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Die
Erfindung betrifft einen Zentralantrieb eines Rollenwechslers und
einen Rollenwechsler gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 oder 29.
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Aus
der
DE 1 599 036 ist
eine Wickelvorrichtung mit einem aus Segmenten zusammengesetzten Spreizkopf
bekannt. Die Segmente sind ringförmig um
einen mit Nockenflächen
versehenen, drehbaren Wickeldorn angeordnet und lassen sich bei
axialer Verstellung gegenüber
dem Wickeldorn radial auf die Achse des Dornes zu oder von dieser
wegbewegen. Die Segmente werden durch eine axial in einer Richtung
wirkende Feder in ihrer Spreizstellung gehalten. Sie sind durch
einen druckmittelbeaufschlagten Kolben, der gegen die Kraft der
Feder in entgegengesetzter Richtung wirksam ist, aus der Spreizstellung lösbar.
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Die
EP 0 981 443 B1 offenbart
einen Hohlwellenmotor eines rotierenden Zylinders oder einer Walze
in einer Rotationsdruckmaschine.
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Die
EP 1 155 987 A2 bezieht
sich auf einen Antrieb für
einen Rollenwechsler mit mindestens einem Motor als Zentrumsantrieb
einer Papierrolle. Das Drehmoment bzw. die Antriebskraft des Motors wird über Spannzapfen
auf den Kern einer Papierrolle übertragen.
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Die
WO 02/24564 A1 beschreibt ein Stellelement für einen Spanndorn in einem
Rollenwechsler. Auf dem Spanndorn kann eine Hülse fixiert werden. Zur Fixierung
der Hülse
am Spanndorn werden durch Druckfedern Kniehebel an vorgesehenen
Spannbacken nach außen
gedrückt.
Ein Stellelement kann zur Betätigung
der Spannbacken in einer Hohlwelle axial durch einen fluidgetriebenen
Kolben verstellt werden, so dass die Spannbacken nach außen gedrückt werden
und die Hülse
fixieren. Zum Abstreifen einer verbrauchten Hülse ist am Spanndorn eine Auswerfereinrichtung
angeordnet. Die Auswerfereinrichtung ist an der Hohlwelle axial
verschiebbar gelagert und rotiert zusammen mit der Hohlwelle um
eine Mittelachse in einem Gehäuse.
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Bei
bekannten Antrieben, die in einem Kernantrieb die Vorratsrolle ohne
Zwischenschaltung eines Getriebes oder eines Drehmomentübertragungsmittels,
wie einem Gurt, direkt antreiben, wird das Drehmoment über Konen
form- und/oder reibschlüssig
auf die Hülse
einer Vorratsrolle übertragen.
Die Konen lassen sich nicht spannen. Spannbare Konen sind bei Rollenwechsler
mit Gurtantrieb bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentralantrieb eines
Rollenwechslers und einen Rollenwechsler zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 oder 29 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
die bisher bekannten Vorzüge
eines spannbaren Aufnahmedorns mit den Vorteilen eines direkten
Zentralantriebs einer Vorratsrolle zu kombinieren. Dadurch reduzieren
sich der Bauteilaufwand und die Komplexität der Mechanik. Die Vorrichtung
ist insgesamt kompakter und einfacher bei mindestens genauso hoher
Funktionalität aufgebaut.
Am Aufnahmedorn lässt
sich eine Fixiervorrichtung in eine Arbeitsstellung und in eine
Ruhestellung verstellen, um die Hülse einer Vorratsrolle an der
Aufnahme zu fixieren und wieder zu lösen. Das Antriebsdrehmoment
wird durch eine Hohlwelle als Motorantriebswelle, die vorzugsweise
einstückig
mit der Aufnahme ausgebildet ist, auf die Vorratsrolle übertragen.
