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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur einseitigen Aufnahme und
zum lösbaren Haltern einer Wickelhülse einer Rolle
aus bahnförmigem Material, insbesondere einer Innenhülse
einer Papierrolle o. dgl., an einem antreibbaren Wellenende einer Drehwelle
einer Verarbeitungsmaschine, mit einem am Wellenende befestigbaren
und um eine erste Drehachse rotierbaren Grundkörper, der
mindestens ein Kurvensegment mit einer Kurvenführung aufweist,
welche in einer winklig, vorzugsweise etwa rechtwinklig, zur ersten
Drehachse aufgespannten Ebene umläuft, und mit mindestens
einem Spannelement, das einerseits in verschieblichem Eingriff mit der
Kurvenführung des mindestens einen Kurvensegmentes und
andererseits in Anlage an eine Innenseite der Winkelhülse
bringbar ist, wobei der Grundkörper und das mindestens
eine Spannelement um eine zweite Drehachse, gegeneinander verdrehbar sind.
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In
Form von Rollen aufgespultes bahnförmiges Material, wie
beispielsweise Papier, ist auf Wickelhülsen aufgerollt
und wird in diesem Zustand angeliefert. Die Wickelhülsen,
die auch als Innenhülsen oder Kernrohre bezeichnet werden,
bestehen gewöhnlich aus Pappe, Hartfasern oder Kunststoff.
Diese Rollen müssen dann zum Abrollen des bahnförmigen
Materials für eine Weiterverarbeitung in einer Verarbeitungsmaschine,
welche es sich im Falle von Papier gewöhnlich um Schneide-
und/oder Druckmaschinen handelt, in hierfür vorgesehene
Haltevorrichtungen der eingangs genannten Art gebracht werden. Gewöhnlich
sind zwei derartige Vorrichtungen vorgesehen, die im Abstand voneinander
angeordnet sind, um die Wickelhülse an beiden Seiten lösbar
zu haltern und somit ein Lager für beide Enden der Wickelhülse
zu bilden. Demgegenüber ist bei geringeren Arbeitsbreiten
gewöhnlich nur auf einer Seite eine derartige Vorrichtung
mit einem Spannkopf und auf der anderen Seite lediglich ein Dorn
vorgesehen.
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Für
die lösbare Halterung wird in das betreffende Ende der
Wickelhülse der Grundkörper eingeführt
und mit Hilfe von Spannelementen in Reibeingriff mit der Innenseite
der Wickelhülse gebracht. Gewöhnlich wird hierbei
gleichzeitig die Wickelhülse zentriert, also in koaxiale
Ausrichtung zur Drehachse des rotierenden Grundkörpers
und der Drehwelle gebracht, um ein insbesondere durch Unwucht hervorgerufenes
und zu wechselnden Bahnspannungen führendes, unregelmäßiges
Abrollverhalten zu vermeiden.
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Der
Grundkörper ist an dem Wellenende einer Drehwelle der Verarbeitungsmaschine
befestigt und bildet zusammen mit der Drehwelle ein Lager für die
Wickelhülse. Bei den Spannelementen handelt es sich gewöhnlich
um im wesentlichen radial bewegbare Spannbacken. Der Grundkörper
bildet zusammen mit den Spannelementen demnach einen Spannkopf, was
im übrigen auch auf die gesamte Vorrichtung der eingangs
genannten Art zutrifft.
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Sofern
eine für den Verarbeitungsprozess erforderliche Bahnspannung
beim Abrollen zu erzeugen ist, muss die drehende Rolle mit einem
hierfür erforderlichen Bremsmoment beaufschlagt werden. Demnach
wirkt eine entsprechende Bremsvorrichtung auf die Drehwelle und
somit auf den Spannkopf bzw. die Vorrichtung der eingangs genannten
Art.
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Bei
Spannköpfen wird zwischen permanent spannenden und mechanisch
expandierenden Spannköpfen unterschieden.
