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Die
Erfindung betrifft einen Spannkonus für einen Rollenwechsler gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Spannkonen
zur Aufnahme von Wickelkörpern
sind insbesondere in der Druckindustrie in großer Zahl bekannt. Bei der achslosen
Rollenaufnahme werden die Spannkonen motorisch in die Hülsen der Materialrollen
eingeführt.
Dabei werden Spannbacken oder Mitnehmerelemente in das Hülsenmaterial eingepresst,
wodurch eine form- und kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem Spannkonus und der Wickelhülse entsteht, welche eine optimale
Drehmomentübertragung
vom Antrieb auf die Materialrolle gestattet.
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Aus
der
EP 17 08 942 B1 ist
ein Rollenwechsler einer Rollenrotationsdruckmaschine bekannt, der
einen Antrieb mit zumindest einem Elektromotor aufweist. Der Elektromotor
treibt eine im Rollenwechsler auf einer Aufnahme gehaltene Materialrolle
an, auf die eine Materialbahn aufgespult ist. Der Läufer des
als Synchronmotor ausgebildeten Elektromotors weist Pole aus Permanentmagneten auf.
Eine Antriebswelle des Synchronmotors ist unmittelbar drehmomentübertragend
an der Materialrolle zum Eingriff bringbar. Hierfür dienen
insbesondere Mitnehmerelemente auf der Antriebswelle, welche ein
Drehmoment form- und reibschlüssig
auf die Materialrolle übertragen.
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Es
sind ebenso axial wirkende Mitnehmerelemente bekannt, welche stirnseitig
an der Wickelhülse
angreifen.
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Beispielsweise
werden in der
DE 26
12 375 A1 Schneiden beschrieben, welche am äußeren Randflansch
der Tragbüchse
auf der Rollenseite angeordnet sind. Diese Schneiden geben eine
Sicherung dafür,
dass es beispielsweise beim Richtungswechsel des Drehmomentes nicht
zu einem Gleiten zwischen der Wickelhülse und der Tragbüchse kommt.
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Für verschiedene
Typen und Breiten von Materialrollen werden unterschiedliche Wickelhülsen verwendet.
Dabei hat das Hülsenmaterial
auch unterschiedliche Härten.
Bei der Verwendung härterer Hülsentypen
kann es vorkommen, dass es mit der zur Verfügung stehenden Aufachskraft
nicht möglich ist,
den Konus und die stirnseitigen Mitnehmer vollständig in die Wickelhülse einzupressen.
Dadurch können
ein vollständiger
Aufachsvorgang und eine erforderliche Drehmomentübertragung nicht mehr sichergestellt
werden.
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Um
eine hohe Auslastung der Maschinen zu erreichen, ist es mitunter
erforderlich, Materialrollen unterschiedlicher Ausführung in
einer oder in verschiedenen aufeinander folgenden Produktionen zu verarbeiten.
Dies kommt besonders in kleineren bahnverarbeitenden Anlagen oder
Druckereien vor. Bislang müssen
verschiedene Rollenwechsler in einer Anlage vorgesehen werden, um
verschiedene Typen von Wickelhülsen
verarbeiten zu können,
oder es ist eine aufwendige Umrüstung
am Rollenwechsler erforderlich, was hohe Stillstandszeiten verursacht
und damit die Produktionskosten erhöht. Beispielsweise sind Wickelhülsen zu
verarbeiten, die eine unterschiedliche Härte besitzen.
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Die
DE 102 24 839 A1 offenbart
einen Spanndorn eines Rollenwechslers, wobei ein Aufnahmeelement
in den Innenumfang einer Hülse
und Mitnehmerelemente stirnseitig in die Hülse der Materialrolle eingreifen.