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Die
Fixiervorrichtung an der Aufnahme kann durch ein in der Hohlwelle
axial gelagertes Stellelement betätigt werden. Die Hohlwelle
weist Ausnehmungen auf, in denen eine Federvorrichtung angeordnet
ist. Die Federvorrichtung sorgt dafür, dass eine Hülsenspannung
auf das Stellelement wirkt, so dass das Stellelement die Fixiervorrichtung
in eine, die Vorratsrolle fixierende, Ruhestellung zurückführt. Am
Stellelement ist auf der der Aufnahme gegenüberliegenden Seite in axialer
Lage eine Betätigungsvorrichtung
angeordnet, die das Stellelement in eine, die Vorratsrolle lösende, Arbeitsstellung
verschiebt. Es wird zusätzlich
in der Ruhestellung eine Entkoppelung zwischen der feststehenden
Betätigungsvorrichtung
und dem sich mit der Hohlwelle rotierenden Stellelement durch einen
Abstand zwischen diesen Beiden geschaffen, um eine Reibung zwischen
der feststehenden Betätigungsvorrichtung
und dem sich drehenden Stellelement zu verhindern.
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Praktischerweise
ist die Betätigungsvorrichtung
ein in der verlängerten
axialen Richtung des Stellelements angeordneter Membranzylinder.
Um den Membranzylinder kleiner dimensionieren zu können und
die Vorrichtung kompakter auszubilden, ist die Betätigungsvorrichtung
ein Hebelmechanismus mit einem Hebelarm, der von einem Membranzylinder
betätigbar
ist, der in paralleler Achsrichtung zum Elektromotor angeordnet
ist.
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Zwei
Aufnahmedorne zur Führung
einer Vorratsrolle können
jeweils einen Elektromotor als Antrieb aufweisen. Dadurch verteilt
sich die benötigte Leistung
des Drehmoments von einem Elektromotor auf zwei Elektromotoren,
die entsprechend kleiner dimensioniert werden können.
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In
Achsrichtung konzentrisch zur Aufnahme kann eine Auswerfereinheit
zum Abstreifen der Materialrolle von der Aufnahme angeordnet werden.
Zur Betätigung
der Auswerfereinheit kann entweder das Stellelement verwendet werden
oder es können
bevorzugt Pneumatikzylinder vorgesehen sein, die parallel zur Mittelachse
ausgebildet sind.
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Drei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 einen
Hohlwellenmotor schematisch im Querschnitt;
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2 einen
Querschnitt eines Zentralantriebs mit in Achsrichtung verlängerter
Betätigungsvorrichtung;
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3 einen
Querschnitt eines Zentralantriebs mit einem Hebelmechanismus;
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4 einen
Querschnitt eines Zentralantriebs mit einer Auswerfereinheit;
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5 einen
schematischen Querschnitt einer Seitenansicht eines Rollenwechslers.
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In 1 ist
für einen
Rollenwechsler 01, ein Zentralantrieb 02 mit einem
Motor 03, insbesondere einem Elektromotor 03,
schematisch vereinfacht im Querschnitt dargestellt.
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Der
Elektromotor 03 ist in der Art eines feldschwächbaren
Synchronmotors 03 mit einer Feldschwächung bis zu einem Verhältnis von
vorzugsweise 1:10 ausgebildet. Der Synchronmotor 03 weist sechs
Pole und eine elektrische Erregung, insbesondere eine Permanenterregung,
auf. Der Läufer
des Elektromotors 03 umfasst Pole aus Permanentmagneten.
Ein Dauerstillstandsmoment des Synchronmotors 03 liegt
im Bereich von 100 Nm bis 200 Nm. Ein maximales Drehmoment liegt
im Bereich von 600 Nm bis 800 Nm, vorzugsweise bei ungefähr 700 Nm. Eine
theoretische Leerlaufdrehzahl beträgt vorzugsweise 500 U/min bis
600 U/min.
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Vorteil
eines derartigen Elektromotors 03 ist ein kleines Bauvolumen
in kompakter Motorbauweise mit einem sehr hohen Bremsmoment für eine begrenzte
Zeit, so dass sich eine zusätzliche
Bremse grundsätzlich
erübrigt.