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Bei
permanent spannenden Spannköpfen werden die Spannbacken
durch von außen eingeleitete Kräfte betätigt,
die beispielsweise durch Druckluft, Schrauben oder Federn erzeugt
werden.
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Mechanisch
expandierende Spannköpfe nutzen das von den Bremsvorrichtungen
auf die Wickelhülse übertragene Bremsmoment aus,
um zu expandieren. Zu diesem Zweck kann auch die Vorrichtung der
eingangs genannten Art verwendet werden. Hierzu weist der Grundkörper
mindestens ein Kurvensegment auf, das mit einer Kurvenführung
versehen ist, welche in einer winklig, vorzugsweise etwa rechtwinklig,
zur Drehachse des Grundkörpers aufgespannten Ebene umläuft.
Das mindestens eine Spannelement befindet sich einerseits in verschieblichem
Eingriff mit der Kurvenführung des Kurvensegments. Dieser
Eingriff kann permanent sein und beispielsweise dadurch erzielt
werden, dass das Spannelement durch externe Kräfte, wie
beispielsweise Federkräfte, im verschieblichen Eingriff
mit der Kurvenführung gehalten wird. Mit „verschieblichen
Eingriff" ist gemeint, dass das Spannelement zwar in der Kurvenführung
gehalten, jedoch entlang der Kurvenführung bewegbar ist.
Andererseits ist das Spannelement in Anlage an die Innenseite der
Wickelhülse bringbar, um in Klemmeingriff mit dieser zu
gelangen. Demnach ist das Spannelement zwischen einer entspannten
Stellung bzw. Ruhestellung, in der sich das Spannelement außer
Eingriff mit der Wickelhülse befindet, und einer Klemm-
bzw. Arbeitsstellung verbringbar, in der sich das Spannelement in
Reib- bzw. Klemmeingriff mit einer Innenseite der Wickelhülse befindet.
Um das Spannelement zwischen diesen beiden Stellungen zu verbringen,
besitzt die Kurvenführung einen entsprechenden Verlauf.
Demnach übernimmt die Kurvenführung die Aufgabe
einer Kulissenführung. Auch konstruktiv kann die Kurvenführung
wie eine Kulissenführung ausgeführt sein. Gewöhnlich
bildet die Kurvenführung eine umlaufende Kurvenfläche,
die vom Umfang des Kurvensegmentes gebildet ist und mit dem sich
das Spannelement in verschieblicher Anlage befindet. Somit ist die
Kurvenführung in funktionaler Hinsicht auch mit einer Nockenführung
bzw. -fläche gleichzusetzen. Gewöhnlich sind mehrere
Spannelemente gleichmäßig über den Umfang
des Grundkörpers verteilt angeordnet.
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Wird
nun die Materialbahn von der Rolle abgezogen, fängt die
Rolle und somit auch die Wickelhülse an sich zu drehen.
Um die von der Rolle abgezogene Materialbahn unter Spannung zu halten,
soll durch die zuvor erwähnte Bremsvorrichtung ein Bremsmoment über
die Drehwelle und den von der Vorrichtung der eingangs genannten
Art gebildeten Spannkopf mit Grundkörper und Spannelementen auf
die Rolle übertragen werden. Dabei verdreht sich der Grundkörper
gegenüber den Spannelementen. Dadurch werden die Kurvensegmente
und somit deren Kurvenführung einer Bewegung gegenüber
den Spannelementen unterworfen, was aufgrund eines entsprechend
geeigneten Verlaufes der Kurvenführung zur Folge hat, dass
die Spannelemente nach außen gedrückt und dabei
aus ihrer zurückgezogenen entspannten Stellung bzw. Ruhestellung
in ihre Klemm- bzw. Arbeitsstellung radial nach außen bewegt
werden und somit in einen Kraftschluss und gegebenenfalls auch Formschluss
mit der Innenseite der Wickelhülse gelangen.