Diese Mitnehmer durchgreifen einen beweglichen Schaltring.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufachsung von Materialrollen
mit unterschiedlich harten Wickelhülsen in einem Rollenwechsler
zu ermöglichen,
ohne dass hierfür
eine aufwendige Umrüstung
des Rollenwechslers nötig
ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass es auf einfache Weise und ohne erhöhten Zeitaufwand möglich ist, verschiedene
Typen von Materialrollen mit unterschiedlich harten Hülsenmaterialien
mit einem Rollenwechsler aufzuachsen. Die Lösung ist sowohl in der Fertigung,
als auch in der Handhabung einfach.
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Ein
Spannkonus eines Rollenwechslers umfasst einen Tragzapfen, welcher
sich vorzugsweise zu seinem freien Ende hin verjüngt und eine Hülsenanlagefläche, an
welcher beim Aufachsen die Stirnseite einer Wickelhülse zur
Anlage kommt. Auf der Hülsenanlagefläche sind
Mitnehmerelemente vorgesehen, welche an der Stirnseite der Wickelhülse in das
Hülsenmaterial
eindringen und zur Drehmomentübertragung
beitragen.
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Der
Tragzapfen kann zusätzlich
radial vorstehende Mitnehmerelemente aufweisen oder Spannbacken,
welche radial verstellbar sind und am Innenumfang der Wickelhülse angreifen.
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Dabei
ist mindestens eines der an der Hülsenanlagefläche vorgesehenen
Mitnehmerelemente zumindest teilweise in der Hülsenanlagefläche versenkbar.
Je nach verwendetem Hülsenmaterial
und dessen Härte
kann somit die Anzahl der zu benutzenden Mitnehmerelemente variiert
werden. Bevorzugt ist das eine oder die mehreren versenkbaren Mitnehmerelemente
vollständig
in der Hülsenanlagefläche versenkbar
sind.
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Wird
eine Wickelhülse
aus einem weichen Material verwendet, so sind mehr Mitnehmerelemente
als bei einer Wickelhülse
aus einem harten Material zu verwenden. Die Mitnehmerelemente sind
bevorzugt kreisförmig
im Bereich der Stirnseite der Wickelhülse der aufzuachsenden Materialrolle
auf der Hülsenanlagefläche angeordnet.
Vorzugsweise sind insgesamt sechs Mitnehmerelemente vorgesehen. Die
Mitnehmerelemente sind in ihrem auf die Wickelhülse einwirkenden Bereich bevorzugt
als flache scharfe Schneiden auszuführen, welche leicht in die Wickelhülse eintreten
können.
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Alternativ
können
die Mitnehmerelemente auch konus-, zylinder- oder pyramidenförmig ausgeführt werden.
Die einzelnen Mitnehmerelemente können auch unterschiedlich ausgeführt werden,
insbesondere können
die versenkbaren Mitnehmerelemente an die härteren Wickelhülsen angepasst
sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Hälfte
der insgesamt vorgesehenen Mitnehmerelemente versenkbar, vorzugsweise
jedes zweite.
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Es
ist aber ebenso möglich,
die Mitnehmerelemente gruppenweise oder einzeln zu versenken, so dass
mehrere Abstufungen für
Hülsenmaterialien möglich sind.
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Das
eine bzw. die mehreren versenkbaren Mitnehmerelemente sind axial
verschiebbar und in einer bevorzugten Ausführungsform federnd in einem
Grundkörper
des Spannkonus gelagert. Anstelle der direkten Lagerung im Spannkonus
könnten
die Mitnehmerelemente aber auch in einer lagerseitig am Spannkonus
angeordneten Hülse
montiert werden. Bevorzugt sind die versenkbaren Mitnehmerelemente
an ihrem im Grundkörper
des Spannkonus befindlichen Ende abgeflacht, wobei das abgeflachte
Ende von mindestens einer Führungskante
geführt
wird, sodass die versenkbaren Mitnehmerelemente gegen ein Verdrehen
innerhalb des Grundkörpers
gesichert sind. Die Führungskante
kann im Grundkörper
oder an einem weiteren Bauteil ausgebildet sein. Diese Ausführungsform
ist insbesondere für
versenkbare Mitnehmerelemente vorteilhaft, die in ihrem auf die Wickelhülse einwirkenden
Bereich als flache Schneiden ausgeführt sind.
