DE10018418A1 - Rotierend antreibbares Maschinenelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen als Umlenkwalze oder Querschneider ausgebildeten Rotationskörper, dessen Bauweise hinsichtlich der Massenträgheit und der Steifigkeit optimiert werden soll. DOLLAR A Erreicht wird dies durch Einfügen einer wabenartigen Zwischenschicht (4), die auf einen stabilen inneren Trägerkörper (3) aufgebracht und mit einem Mantelkörper (6) aus leichem Verbundmaterial umwickelt ist. DOLLAR A Auf diese Weise wird ein Rotationskörper mit niedrigem Massenträgheitsmoment bei ausreichendem Widerstandsmoment erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein rotierend antreibbares Maschinenelement, insbesondere einen mit wechselnden Geschwindigkeiten (Beschleunigung, Verzögerung) antreib­ baren, auf eine laufende Materialbahn einwirkenden oder diese führenden Rotati­ onskörper.

Im Sinne der Erfindung sind unter rotierend antreibbaren Maschinenelementen An­ triebselemente, wie Zahnräder, Reibräder etc. sowie insbesondere Arbeitsorgane in Bearbeitungsmaschinen, wie zum Beispiel zum Bearbeiten und Fördern von Papier­ bahnen in Papier verarbeitenden Maschinen mittels als Schneidwalzen ausgebil­ deten Querschneidern sowie Förder- bzw. Umlenkwalzen zu verstehen.

Bei allen derartigen Einsatzarten und Bauformen, insbesondere in Verbindung mit Schnittvorgängen zum Erzeugen unterschiedlich langer Bahnabschnitte von einer Materialbahn müssen die genannten Bearbeitungswerkzeuge wechselweise stark verzögert und beschleunigt werden und sind dabei zugleich starken Radialbelas­ tungen unterworfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Maschinenelemente so zu gestalten, dass sie ein möglichst kleines Massenträgheitsmoment unter Beibehal­ tung eines relativ hohen Widerstandsmomentes aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rotationskörper wenigstens eine zwischen einem inneren Trägerkörper und einem äußeren Mantel­ körper eingelagerte wabenartig strukturierte Zwischenschicht aufweist.

Eine derartige Zwischenschicht kann mehr oder weniger regelmäßig gestaltet sein. Zweckmäßigerweise weist die Zwischenschicht gemäß einer vorteilhaften Ausge­ staltung eine der Konfiguration der Mantelfläche des Rotationskörpers entspre­ chende Formgebung auf.

Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass die Zwischenschicht bei einer rotationssymmetrischen, im wesentlichen zylinderförmigen Mantelfläche des Rotati­ onskörpers konzentrisch zur Rotationsachse verläuft.

Im Sinne der Erfindung könnte diese Zwischenschicht durch ringförmig angeordnete Abschnitte eingelagert sein. Zur Optimierung der Leichtbauweise und der Biege­ steifigkeit wird hingegen vorgeschlagen, die Zwischenschicht als ringförmig ge­ schlossenen Zellenkörper auszubilden.

Des weiteren kann es je nach den vorliegenden Einsatzbedingungen nach einem weiteren Vorschlag zweckmäßig sein, die Zwischenschicht aus mehreren Lagen konzentrisch zusammen gesetzter Zellenringe zu bilden.

Im Sinne einer Optimierung zur Verminderung des Trägheitsmomentes und zur Gewährleistung eines ausreichenden Widerstandsmomentes ist nach einem weite­ ren Vorschlag vorgesehen, dass bei als Umlenkwalze oder als Querschneider aus­ gebildetem Rotationskörper die wabenförmige Zwischenschicht durch einen äuße­ ren Mantelkörper aus leichtem Faserverbundmaterial und einen inneren Träger­ körper aus biegesteifem Trägermaterial begrenzt ist.

Bei einer derartigen Materialzusammensetzung des Rotationskörpers ist die wabenförmige Zwischenschicht nach einem weiteren Vorschlag bevorzugt auf einen als Rohr- oder Rundmaterial ausgebildeten inneren Trägerkörper aus CFK (Kohle­ faserverbundwerkstoff), GFK (Glasfaser verstärktem Kunststoff), Stahl oder Alumi­ nium aufgebracht und mit einem äußeren Mantelkörper aus CFK oder GFK um­ wickelt.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass ein derartiger in Verbund­ bauweise hergestellter Rotationskörper vielseitig bzw. für unterschiedliche Aufga­ ben und Betriebszustände einsetzbar ist, da einerseits relativ starke Beschleuni­ gungen und Verzögerungen mit reduzierten Antriebs- und Bremskräften realisierbar und andererseits relativ hohe Querkräfte bzw. Radialbelastungen übertragbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Umlenkrolle im Querschnitt,

Fig. 2 einen als Querschneider eingesetzten rotierend gelagerten Messer­ balken,

Fig. 3 einen Rotationskörper mit einer alternativen eingelagerten Zwischen­ schicht und

Fig. 4 eine von der rotationssymmetrischen Form abweichende Gestaltung des Rotationskörpers mit erfindungsgemäß eingelagerter Zwischen­ schicht.

