkeiten das Eindringen von Luft in die Wickelrollen weitgehend zu verhindern. Weiterhin werden zur Einstellung eines definierten Bahnzugs und/oder einer definierten Bahngeschwindigkeit Walzenpaare verwendet, bei denen die Walzen gegeneinander gepreßt werden und die Bahn durch den Spalt (Nip) zwischen den beiden Walzen geführt wird.

Bei Wickelmaschinen mit großer Arbeitsbreite von 4 m und mehr ist es erforderlich, die Kontaktlinie der Walze zur Wickelrolle oder der zweiten Nipwalze exakt geradlinig verlaufend einzustellen. Zum einen bewirkt das Eigengewicht der nur an den Stirnseiten gelagerten Walze eine Durchbiegung und somit eine Abweichung von der ideal geradlinigen Kontaktlinie. Zum anderen bewirkt die über die Bahnbreite auf die Mantelfläche angreifende Bahnzugspannung eine Verbiegung der Walze in deren Wirkrichtung. Darüber hinaus kann es bei verschiedenen Anwendungen vorteilhaft sein, den Kontaktdruck über die Walzenlänge unterschiedlich einzustellen. So kann es beispielsweise bei einer unter Druck an den Wickelrollen anliegenden Kontaktwalze vorteilhaft sein, in der Mitte der Warenbahn mehr Druck auszuüben als an deren Rändern, um mitgeschleppte Luft zur Seite zu pressen.

Zur Verbesserung des Biegeverhaltens sind sogenannte Doppelmantelwalzen bekannt, die aus einer inneren Stützwalze und einem im wesentlichen konzentrisch zur inneren Stützwalze und mit radialem Abstand von deren Mantelfläche angeordneten äußeren Walzenrohr aufgebaut sind, wobei sich das äußere Walzenrohr auf der Mantelfläche der inneren Stützwalze abstützt. So beschreibt die DE 29 61 379 U eine Walze, bei der die innere Stützwelle im Längsmittelbereich einen Abschnitt größeren Durchmessers besitzt, der an der Innenfläche des äußeren Walzenrohrs anliegt. Es wird so eine Durchbiegung der Walze in der Walzenmitte unterdrückt.

Eine gattungsgemäße Walze, die zusätzlich die Möglichkeit bietet, die Biegung an der Mantelfläche zu beeinflussen, ist aus der WO 98/33738 bekannt. Diese Walze weist eine innere Stützwalze auf, deren Durchmesser im mittleren Bahnbereich so verbreitert ist, dass ihre Mantelfläche als Kontaktfläche für die Materialbahn dient. An beiden Randbereichen sind äußere Walzenrohre über der inneren Stützwalze angeordnet, die sich jeweils an ihrem inneren, der Kontaktfläche der Stützwalze benachbarten Ende auf einem Distanzring abstützen, der über die innere Stützwalze gezogen ist. An den Bahnrändern ist jedes äußere Walzenrohr - ebenso wie die innere Stützwalze - in einem Lagergehäuse gelagert, wobei das als Innenlager ausgebildete Lager eines äußeren Walzenrohres in eine Richtung senkrecht zur Drehachse der Walze verschieb­ bar gestaltet ist. So läßt sich mit dem Distanzring am anderen Ende des Walzenrohrs als Gegenlager die Biegung der Mantelfläche des äußeren Walzenrohres beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv möglichst einfach aufgebaute und einfach zu wartende Walze für empfindliche Materialien zu schaffen, bei der die Biegung der Kontaktlinie möglichst frei einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das äußere Walzenrohr sich über die gesamte axiale Länge der Walze erstreckt und drehbar, aber ortsfest in einem Lagergehäuse gelagert ist. Die innere Stützwalze weist an jeder Stirnseite einen Lagerzapfen auf, der jeweils durch ein Radiallager geführt ist, das im Lagergehäuse senkrecht zur Drehachse begrenzt verschiebbar gelagert ist. Durch eine Verschiebung des Radiallagers läßt sich so die innere Stützwalze gezielt verschieben, um über die Distanzringe die Biegung des äußeren Walzenrohres zu beeinflussen. Die Kraft für die Verbiegung des äußeren Walzenrohres wird dabei von der inneren Stützwalze übertragen, die nicht mit der Bahn in Kontakt steht. Dies ermöglicht es, das Biegeverhalten der Kontaktfläche frei einzustellen. Das sich über die axiale Länge erstreckende äußere Walzenrohr hat keine Kanten, die bei empfindlichen Materialien zu Markierungen führen können.