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Die
US 2005/0224627 A1 offenbart
einen selbstspannenden Spannkopf zum Innenspannen von Papierrollen
entsprechend der Vorrichtung der eingangs genannten Art. Dieser
bekannte Spannkopf weist ebenfalls einen zylinderförmigen
Grundkörper auf, welcher auf seinem Umfang mit drei ringförmig angeordneten,
um 120° versetzten und sich über jeweils 60° erstreckenden
Abflachungen bzw. ebenen Flächenabschnitten versehen ist,
welche die Aufgabe einer Kurvenführung übernehmen.
Sich radial nach außen erstreckend, sind drei entlang des
Umfanges des Grundkörpers um 120° versetzte Spannbacken
angeordnet, welche innen liegend jeweils eine konkave Innenfläche
aufweisen. Die Krümmung dieser konkaven Flächen
ist derart stark, dass deren Radius kleiner als der Abstand zur
Drehachse des Grundkörpers ist. Zwischen den ebenen Flächenabschnitten
des Grundkörpers und der konkaven Innenflächen
der Spannbacken sind Rollen angeordnet. Durch Verdrehen des Grundkörpers
um seine Drehachse relativ zu den Spannbacken werden diese nach
außen bewegt und spannen hierdurch die Wickelhülse
einer Papierrolle.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, dass das Spannen des mindestens einen Spannelementes
konstruktiv einfacher und zugleich wirkungsvoller realisiert werden
kann.
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Vorgeschlagen
wird erfindungsgemäß zur Lösung dieser
Aufgabe eine Vorrichtung zur einseitigen Aufnahme und zum lösbaren
Haltern einer Wickelhülse einer Rolle aus bahnförmigem
Material, insbesondere einer Innenhülse einer Papierrolle
o. dgl., an einem antreibbaren Wellenende einer Drehwelle einer
Verarbeitungsmaschine, mit einem am Wellenende befestigbaren und
um eine erste Drehachse rotierbaren Grundkörper, der mindestens
ein Kurvensegment mit einer Kurvenführung aufweist, welche
in einer winklig, vorzugsweise etwa rechtwinklig, zur ersten Drehachse
aufgespannten Ebene umläuft, und mit mindestens einem Spannelement, das
einerseits in verschieblichem Eingriff mit der Kurvenführung
des mindestens einen Kurvensegmentes und andererseits in Anlage
an eine Innenseite der Winkelhülse bringbar ist, wobei
der Grundkörper und das mindestens eine Spannelement um
eine zweite Drehachse, gegeneinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die umlaufende Kurvenführung des mindestens einen
Kurvensegmentes über ihre gesamte Länge gekrümmt
ist und einen sich über ihre gesamte Länge verändernden
Abstand zur zweiten Drehachse aufweist.
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Während
im Stand der Technik die Kurvenführung der Kurvensegmente
alternierend drei gekrümmte und drei ebene Flächenabschnitte
aufweisen, welche in einer Ebene rechtwinklig zur Drehachse verlaufen,
schlägt nunmehr die Erfindung vor, der umlaufenden Kurvenführung
des mindestens einen Kurvensegmentes die Form einer geschlossenen stetigen
Kurve zu geben, welche also keine Unstetigkeitsstellen enthält
und sowohl die erste Drehachse, die die Drehachse des rotierenden
Grundkörpers bildet, als auch die zweite Drehachse, um
die der Grundkörper und das mindestens eine Spannelement
gegeneinander verdrehbar sind, umschließt.
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Denkbar
sind sowohl eine symmetrische als auch eine asymmetrische Kurvenform
und können einzelne Kurvenabschnitte bei Bedarf eine nicht-konstante
Krümmung, eine konstante Krümmung oder eine Gerade
aufweisen. Als geeig nete und bevorzugte symmetrische Kurvenformen
mit zwei Symmetrieachsen seien hier beispielhaft die Ellipse und
das Lamésche Oval genannt. Als weitere geeignete und bevorzugte
symmetrische Kurvenformen mit einer einzigen Symmetrieachse sei
hier beispielhaft die sog. Eillinie und das Kartesianische Oval
genannt.
