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Dokumentenidentifikation DE4336114A1 27.04.1995
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Abwickeln und zur definierten Führung eines Materialbandes
Anmelder Hoechst AG, 65929 Frankfurt, DE
Erfinder Idstein, Hermann, 65375 Oestrich-Winkel, DE;
Gartmann, Uwe, Dipl.-Ing., 65203 Wiesbaden, DE
DE-Anmeldedatum 22.10.1993
DE-Aktenzeichen 4336114
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse B65H 23/06
IPC-Nebenklasse B65H 16/00   B65H 77/00   B29C 55/00   
Zusammenfassung Auf einer Achse 15 sitzt eine Bremstrommel 4 auf, über die ein Bremsband 2 geführt ist. Am Umfang einer Wickelrolle 1 liegt eine Abtastrolle 10 an, die an dem einen Ende einer Schwinge 3 befestigt ist, während das andere Ende der Schwinge 3 in einem Lager 9 gelagert ist. Von der Schwinge 3 erstrecken sich rechtwinklig zwei Tragstangen 13, die an ihren unteren Enden eine Einhängestange 7 für eine Zugfeder 8 aufnehmen. Das Bremsband 2 ist im Bereich des einen Endes mit Ösen 12 ausgerüstet. Ein lagefester Einhängebolzen 11 arretiert eine der Ösen 12. Das andere Ende des Bremsbandes 2 ist mit der Zugfeder 8 verbunden. Die Wickelrolle 1 sitzt auf einem Wickeldorn 5 auf, der sich in der Achse 15 fortsetzt. Von der Wickelrolle 1 wird ein Materialband 14 abgewickelt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abwickeln und zur definierten Führung eines Materialbandes in einer Verarbeitungsanlage, bei dem eine Wickelrolle des Materialbandes achsgebremst wird, sowie eine Vorrichtung hierfür.

Bei der Produktion von Materialbändern aus Metall, Papier, Kunststoff oder dergleichen, die beschichtet werden sollen, wird das Ausgangsmaterial im allgemeinen von einer Wickelrolle abgewickelt und durch verschiedene Verarbeitungsstationen hindurchgeführt in denen das Materialband gereinigt, beschichtet, getrocknet und sonstigen Bearbeitungsschritten unterzogen wird.

Um einen bestimmten definierten Folienaufbau zu erreichen, ist es Stand der Technik, beim Aufwickeln einer Folienbahn die Zugkraft in der Folienbahn als konstant oder als Funktion der Zeit vorzugeben. Dies geschieht normalerweise durch Vorgabe eines bestimmten Drehmoments für den Antriebsmotor der Wickelstation, auf deren Wickelkern die Folienbahn aufgewickelt wird. So ist in der DE-A - 27 12 436 ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von biaxial orientiertem wärmefixiertem Polymerfilm beschrieben, der einer Spannung ausgesetzt ist, die mindestens dreimal so groß wie die normal beim Filmtransport zwischen den Verstreckstationen und der Aufwickelstation auftretenden Spannungen ist, während der Film bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und dem Einfrierpunkt des Films gehalten wird. Der Polymerfilm wird der hohen Längsspannung zwischen dem Wärmefixieren und dem Aufwickeln ausgesetzt, wobei die Längsspannung mindestens die fünffache normale Transportspannung beträgt.

Aus der EP-B - 0 211 313 ist ein Verfahren zum Aufwickeln einer Materialbahn auf einen Wickelkern einer Wickelstation bekannt, bei dem die Materialbahn in einem Umschlingungswinkel kleiner als 180° um eine Anpreßwalze geführt wird, die gegen einen drehenden Wickel der Materialbahn anliegt. Die Zugkraft in der Materialbahn wird laufend gemessen und einer vorgegebenen Anpreßkraft, mit der die Anpreßwalze an dem Wickel anliegt, zu einer Kraft F aufaddiert, mit der die Anpreßwalze gegen den Wickel angedrückt wird. In Aufwickelrichtung der Materialbahn ist der Anpreßwalze eine Meßwalze vorgeschaltet, über die die Materialbahn geführt ist, um die Zugkraft in der Materialbahn zu messen. Die gemessene Kraft wird mit der vorgegebenen Anpreßkraft, die im Berührungspunkt von Anpreßwalze und Wickel der Wickelstation angreift, addiert, und die Summe beider Kräfte ergibt die Kraft, mit der die Anpreßwalze an den Wickel angedrückt wird.