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Der
Zustand des einen oder der mehreren versenkbaren Mitnehmerelemente
ist zwischen "AKTIV" und "PASSIV" schaltbar.
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Im
aktiven Zustand ist die axiale Verschiebbarkeit des einen oder der
mehreren versenkbaren Mitnehmerelemente gesperrt. Dadurch ragt es
aus der Hülsenanlagefläche heraus
und wird beim Aufachsen in die Stirnseite der Wickelhülse eingepresst.
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Im
passiven Zustand weicht das bzw. weichen die Mitnehmerelemente in
axialer Richtung der aufgeschobenen Wickelhülse aus, indem es gegen eine
Federkraft in die Hülsenanlagefläche versenkt wird.
Nach dem Abstreifen der leeren Wickelhülse wird das Mitnehmerelement
durch die Feder wieder in seine Grundstellung verschoben.
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Die
Umschaltung zwischen "AKTIV" und "PASSIV" erfolgt durch ein
Schaltelement, welches in der bevorzugten Ausführungsform als Schaltring ausgeführt ist
und in der Beschreibung näher
erläutert
wird.
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Die
zu den Mitnehmerelementen gerichtete Fläche des Schaltringes bildet
eine Sperrwand, welche die axiale Beweglichkeit des versenkbaren
Mitnehmerelementes sperrt. Der Schaltring weist außerdem eine Öffnung auf,
welche für
den passiven Zustand derart positioniert wird, dass das versenkbare Mitnehmerelement
in axialer Richtung passieren kann.
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Der
Spannkonus kann in dem Rollenwechsler direkt oder indirekt angetrieben
werden. Beim direkten Antrieb kann der Spannkonus einstückig mit dem
Läufer
des Antriebsmotors ausgebildet sein. Beim indirekten Antrieb kann
der Spannkonus beispielsweise über
einen Zahnriemen angetrieben werden.
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Ein
Rollenwechsler gemäß der Erfindung
ist insbesondere für
eine Rollenrotationsdruckmaschine vorgesehen und umfasst zunächst eine
Antriebseinheit zum rotatorischen Antrieb einer im Rollenwechsler
aufachsbaren auf einer Wickelhülse
aufgewickelten Materialrolle. Zum Aufachsen der Materialrolle dient
ein Spannkonus, der durch die Antriebseinheit antreibbar ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Spannkonus in einer räumlichen
Darstellung in einem aktiven Zustand mit zurückgeschobenen Schiebering;
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2 den
Spannkonus gemäß 1 in
einem passiven Zustand mit zurückgeschobenen Schiebering;
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3 eine
Längsschnittdarstellung
des Spannkonus gemäß 2;
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4 einen
Elektromotor zum Antrieb eines Rollenwechslers in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt
einen Spannkonus 01, welcher für die Verwendung an einem Rollenwechsler
vorgesehen ist.
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Der
Spannkonus 01 ist an einer rotierbar gelagerten Welle 02 befestigt,
welche entweder angetrieben werden kann oder frei drehend im Rollenständer gelagert
ist. Der Grundkörper
des Spannkonus 01 ist in dieser Ausführungsform einstückig mit
der Welle 02 ausgebildet.
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Der
Spannkonus 01 umfasst einen Tragzapfen 03, vorzugsweise
mit einer sich zu seinem freien Ende hin verjüngenden konischen Form. An
den Tragzapfen 03 schließt sich eine Hülsenanlagefläche 04 des
Schieberings 10 an, welche sich quer zur Konuslängsachse 05 aufspannt.