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Zur
Drehzahlregelung ist ein Frequenzumformer mit einem Drehwinkelsensor
am Motor 03 vorgesehen. Am Synchronmotor 03 ist
eine Kühleinrichtung
vorgesehen, die in der Art eines Lüfterrads ausgebildet ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist zusätzlich
eine Bremseinrichtung am Synchronmotor 03 angeordnet. Der
Synchronmotor 03 ist in einem Generatorbetrieb selbst als
Bremseinrichtung einsetzbar. Digitale Regelgeräte auf kleinstem Bauraum ermöglichen
eine höchstmögliche Leistungsausbeute
beim Elektromotor 03 und sind über verschiedene Feldbussysteme
mit dem Produktionsumfeld vernetzbar.
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Der
Elektromotor 03 hat als Antriebswelle 04 eine
Hohlwelle 04, die mit einem Aufnahmedorn 05, vorzugsweise
einstückig,
verbunden ist und gleichzeitig Rotor des Elektromotors ist. Der
Aufnahmedorn 05 ist ein Spanndorn 05 und hat als
Fixiervorrichtung 06 verstellbare Spannbacken 06,
die in 1 abstrahiert und symbolisiert als Konus dargestellt
sind. Mit den Spannbacken 06 läßt sich die Hülse 07 einer
Vorratsrolle 08 fixieren. In der Hohlwelle 04 befindet
sich ein Stellelement 09. Das Stellelement 09 ist
eine zur Mittelachse des Elektromotors 03 axial angeordnete
Betätigungswelle 09,
die auf der Seite zum Aufnahmedorn 05 mit den Spannbacken 06 durch
eine aus dem Stand der Technik bekannte Mechanik, wie sie beispielsweise
in der WO 02/24564 offenbart ist, verbunden ist.
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Durch
Verschiebung der Betätigungswelle 09 werden
die Spannbacken 06 entweder nach außen gegen die Hülse 07 gedrückt oder
nach innen zur Mittelachse eingezogen. Die Spannbacken 06 werden
eingezogen, wenn eine neue Vorratsrolle 08 aufgenommen
werden soll oder die Hülse 07 der
Vorratsrolle 08 vom Aufnahmedorn 05 wieder gelöst werden
soll.
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Die
Betätigungswelle 09 wird
von einer Betätigungsvorrichtung 10 an
dem dem Aufnahmedorn 05 abgewandten Ende verstellt. Die
Betätigungsvorrichtung 10 kann
jede aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung sein, die einen
Körper
unter Druck und/oder Zug in mindestens zwei Positionen verschieben
kann. Die Betätigungsvorrichtung 10 kann
ein aus dem Stand der Technik bekannter fluidangetriebener Kolben
sein, der seine Druckkräfte
in axialer Richtung auf die Betätigungswelle 09 aufbringt
und ist deshalb symbolisch als Pfeil in 1 dargestellt.
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Die
Hohlwelle 04 hat von der dem Aufnahmedorn 05 abgewandten
Seite Ausnehmungen 11 in Form eines axialen Zylinders 11,
in dem Tellerfedern 12 als Federvorrichtung 12 angeordnet
sind. Die Tellerfedern 12 werden von einem Kolben 13 begrenzt, der
mit der Betätigungswelle 09 fest
verbunden ist. Die Tellerfedern 12 befinden sich also in
einem hülsenförmigen Zwischenraum 11,
der auf der zum Spanndorn 05 gerichteten Seite durch einen
ortsfesten Anschlag in der Hohlwelle 04 und dem beweglichen
Kolben 13 auf der entgegengesetzten Seite gebildet wird.
Sind die Tellerfedern 12 in einem entspannten Ruhezustand,
so sind die Spannbacken 06 im Aufnahmedorn 05 maximal
nach außen
gedrückt. Wird
der Kolben 13 in einem Arbeitszustand von der Betätigungsvorrichtung 10 in
Richtung Aufnahmedorn 05 gedrückt, so bewegen sich die Spannbacken 06 zur
Mittelachse nach innen. Die Hülse 07 einer Vorratsrolle 08 kann
dann vom Aufnahmedorn 05 gelöst werden und eine neue Hülse 07 kann
aufgenommen werden. Die Hohlwelle 04 ist im Elektromotor 03 über Wälzlager 14 drehbar
gelagert.