Die definierte Führung eines Materialbandes in einer Verarbeitungsanlage bedarf nicht nur eines geeigneten Antriebs, sondern auch einer Rollenbremsung, um einen gewünschten Bandzug bestimmter Größe konstant einstellen zu können. Durch den Bandzug bzw. die Zugspannung, die auf das Band ausgeübt wird, werden neben den übrigen Eigenschaften, die durch die Verarbeitung bestimmt sind, auch die Streckeigenschaften beeinflußt, insbesondere bei Materialbändern, die gleichzeitig zur Trocknung noch mit Wärme beaufschlagt werden.

Das Führen des Bandes durch eine Verarbeitungsanlage mit einem bestimmten Bandzug bzw. mit einer bestimmten Zugspannung ist erforderlich, um ein seitliches Abweichen von der Maschinenmitte und eine Faltenbildung des Materialbandes zu vermeiden. Für konstante Fahrweisen bzw. Produkteigenschaften muß der Bandzug reproduzierbar eingestellt werden. Die Größe des erforderlichen Bandzuges hängt von verschiedenen Faktoren ab. Derartige Bestimmungsgrößen für den Bandzug sind die Bandbreite, das Flächengewicht bzw. die Dicke des Materialbandes, die Oberflächenglätte, -rauheit sowie der Dehnungsmodul des Materials. Als Bremssysteme werden Achsbremsung und Umfangsbremsung eingesetzt.

Bei der Achsbremsung wird die Rolle an ihrem Rollenzentrum, d. h. an ihrer Trägerachse, auf mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Weise gebremst. Das gesamte Bremsmoment am Rollenzentrum zur Aufrechterhaltung des konstanten Bandzuges verhält sich proportional zum Rollenradius der Wickelrolle. Es gilt für das gesamte Bremsmoment die Beziehung Mz = Bandzug Fz X Wickelradius Rw.

Bei der Umfangsbremsung bietet sich die Umfangskraft selbst als Regelgröße an. Sie ist immer dem vorgeschriebenen Bandzug gleichzuhalten. Auf die Rolle kann die Umfangskraft entweder durch stationäre Bänder oder durch einen umlaufenden Gurt übertragen werden. Nachteilig sind bei der Umfangsbremsung Verdehnungen oder Beschädigungen, vor allem bei dünneren Bandmaterialien. Außerdem tritt hierbei vermehrt ein Abrieb in Gestalt von Staubpartikeln bzw. elektrostatische Aufladungen des Bandes auf.

Bei der Achsbremsung ändert sich im allgemeinen der Bandzug mit abnehmendem Wickelradius, so daß die Bremsmomente kontinuierlich abnehmen müssen, wenn der Bandzug und die Bandgeschwindigkeit konstant bleiben sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren und die Vorrichtung so zu verbessern, daß ein gleichmäßiger Bandzug über den gesamten Wickelbereich der Abwickelrolle, unabhängig von der Größe des Wickelradius, erhalten wird.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß in der Weise gelöst, daß das Moment eines Bandzuges Fz, der auf das Materialband ausgeübt wird, gleich der Differenz aus dem Moment an dem einen lagefesten Bremsbandende und dem Moment an dem anderen federgespannten Bremsbandende gewählt wird, wobei die Momente jeweils auf die Achse der Wickelrolle bezogen sind. Dabei wird die Bremsspannung eines Bremsbandes, das mit einem Umschlingungswinkel α kleiner/gleich 180° eine Bremstrommel auf der Achse der Wickelrolle umschlingt, in Abhängigkeit von dem Wickelradius Rw der Wickelrolle so geregelt, daß der Bandzug Fz des sich abwickelnden Materialbandes vom Umschlingungswinkel α als einzige Variable abhängt.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Vorspannweg K einer Zugfeder, die eine Vorspannkraft S&sub1; auf das Bremsband ausübt, konstant gehalten. Hierzu wird das federgespannte Bremsbandende in Abhängigkeit von dem abnehmenden Wickelradius Rw in Richtung Wickelrolle verschoben.