Die erfindungsgemäße Walze hat den weiteren Vorteil, dass die Abstände zwischen den Lagern der Stützwalze und des äußeren Walzenrohres auf ein Minimum reduziert werden kann. Das die Gesamtlagerung aufnehmende Lagergehäuse kann somit geringe Baumaße aufweisen.

Weiterhin kann das Lager des äußeren Walzenrohres als Außenlager gestaltet werden, das über eine flanschartige Verlängerung gezogen ist. Beide Lager sind somit gut zugänglich und können einfach gewartet werden.

Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Walze.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestell­ ten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Walze.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Lagerung an einer Seite.

Die in den Figuren dargestellte Walze ist besonders geeignet als Kontaktwalze für eine Wickelmaschine zum Aufwickeln von Kunststoffolien, wobei die Kontaktwalze teilweise von der Materialbahn umschlungen ist und unter Druck an den Wickelrollen anliegt. Ebenso ist die Walze vorteilhaft als Transportwalze einsetzbar, die als sogenannte Nip- Walze mit einer breiteren Walze einen Walzenspalt (Nip) bildet, durch den die zu transportierende Bahn geführt ist. Bei derartigen Walzen führt das Eigengewicht, eine schwankende Dicke der zu verarbeitenden Materialbahn, sich ändernde Bahnzugspan­ nungen und/oder unterschiedliche Anpreßkräfte zu Änderungen der Kontaktlinie und somit zu Fehlern im Liniendruck, die kompensiert werden müssen, um Fehler bei der Wickelrollenproduktion zu vermeiden.

Die Walze weist ein begrenzt biegsames äußeres Walzenrohr 1 auf, das sich in seiner Länge axialen über die gesamte Arbeitsbreite, i. e. die maximale Breite der zu verarbei­ tenden Materialbahn erstreckt und über seine Länge aus einem einheitlichen Material oder Materialverbund, vorzugsweise aus Stahl, Aluminium oder einem Kohlenstoffaser- Verbundwerkstoff, gefertigt ist. Die äußere Mantelfläche des Walzenrohrs 1 bildet die Kontaktfläche mit der Bahn oder der Wickelrolle. Sie ist bevorzugt gummiert, damit Markierungen auf den empfindlichen Kunststoffolien vermieden werden. An jedem stirnseitigen Ende ist das äußere Walzenrohr 1 auf einem ringförmig gestalteten Lagerteil 2 befestigt, das nach außen zu einem als Hohlzapfen ausgebildeten Lager­ zapfen 3 verlängert ist. Außen auf dem Lagerzapfen 3 ist der innere Laufring eines Radiallagers 4 befestigt, dessen äußerer Laufring an der Innenwand eines feststehen­ den Lagergehäuses 5 befestigt ist. Das Walzenrohr 1 ist so um die Drehachse 6 drehbar und gegen axiale Verschiebung gesichert in dem Lagergehäuse 5 gelagert.