In der Grundstellung (keine Materialrolle aufgeachst) stehen die
Schneiden der Mitnehmerelemente 06; 07 hinter
der Hülsenanlagefläche 04 des
Schieberinges 10 zurück (wegen
Unfallvermeindung). Wird der Schiebering 10 beim Aufachsen
einer Materialrolle axial Richtung verschoben, so ragen die Schneiden
der Mitnehmerelemente 06; 07 über die Hülsenanlagefläche 04 des Schieberinges 10 heraus
und werden mit der Hülsenstirnfläche der
Materialrolle in Eingriff gebracht. Aus der Hülsenanlagefläche 04 ragen
Mitnehmerelemente 06; 07 heraus; das sind zum
einen feste Mitnehmerelemente 06 und zum anderen versenkbare
Mitnehmerelemente 07.
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Die
Mitnehmerelemente 06; 07 dringen beim Aufachsvorgang
in eine Stirnseite einer Wickelhülse ein
und dienen der Verbesserung der Drehmomentübertragung.
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Der
Tragzapfen 03 umfasst außerdem radiale konusartig ausgebildete
Mitnehmerelemente 08, welche beim Aufachsen in die Innenwand
der Wickelhülse
eingepresst werden. Radiale Mitnehmerelemente 08 können ebenfalls
als radial verstellbare Spannbacken ausgeführt sein.
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Das
versenkbare Mitnehmerelement 07 ist in einer axial verlaufenden
durchgehenden Bohrung 16 (3) des Grundkörpers 14 des
Spannkonuses 01 gelagert und darin axial verschiebbar geführt.
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Ein
Schaltelement, z. B. ein Schaltring 09 ist verdrehbar an
der Welle 02 angeordnet und besitzt eine Öffnung 11 pro
versenkbaren Mitnehmerelement 07, welche die Freigabe bzw.
das Umschalten des versenkbaren Mitnehmerelementes 07 von
dem dargestellten aktiven Zustand (1) in einen
passiven Zustand gestattet. Im aktiven Zustand wird die axiale Beweglichkeit
des versenkbaren Mitnehmerelementes 07 durch den Schaltring 09 blockiert,
welcher die lagerseitige Öffnung 11 der
durchgehenden Bohrung 16 verdeckt.
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In 2 ist
der passive Zustand des Spannkonus 01 dargestellt.
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Das
versenkbare Mitnehmerelement 07 ragt in diesem Zustand
nicht über
den Rand der Hülsenanlagefläche 04 hinaus.
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Das
Versenken des Mitnehmerelementes 07 erfolgt durch eine
axiale Verschiebung des Mitnehmerelementes 07, wenn die Öffnung 11 des
Schaltringes 09 gegenüber
der lagerseitigen Öffnung
der durchgehenden Bohrung 16 angeordnet ist. Das versenkbare
Mitnehmerelement 07 kann nun beim Aufschieben einer Wickelhülse auf
den Spannkonus 01 in axialer Richtung ausweichen.
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Der
Schaltring 09 wird durch einen Raststift (nicht dargestellt)
in der jeweils benötigten
Position fixiert. Ein Anschlagstift 12 ist vorgesehen,
um den Schaltring 09 in seiner Drehbewegung zu begrenzen. Dabei
wirkt der Anschlagstift 12 mit einer Vertiefung 13 des
Schaltringes 09 zusammen.
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In 3 ist
ein Längsschnitt
durch den Spannkonus 01 dargestellt.
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Dabei
ist oberhalb der Längsachse 05 die Lagerung
des versenkbaren Mitnehmerelementes 07 dargestellt, wohingegen
unterhalb der Längsachse 05 eines
der festen Mitnehmerelemente 06 dargestellt ist.
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Die
Längsachse 05 ist
gleichzeitig die Drehachse der Welle 02.
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Ein
Grundkörper 14 des
Spannkonus 01 ist in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einstückig mit
der Welle 02 ausgeführt,
kann aber auch als separates Teil oder Hülse ausgeführt sein. Im Grundkörper 14 ist
eine axial durchgehend verlaufende Bohrung 16 vorgesehen,
in welcher das versenkbare Mitnehmerelement 07 axial verschiebbar gelagert
und geführt
ist.