Eine Vorrichtung zum Abwickeln und zur definierten Führung eines Materialbandes in einer Verarbeitungsanlage, in der eine Wickelrolle des Materialbandes achsgebremst wird, zeichnet sich dadurch aus, daß eine Bremstrommel auf einer Achse der Wickelrolle aufsitzt, daß ein Bremsband die Bremstrommel mit einem Winkel α umschlingt und mit einem Ende an einem Einhängebolzen befestigt ist, während das andere Ende mit einer Zugfeder verbunden ist, die in ihrer Lage gegenüber der Wickelrolle durch eine Schwinge verstellbar ist.

Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 6 bis 10.

Durch den Andruck der Abtastwalze, die an der Schwinge gelagert ist, wird während der Regelung des Betriebes der abnehmende Wickelradius des Materialbandes direkt auf das Bremsband über die vorgespannte Zugefeder auf die Bremstrommel übertragen. Hierbei treten bei abnehmendem Wickelradius kleine Zugkräfte und damit kleinere Bremsmomente auf, und die Bandzüge bleiben dabei weitgehend konstant.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht der sich selbst nachstellenden Bandbremsvorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Bandbremsvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht einer schematischen Bandbremsvorrichtung, anhand der eine Berechnung des Bandzuges Fz über das Momentengleichgewicht erfolgt, und

Fig. 4 den Verlauf des Bandzuges Fz bei vorgegebener Vorspannkraft S&sub1; der Zugfeder in Abhängigkeit vom Wickelradius Rw.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Bandbremsvorrichtung stellt ein sogenanntes Achsbremssystem dar, bei dem eine Bremstrommel 4 auf einer Achse 15 einer Wickelrolle 1 aufsitzt. Ein Bremsband 2 ist mit einem Umschlingungswinkel α um die Bremstrommel herumgeführt und mit einem Ende an einem Einhängebolzen 11 befestigt, während das andere Ende mit einer Zugfeder 8 verbunden ist, die mit ihrem unteren Ende an einer Einhängestange 7 eingehängt ist. Der jeweilige Wickelradius Rw der Wickelrolle 1 (vgl. Fig. 3) verändert proportional über die Zugfeder 8 die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes 2 auf die Bremstrommel 4.

Die Zugfeder 8 ist in ihrer Lage gegenüber der Wickelrolle 1 durch eine Schwinge 3 verstellbar. Diese Schwinge 3 ist mit einem Ende drehbar in einem lageverstellbaren Lager 9 gelagert und trägt an ihrem anderen Ende eine Abtastrolle 10, die ständig am Umfang der Wickelrolle 1 anliegt. An der Schwinge 3 sind zwei Tragstangen 13, 13, vgl. Fig. 2, rechtwinklig angebracht, die an ihren Enden die Einhängestange 7 aufnehmen, in welche die Zugfeder 8 eingehängt ist. Der Umschlingungswinkel α des Bremsbandes ist kleiner/gleich 180° und wird von den jeweiligen Normalabständen durch den Mittelpunkt der Achse 15 auf die Richtungen des Bremsbandes 2 eingeschlossen. Das Bremsband 2 ist mit Ösen 12 ausgestattet, wobei der Einhängebolzen 11 in eine der Ösen 12 eingeschoben ist, um auf diese Weise die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes 2 festzulegen.