Im Innern des äußeren Walzenrohrs 1 ist eine Stützwalze 7 angeordnet, die ebenfalls um die Drehachse 6 drehbar gelagert ist. Bevorzugt ist die Stützwalze 7 als Hohlwalze ausgebildet, um ihr Gewicht zu minimieren, und aus Stahl oder einem Kohlenstoffaser- Verbundwerkstoff gefertigt. Sie baut sich aus einem rohrförmigen Walzenmantel 8 auf, der mit geringem Abstand von dem äußeren Walzenrohr 1 angeordnet ist und in etwa konzentrisch zu diesem verläuft. Die Stirnseiten des Walzenmantels 8 enden jeweils mit Abstand vor dem stirnseitigen Lagerteil 2 des äußeren Walzenrohrs 1, so dass in diesem Bereich eine Relativbewegung der beiden Teile zueinander möglich ist. Ähnlich wie das äußere Walzenrohr 1 ist das axiale Ende des Walzenmantels 8 jeweils an einem ring- oder buchsenförmigen Lagerteil 9 befestigt, an das ein Lagerzapfen 10 konzentrisch zur Drehachse 6 angeschlossen ist. Der Lagerzapfen 10 erstreckt sich nach außen durch die Bohrung 11 des Hohlzapfens 3 und anschließend durch das Lagergehäuse 5 nach außen, so dass erforderlichenfalls Antriebsmittel angeschlossen werden können.

Die innere Stützwalze 7 ist an ihrem Lagerzapfen 10 in dem Lagergehäuse 5 in einem Radiallager 12 drehbar gelagert, das begrenzt zumindest in einer Richtung senkrecht zur Drehachse 6 verschiebbar im Lagergehäuse 5 angeordnet ist. Dazu ist der äußere Laufring des Radiallagers 12 an einem Lagerblock 13 befestigt, der mittels eines oder mehrerer Stellelemente in zumindest eine, bevorzugt in zwei Richtungen senkrecht zur Drehachse 6 begrenzt verschiebbar gelagert ist. Als Stellelement dient in der Ausfüh­ rungsform nach den Figuren eine Verstellschraube 14, die durch die Außenwand des Lagergehäuses 5 geführt ist. Eine zweite Schraube 14 dient als Gegenlager, um zu gewährleisten, dass der Kontakt zwischen dem Stellelement und dem Lagerblock 13 in jeder Position erhalten bleibt und so dieser fixiert gehalten wird. Bevorzugt werden als Stellelemente für die radiale Verschiebung des Lagerblocks 13 Piezoelemente eingesetzt, die fernbetätigt werden können. Alternativ können auch Keilsysteme, Stellmotoren mit Spindeltrieb oder auch thermische Expansionselemente eingesetzt werden, die aus festen Materialien mit bekannten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen; beispielsweise widerstandsbeheizte Bolzen aus Stahl.

Um die radiale Position eines Lagerblocks 13 und somit die Biegung des äußeren Walzenrohres 1 reproduzierbar einstellen und steuern zu können, werden bevorzugt Kraft-Mess-Elemente im Lagergehäuse 5 angeordnet, von denen die Anpreßkraft des Stellelementes gegen den Lagerblock 13 gemessen wird.

Zumindest im mittleren Bereich der Walze stützt sich das äußere Walzenrohr 1 auf dem Walzenmantel 8 über zumindest einen Distanzring 15 ab, der aus einem inkompressi­ blen Material gefertigt ist, so dass er als radialer Abstandshalter dient. Beim Einsatz als Kontaktwalze werden bevorzugt zwei Distanzringe 15 im mittleren Bereich der Walze mit Abstand voneinander angeordnet, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Für manche Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, nur einen Distanzring 15 in der axialen Walzenmitte anzuordnen. Nur ein Distanzring 15 in der Mitte hat den Vorteil, dass ein geringerer Kraftaufwand für die über die Lager 12 eingeleiteten Biegemomente erforderlich ist. Es bildet sich auch ein kleinerer Biegewinkel an den Kanten des mittigen Distanzringes 15, an dessen Elastizität somit geringere Anforderungen gestellt werden. Die Ausführungsform mit zumindest zwei Distanzringen hat dagegen den Vorteil, dass die Konstruktion insgesamt biegesteifer ist und der notwendige Hub für die Stellelemente 14 nicht so groß ist. Mehr als zwei Distanzringe 15 sind ebenfalls möglich.