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Die 2 zeigt
eine erste Ausführungsform des
Zentralantriebs 02, der zumindest an einer von zwei zur
Aufnahme einer Materialrolle 08 angeordneten Aufnahmedornen 05 in
einem bekannten Rollenwechsler 01 vorgesehen ist. Die 2 zeigt
einen teilweise aufgeschnittenen Querschnitt des Elektromotors 03 mit
der Hohlwelle 04. Die Hohlwelle 04 ist mittels
Wälzlagern 14 drehbar
gelagert und bildet gleichzeitig die Antriebswelle 04 des
Elektromotors 03 aus. Aus Gründen der Vereinfachung ist
der bekannte Spanndorn 05 nicht dargestellt. Am Stellelement 09 ist
der Kolben 13 angeschraubt. Die Hohlwelle 04 bildet
mit der Betätigungswelle 09 und
dem Kolben 13 einen hülsenförmigen Hohlraum 11,
in dem die Tellerfedern 12 angeordnet sind. Es hat sich als
praktisch erwiesen vorzugsweise 45–57 Tellerfedern 12 einzusetzen.
Der Kolben 13 wird von einer Betätigungsvorrichtung 10 in
Richtung des nicht dargestellten Aufnahmedorns 05 in eine
Arbeitsstellung gedrückt,
um die, in 1 und 4 gezeigten, Spannbacken 06 nach
innen zu schwenken. Die Betätigungsvorrichtung 10 ist
in dieser besonderen Ausführungsform
axial in verlängerter
Richtung der Betätigungswelle 09 angeordnet.
Die Betätigungsvorrichtung 10 umfasst
einen Membranzylinder 15, der pneumatisch angesteuert wird.
Dies ist vorteilhaft, da Pressluft in einer Fertigungsumgebung gewöhnlich vorhanden
ist. In der Ruhestellung, im entspannten Zustand der Tellerfedern 12,
berühren
sich der Kolben 13 und ein Anschlagstößel 16 des Membranzylinders 15 nicht.
Somit wird einer Reibung zwischen dem stehenden Anschlagstößel 16 und
dem sich drehenden Kolben 13 vermieden.
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Zur
Steuerung des Synchronmotors 03 ist ein sogenannter Geber 17 über Riemen
oder eine Zahnkette an die Antriebswelle 04 gekoppelt.
Mit dem Geber 17 wird die genaue Stellung und die Geschwindigkeit
des Elektromotors 03 detektiert und der Elektromotor 03 entsprechend
angesteuert. Im Übrigen
wird auf die speziell gezeigte Anordnung, auf deren zeichnerische
Darstellung ausdrücklich
als wesentlich verwiesen.
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Die 3 zeigt
den Zentralantrieb 02 aus 2. Der wesentliche
Unterschied ist hier, dass die Betätigungsvorrichtung 10 als
Hebelmechanismus ausgebildet ist. Ein Hebelarm 18 wird
von einem Membranzylinder 15 betätigt. Der Membranzylinder 15 ist
mit einer parallelen Achse zur Mittelachse des Elektromotors 03 angeordnet.
Der Hebelarm 18 erstreckt sich quer über den Radius des Elektromotors 03 mit
einem verlängerten
Ende. Am äußeren Radius des
Elektromotors 03 am kürzeren
Ende des Hebelarms 18 ist ein feststehender Schwenkpunkt
angeordnet. Am gegenüberliegenden
Ende ist der Hebelarm 18 in axialer Richtung beweglich
und wird vom Membranzylinder 15 verstellt. In Höhe des bewegbaren
Kolbens 13 befindet sich ein Ring oder eine Kugel, die
auf den Kolben 13 zur Betätigung des Stellelements 09 drückt, wenn
der Hebelarm 18 vom Membranzylinder 15 in axialer
Richtung zum Spanndorn 05 geschwenkt wird. Das Hebel- bzw. Übersetzungsverhältnis des
Hebelarms 18 beträgt
hier vorzugsweise i = 3,4, d. h. der vom Membranzylinder 15 betätigte Hebelarm 18 entspricht