Das Bremsmoment wird von der Gleitreibung des Bremsbandes 2 auf die Bremstrommel 4 übertragen. Die Abtastrolle 10 liegt an dem Umfang der Wickelrolle 1 an und stellt über den jeweiligen Wickelradius Rw die hierzu proportionale Vorspannkraft S&sub1; der Zugfeder 8 über die Auslenkung der Schwinge 3 und der damit befestigten Einhängestange 7 für die Zugfeder 8 her. Der jeweilige Wickelradius Rw der Wickelrolle 1 ist demnach die Steuergröße für die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes 2 auf die Bremstrommel 4 und ergibt bei einer richtig dimensionierten Zugfeder 8 mit entsprechender Federkraft einen konstanten Bahnzug Fz. Der Vorteil gegenüber der voranstehend erwähnten Umfangsbremsung liegt bei der Achsbremsung in der schonenden Behandlung der Oberfläche des Materialbandes der Wickelrolle 1. Hierbei rollt nur die Abtastrolle entsprechend der jeweiligen Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes 2 am Wickelumfang ab. Unterschiedliche Rauhigkeiten des Materialbandes oder unterschiedliche Materialien haben auf die Größe der Bremskraft, anders als bei der Umfangsbremsung, keinen Einfluß. Es können daher auch sehr dünne Materialbänder verarbeitet werden, ohne daß hierbei Verdehnungen und damit Beschädigungen des Materialbandes auftreten, da das jeweilige Bremsmoment von der Bremstrommel 4 auf die Wickelrolle übertragen wird, jedoch keine direkte Umfangsbremsung der Wickelrolle 1 mit einhergehendem Abrieb und Verformungen des Materialbandes stattfindet.

Die Länge der Schwinge 3 ist durch die Tragstangen 13, vgl. Fig. 3, im Hebelverhältnis a/b unterteilt, mit dem Hebel a zwischen Abtastrolle 10 und Tragstangen 13. und dem Hebel b zwischen Tragstangen 13 und Lagerung 9 der Schwinge. Das Hebelverhältnis a/b ist durch Verändern der Schwingenlänge oder Verschieben der Tragstangen 13 auf der Schwinge 3 einstellbar.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, liegt die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes 2 im Bereich von 16 bis 20 N, bei einem Wickelradius Rw von 110 mm. Der Bandzug Fz beträgt bei der mittleren Vorspannkraft S&sub1; dieses Bereichs 50 N und bleibt konstant, unabhängig von der Größe des Wickelradius. Aus dem Diagramm nach Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei einer Vorspannkraft S&sub1; von etwa 20 N der Bandzug Fz mit zunehmendem Wickelradius Rw geringfügig abnimmt, während bei einer Vorspannkraft S&sub1; von etwa 16 N der Bandzug Fz mit zunehmendem Wickelradius geringfügig ansteigt.

Bei der erfindungsgemäßen Bandbremsvorrichtung ist von Vorteil, daß sich eine sehr einfache Handhabung beim Rollenwechsel durch Aushängen des Bremsbandes 2 aus der Öse 12 ergibt. Nach dem Aushängen des Bremsbandes 2 schwenkt die Schwinge 3 mit der Abtastrolle 10 von der Wickelrolle 1 nach unten hin weg, und ein Wickeldorn 5 kann mit einer neuen Wickelrolle beschickt werden. Danach wird das Bremsband 2 erneut über die Bremstrommel 4 geführt und der Einhängebolzen 11 in der gewünschten Öse 12 des Bremsbandes 2 arretiert. Die Berechnung des Bandzuges Fz erfolgt über das Momentengleichgewicht an der Achse 15 und wird anhand der Fig. 3 näher beschrieben. Für das Gesamtmoment an der Achse 15 gilt die Beziehung

Mz = M&sub2; - M&sub1; (1)

mit

Mz = Fz* Rw (2)

Moment des Bandzuges

M&sub2;= S&sub2; * RB (3)

Moment des Bremsbandes (feste Seite)

M&sub1; = S&sub1; * RB (4)

Moment des Bremsbandes (lose Seite)

mit

Fz = Bandzug

S&sub2; = Bremskraft

S&sub1; = Vorspannkraft

Rw = Wickelradius

RB = Radius der Bremstrommel.

Die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes wird durch die Feder mit der Steifigkeit cF erzeugt.

S&sub1; = cF* (b/a + b) * (Rw + K) (5)

mit

S&sub1; = Vorspannkraft

cF = Federsteifigkeit

a, b = Hebelwerte der Schwinge, mit dem Hebel ª zwischen Abtastrolle 10 und Einhängestange 7 und dem Hebel b zwischen der Einhängestange 7 und der Lagerung 9

K = Vorspannweg der Feder

Rw = Wickelradius.

Die Bremskraft S&sub2; resultiert aus der Beziehung



mit

S&sub2; = Bremskraft

S&sub1; = Vorspannkraft

µ = Reibungskoeffizient

α = Umschlingung in Bogenmaß.