Wird die Walze über den Lagerzapfen 10 der inneren Stützwalze 7 angetrieben, so sind der oder die Distanzringe 15 fest mit dem Walzenrohr 1 und dem Walzenmantel 8 verklebt, damit Drehmomente übertragen werden können. Bei einer radialen Verschie­ bung des Lagers 12 wird der mit ausreichendem Spiel durch den Hohlzapfen 3 geführte Lagerzapfen 10 der inneren Stützwalze 7 radial verschoben. Die bevorzugt parallele Verschiebung der inneren Stützwalze 7 mittels der beiden Lager 12 an ihren Enden bewirkt über die Distanzringe 15 eine Biegekraft auf das äußere Walzenrohr 1. Durch die Anzahl, den gegenseitigen Abstand und die axiale Position, sowie die Härte/Elastizität der Distanzringe 15 können die charakteristischen Größen (Verlauf, Kraftverteilung, Übersetzung, Dämpfung etc.) der Biegelinie des Walzenrohrs 1 in Abhängigkeit von der radialen Verschiebung der beiden Lagerzapfen 10 vorbestimmt und auf den Einsatzbe­ reich angepaßt eingestellt werden. Die aufgabenspezifische Feinjustierung der Biegelinie und/oder der Kontaktkraftverteilung erfolgt dann über die an den Lagerzapfen 10 angreifenden Stellelemente. Bevorzugt ist das äußere Walzenrohr 1 wesentlich biegeweicher gestaltet als die innere Stützwalze 7, damit eine Verschiebung der Lagerzapfen 10 möglichst direkt auf das äußere Walzenrohr 1 übertragen wird.

Bevorzugt greifen an jedem Wellenzapfen jeweils zwei Stellelemente an, die senkrecht zueinander wirken. Dies ermöglicht die Übertragung einer Spannung in zwei unabhängi­ ge Richtungen, beispielsweise einmal in vertikaler Richtung, um die Eigengewichts- Durchbiegung der Walze zu kompensieren, zum anderen in horizontaler Richtung, um eine gewünschte Kontaktkraftverteilung beim Anliegen an einer Wickelrolle einzustellen.

Claims (6)

1. Kontakt- oder Transportwalze mit einstellbarer Biegung, die aus einer an seitlichen Lagerzapfen (10) drehbar gelagerten inneren Stützwalze (7) und einem in etwa konzentrisch zur inneren Stützwalze (7) angeordneten äußeren Walzenrohr (1) aufgebaut ist, wobei das äußere Walzenrohr (1) sich über Distanzringe (15) auf der Mantelfläche der inneren Stützwalze (7) abstützt und eine stirnseitige Lagerung aufweist, deren relative Position zur Lagerung der inneren Stützwalze (7) in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (6) veränderbar ist, um die Biegung seiner Mantelfläche zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Walzenrohr (1) sich über die gesamte axiale Länge der Walze erstreckt und über seine axiale Länge aus einem einheitlichen Material oder Materialverbund gefertigt ist.

2. Kontakt- oder Transportwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Walzenrohr (1) drehbar, aber ortsfest in einem Lagergehäuse (5) gelagert ist, und dass die innere Stützwalze (7) an jeder Stirnseite einen Lagerzapfen (10) aufweist, der jeweils durch ein Radiallager (12) geführt ist, das im Lagergehäuse (5) senkrecht zur Drehachse (6) begrenzt verschiebbar gelagert ist.

3. Kontakt- oder Transportwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellelemente zur Verschiebung des Lagers (12) Verstellschrauben (14), Piezo- Elemente, Keilsysteme, Stellmotoren mit Spindeltrieb und/oder thermische Expansions­ elemente eingesetzt werden.

4. Kontakt- oder Transportwalze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (12) der inneren Stützwalze (7) in zwei Richtungen senkrecht zur Drehachse (6) verschiebbar gelagert ist.

5. Kontakt- oder Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass im mittleren Bereich der Walze ein einziger Distanzring (15) angeordnet ist.

6. Kontakt- oder Transportwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass im mittleren Bereich der Walze zumindest zwei Distanzringe (15) mit Abstand voneinander angeordnet sind.