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Am
wellenseitigen Ende der Bohrung 16 ist der Schaltring 09 angeordnet,
welcher je nach Stellung die axiale Beweglichkeit des versenkbaren
Mitnehmerelementes 07 sperren oder gestatten kann.
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In 3 ist
der passive Zustand des Spannkonus 01 dargestellt. In diesem
passiven Zustand ist die Öffnung 11 des
Schaltringes 09 gegenüber
der wellenseitigen Öffnung
der Bohrung 16 angeordnet, sodass das versenkbare Mitnehmerelement 07 in dieser
Richtung verschiebbar ist. Durch die Kraft eines Elementes 17,
z. B. einer Feder 17 wird das versenkbare Mitnehmerelement 07 in
der dargestellten Grundstellung gehalten.
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Sobald
jedoch eine aufzuachsende Wickelhülse konusseitig an dem versenkbaren
Mitnehmerelement 07 angreift, weicht dieses in axialer
Richtung durch die Öffnung 11 des
Schaltringes 09 aus und wird dadurch in der Hülsenanlagefläche 04 versenkt.
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Im
Spannkonus 01 können
vorzugsweise drei versenkbare Mitnehmerelemente 07 abwechselnd
mit festen Mitnehmerelementen 06 kreisförmig und gleichverteilt auf
der Hülsenanlagefläche 04 angeordnet
sein.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
eines Spannkonus 01, bei welcher der Spannkonus 01 direkt
am Läufer 18 eines
Antriebsmotors 19, z. B. Synchronmotors 19 angeordnet
ist. Die Welle 02 des Synchronmotors 19 steht
auf der Seite der aufzuachsenden Materialrolle über das Gehäuse des Synchronmotors 19 über. Diese überstehende
Seite der Welle 02 dient als Tragzapfen 03, auf
der die Materialrolle drehbar gelagert werden kann.
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Der
Tragzapfen 03 mit den radialen Mitnehmerelementen 08 ist
durch entsprechend geeignete Bearbeitungsverfahren aus der Welle 02 herausgearbeitet.
Ein separater Konus zwischen Wickelhülse und Antriebswelle kann
damit entfallen.
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Der
Synchronmotor 19 ist in der Art eines feldschwächenbaren
Synchronmotors 19 ausgebildet, wobei er mit einer Feldschwächung bis
zu einem Verhältnis
1:10 betrieben werden kann. Der Synchronmotor 19 weist
in bekannter Weise Pole 21 und eine elektrische Erregung 23 auf.
Insbesondere der Läufer 18 des
Synchronmotors 19 weist Pole 21 aus Permanentmagneten
auf, und der Stator 22 des Synchronmotors 19 weist eine
elektrische Erregung 23 auf. Die Permanentmagnete sind
vorzugsweise aus Seltenerdwerkstoffen ausgeführt.
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Die
versenkbaren Mitnehmerelemente 07 sind in dieser Figur
nicht dargestellt, aber können auch
hier direkt im Läufer 18 des
Synchronmotors 19 vorgesehen werden, wie es in 3 gezeigt
ist. Der Schaltring 09 kann direkt hinter der Hülsenauflagefläche 04 angeordnet
werden.
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- 01
- Spannkonus
- 02
- Welle
- 03
- Tragzapfen
- 04
- Hülsenanlagefläche (10)
- 05
- Längsachse
- 06
- Mitnehmerelement,
fest
- 07
- Mitnehmerelement,
versenkbar
- 08
- Mitnehmerelement,
radial
- 09
- Schaltelement,
Schaltring
- 10
- Schiebering
- 11
- Öffnung
- 12
- Anschlagstift
- 13
- Vertiefung
- 14
- Grundkörper (01)
- 15
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- 16
- Bohrung
- 17
- Element,
Feder
- 18
- Läufer
- 19
- Antriebsmotor,
Synchronmotor
- 20
-
- 21
- Pol
(18)
- 22
- Stator
- 23
- Erregung,
elektrisch