vorzugsweise 440 Längeneinheiten,
wobei der auf den Kolben 13 drückende Hebelarm 18 vorzugsweise
130 Längeneinheiten entspricht.
Somit kann der Membranzylinder 15 entsprechend kleiner
als in der Ausführungsform
nach 2 dimensioniert werden. Dies senkt die Fertigungskosten
und den benötigten
Fluiddruck für
den Zylinder 15. Eine solche Anordnung gestaltet den Zentralantrieb 02 kompakter
als die Ausführungsform gemäß 2.
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Die 4 zeigt
eine dritte Ausführungsform des
Zentralantriebs 02. In dieser Ausführungsform sind zwei Pneumatikzylinder 19,
mit einem Hub von vorzugsweise 125 mm, parallel zur Mittelachse
des Elektromotors 03 angeordnet, um eine Auswerfereinheit 20 auszubilden.
Die Auswerfereinheit 20 schiebt die Hülse 07 der Vorratsrolle 08 vom
Spanndorn 05, wenn die Vorratsrolle 08 ausgewechselt
werden soll. Die Auswerfereinheit 20 ist ortsfest konzentrisch
zum Aufnahmedorn 05 am Zentralantrieb 02 positioniert und
bewegt sich somit nicht mit der Vorratsrolle 08 mit. Die 4 zeigt
im Querschnitt deutlich die Spannbacken 06 des Aufnahmedorns 05,
die die Hülse 07 der
Vorratsrolle 08 zur besseren Fixierung radial leicht auseinanderdrücken. Eine
solche feste Fixierung ist wichtig, da eine Vorratsrolle 08 ein
Gewicht von über
1000 kg haben kann und somit große Drehmomente auftreten können. Die
dazugehörige
Mechanik für
derartige Spannbacken 06 ist aus dem Stand der Technik
bekannt und deshalb nicht dargestellt. Der Zentralantrieb 02 ist
ferner wie in 1 bis 3 beschrieben
aufgebaut.
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Die 5 zeigt
einen bekannten Rollenwechsler 01 mit zwei Zentralantrieben 02 für jeweils zwei
Vorratsrollen 08. Der Antrieb erfolgt über die beiden Synchronmotoren 03.
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Beide
Paare von Aufnahmen sind mit zwei aufgeachsten Vorratsrollen 08 bzw.
Restrollen um eine gemeinsame Schwenkachse schwenkbar. Diese Schwenkbewegung
wird über
einen Stellmotor 22 ermöglicht.
Jedes Paar von Aufnahmen ist dabei nur einseitig mittels eines Antriebsmotors 03 angetrieben.
Die beiden Antriebsmotoren 03 der beiden Paare von Aufnahmen
sind auf der gleichen Seite des Rollenwechslers 01 angeordnet.
Die Verstellung der Aufnahme in axialer Richtung der Vorratrolle 08 erfolgt über einen
eigenen Stellmotor 21.
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- 01
- Rollenwechsler
- 02
- Zentralantrieb
- 03
- Motor,
Elektromotor, Synchronmotor
- 04
- Antriebswelle,
Hohlwelle
- 05
- Aufnahme,
Aufnahmedorn, Spanndorn
- 06
- Fixiervorrichtung,
Spannbacken
- 07
- Hülse
- 08
- Materialrolle,
Vorratsrolle
- 09
- Stellelement,
Betätigungswelle
- 10
- Betätigungsvorrichtung
- 11
- Ausnehmungen,
Zwischenraum, Hohlraum
- 12
- Federvorrichtung,
Tellerfedern
- 13
- Kolben
- 14
- Wälzlager
- 15
- Zylinder,
Membranzylinder
- 16
- Anschlagstößel
- 17
- Geber
- 18
- Hebelarm
- 19
- Pneumatikzylinder
- 20
- Auswerfereinheit
- 21
- Stellmotor
- 22
- Stellmotor