Gemäß Fig. 1 ist ein als Umlenkwalze ausgebildeter Rotationskörper 2 mit einem rohrförmigen Trägerkörper 3 aus biegesteifem Kohlefaser- oder Glasfaserverbund (CFK bzw. GFK), aus Stahl oder Aluminium versehen, auf den eine wabenförmig strukturierte Zwischenschicht 4 in Form eines der zylinderförmigen Kontur des Rotationskörpers 2 entsprechenden ringförmig geschlossenen Zellenkörpers aus Leichtbaumaterial (Aluminium, CFK, GFK) aufgebracht ist.

Die eingelagerte Zwischenschicht 4 ist mit einem äußeren Mantelkörper 6 aus ei­ nem leicht bauenden Faserverbundmaterial, wie CFK oder GFK umwickelt, so dass insgesamt ein Rotationskörper 2 mit einem relativ niedrigen Massenträgheitsmo­ ment und einem relativ hohen Widerstandsmoment erhalten wird, dessen erstge­ nanntes Kriterium insbesondere bei einem als Umlenkwalze eingesetzten Rotati­ onskörper 2 durch reaktionsschnelle Geschwindigkeitsanpassung positiv zur Gel­ tung kommt.

Bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Varianten der Erfindung sind Elemente, die denen der Fig. 1 entsprechen, mit um hundert, zweihundert sowie dreihundert erhöhten Bezugszahlen versehen und nicht noch einmal besonders erläutert.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dient der Rotationskörper 102 als Mes­ serwalze eines am Umfang mit einem oder mehreren Messern 107 besetzten Quer­ schneiders, bei dem insbesondere das vorstehend zweitgenannte Kriterium des Widerstandsmoments eine ausreichende Biegesteifigkeit bei radialen Schnittkräften des Querschneiders gewährleistet.

Die gleichermaßen für andere Einsatzbeispiele geltende als Umlenkwalze konzi­ pierte Variante gemäß Fig. 3 unterscheidet sich dadurch von den zuvor beschrie­ benen Ausführungsbeispielen, dass die eingefügte Zwischenschicht 204 aus meh­ reren Lagen konzentrisch zusammen gesetzter Zellenringe 208, 209, 210 besteht, welche identisch aufgebaut sind, jedoch auch bezüglich der Lagendicke oder der Zellen- bzw. Wabenstruktur unterschiedlich gestaltet sein können.

Fig. 4 zeigt eine von der rotationssymmetrischen Zylinderform des Rotationskör­ pers 302 abweichende, abgeflachte Mantelfläche 311 des Mantelkörpers 306, an deren Konfiguration die Zwischenschicht 304 sowie der Trägerkörper 303 ange­ passt sind, und die zur Aufnahme unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge (Schneid-, Stanz-, Präge-, Perforierwerkzeuge etc. ) vorgesehen sein kann.

Claims (7)

1. Rotierend antreibbares Maschinenelement, insbesondere ein mit wechseln­ den Geschwindigkeiten (Beschleunigung, Verzögerung) antreibbarer, auf eine lau­ fende Materialbahn einwirkender oder diese führender Rotationskörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper (2; 102; 202; 302) wenigstens eine zwi­ schen einem inneren Trägerkörper (3; 103; 203; 303) und einem äußeren Mantel­ körper (6; 106; 206; 306) eingelagerte wabenartig strukturierte Zwischenschicht (4; 104; 204; 304) aufweist.

2. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwi­ schenschicht (4; 104; 204; 304) eine der Konfiguration der Mantelfläche des Rotati­ onskörpers (2; 102; 202; 302) entsprechende Formgebung aufweist.

3. Maschinenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4; 104; 204) bei einer rotationssymmetrischen, im wesentli­ chen zylinderförmigen Mantelfläche des Rotationskörpers (2; 102; 202) konzen­ trisch zur Rotationsachse verläuft.

4. Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Zwischenschicht (4; 104; 204; 304) als ringförmig geschlossener Zellenkörper ausgebildet ist.

5. Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Zwischenschicht (204) aus mehreren Lagen konzentrisch zu­ sammen gesetzter Zellenringe (208 bis 210) besteht.

6. Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei als Umlenkwalze (1) oder als Querschneider (101) ausgebilde­ tem Rotationskörper (2; 102; 202; 302) die wabenförmige Zwischenschicht (4; 104; 204; 304) durch einen äußeren Mantelkörper (6; 106; 206; 306) aus leichtem Fa­ serverbundmaterial und einen inneren Trägerkörper (3; 103; 203; 303) aus biege­ steifem Trägermaterial begrenzt ist.

7. Maschinenelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wabenförmige Zwischenschicht (4; 104; 204; 304) auf einen als Rohr- oder Rund­ material ausgebildeten inneren Trägerkörper (3; 103; 203; 303) aus CFK, GFK, Stahl oder Aluminium aufgebracht und mit einem äußeren Mantelkörper (6; 106; 206; 306) aus CFK oder GFK umwickelt ist.