Werden die voranstehenden Größen in Gleichung (2) für das Moment des Bandzuges eingesetzt, ergibt sich für den Bandzug Fz die Beziehung



Wird die Feder nicht vorgespannt, d. h. bei einem vorgegebenen Wickelradius Rw = 110 mm und einem Vorspannweg K der Zugfeder von 0,0 mm, eliminiert sich der Wickelradius Rw aus Gleichung (7), so daß der Bandzug, unabhängig von Rw, bei gleichbleibendem α, konstant bleibt (Fig. 4, mittlere Kurve).

Für den Bandzug Fz ergibt sich dann die Beziehung



Wird die Feder in vorgespanntem Zustand eingebaut, so ergibt sich ein nichtlinearer Term, der eine Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser Rw und α besitzt (Fig. 4, obere und untere Kurve, sowie Gleichung (7)).

Für die Praxis bedeutet dies, die Feder möglichst vorspannungsfrei einzubauen. Der Bandzug läßt sich einstellen, indem das Hebelverhältnis b/a geändert wird. Dies läßt sich z. B. durch Verkürzen der Schwinge oder Verschieben der Tragstangen auf der Schwinge 3 erreichen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Abwickeln und zur definierten Führung eines Materialbandes (14) in einer Verarbeitungsanlage, bei dem eine Wickelrolle (1) des Materialbandes achsgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Moment eines Bandzuges Fz, der auf das Materialband ausgeübt wird, gleich der Differenz aus dem Moment an dem einen lagefesten Bremsbandende und dem Moment an dem anderen federgespannten Bremsbandende gewählt wird, wobei die Momente jeweils auf die Achse (15) der Wickelrolle bezogen sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsspannung eines Bremsbandes (2), das mit einem Umschlingungswinkel α kleiner/gleich 180° eine Bremstrommel (4) auf der Achse (15) der Wickelrolle (1) umschlingt, in Abhängigkeit von dem Wickelradius Rw der Wickelrolle so geregelt wird, daß der Bandzug Fz des sich abwickelnden Materialbandes (14) vom Umschlingungswinkel α als einzige Variable abhängt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannweg K einer Zugfeder (8), die eine Vorspannkraft S&sub1; auf das Bremsband (2) ausübt, konstant gehalten wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das federgespannte Bremsbandende in Abhängigkeit von dem abnehmenden Wickelradius Rw in Richtung Wickelrolle verschoben wird.
  5. 5. Vorrichtung zum Abwickeln und zur definierten Führung eines Materialbandes (14) in einer Verarbeitungsanlage, in der eine Wickelrolle (1) des Materialbandes achsgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremstrommel (4) auf einer Achse (15) der Wickelrolle (1) aufsitzt, daß ein Bremsband (2) die Bremstrommel mit einem Winkel α umschlingt und mit einem Ende an einem Einhängebolzen (11) befestigt ist, während das andere Ende mit einer Zugfeder (8) verbunden ist, die in ihrer Lage gegenüber der Wickelrolle. (1) durch eine Schwinge (3) verstellbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (3) mit einem Ende drehbar in einem lageverstellbaren Lager (9) gelagert ist und an ihrem anderen Ende eine Abtastrolle (10) aufweist, die ständig am Umfang der Wickelrolle (1) anliegt und daß an der Schwinge (3) zwei Tragstangen (13, 13) rechtwinklig angebracht sind, die an ihren Enden eine Einhängestange (7) tragen, an der die Zugfeder (8) eingehängt ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschlingungswinkel α des Bremsbandes kleiner/gleich 180° ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsband (2) mit Ösen (12) ausgestattet ist und daß der Einhängebolzen (11) in eine der Ösen (12) eingeschoben ist, um so die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes (2) festzulegen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schwinge (3) durch die Tragstangen (13) im Hebelverhältnis a/b unterteilt ist, mit dem Hebel a zwischen Abtastrolle (10) und Tragstangen (13) und dem Hebel b zwischen Tragstangen (13) und Lagerung (9) der Schwinge (3), und daß das Hebelverhältnis a/b durch Verändern der Schwingenlänge einstellbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft S&sub1; des Bremsbandes im Bereich von 16 bis 20 N liegt, bei einem Wickelradius Rw von 110 mm.






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