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Weiterhin
fallen auch zusammengesetzte ebene Kurven unter die hier getroffene
Definition; als Beispiel sei eine geschlossene Kurve genannt, welche
einen Halbkreis und einen Parabelabschnitt oder zwei spiegelsymmetrisch
zusammengesetzte Parabelabschnitte aufweist. Als Beispiel für
eine asymmetrische Kurvenform sei eine Kurve angeführt,
welche verschiedene Kreisbogenabschnitte mit unterschiedlichen Radien
aufweist. Selbstverständlich lassen sich auch Kurvensegmente
mit individuell konstruierten Kurvenformen, welche von den vorgenannten
bekannten Formen abweichen, herstellen und für die eingangs
genannte Vorrichtung erfindungsgemäß verwenden.
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Aufgrund
der Ausbildung spezifischer und sich im wesentlichen stetig ändernder
Umfangskrümmungen lassen sich mit jeweils entsprechend
ausgebildeten Kurvensegmenten sowohl verschiedene Verstellwege der
Spannelemente als auch verschiedene Spannkraftverläufe
vorbestimmbar realisieren. Weiterhin kann wegen der Möglichkeit
einer wahlweisen Anordnung jedes der Kurvensegmente in einer eigenen
Ebene ein Verstellweg erzielt werden, der ein Vielfaches des Verstellweges
von bekannten Spannköpfen beträgt. Einhergehend
mit dem größeren Verstellweg kann außerdem
bei gleichem radialem Spannweg ein flacherer Spannkraftverlauf realisiert
werden. Somit bietet die Erfindung die Möglichkeit einer
besonders einfachen, schnellen und zugleich wirkungsvollen sowie
konstruktiv einfach zu realisierenden Handhabung eines Spannelementes zum
Innenspannen einer Wickelhülse einer Rolle aus bahnförmigem
Material.
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Bevorzugte
Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in
den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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So
weist vorzugsweise der Grundkörper einen, insbesondere
ringförmig umlaufenden, Anschlag auf, dessen radiale Ausdehnung
größer als der Innenradius der Winkelhülse
ist. Bei einer Weiterbildung kann der Anschlag in einer einstückigen
Ausführung auch Teil des Grundkörpers sein.
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Insbesondere
wenn die umlaufende Kurvenführung eine umlaufende Kurvenführung
ist, die vom Umfang des Kurvensegmentes gebildet ist und an der
das mindestens eine Spannelement mit einem Flächenabschnitt
anliegt, bietet die Erfindung eine konstruktiv besonders einfache
Möglichkeit für die Ausgestaltung des Spannelementes.
Denn es reicht beispielsweise aus, dass der Flächenabschnitt,
mit dem das Spannelement an der Kurvenfläche anliegt, lediglich
aus einer etwa ebenen Fläche zu bestehen braucht, welche
vorzugsweise etwa rechtwinklig zur in Bezug auf die Drehachse radialen
Richtung orientiert ist und sich somit parallel zur Drehachse erstreckt.
Trotz dieser einfachen Konstruktion ergibt sich gleichwohl eine
effektive Gleitberührung des Spannelementes mit der Kurvenführung.
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Die
erste Drehachse, die die Drehachse des Grundkörpers bildet,
und die zweite Drehachse, um die der Grundkörper und das
mindestens eine Spannelement gegeneinander verdrehbar sind, können
je nach Ausführung wahlweise zusammenfallen oder in einem
Abstand parallel zueinander verlaufen.
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Es
ist denkbar, bei mindestens einem Kurvensegment nur ein einziges
Spannelement der Kurvenführung zuzuordnen, so dass sich
jeweils nur ein einziges Spannelement in verschieblichem Eingriff mit
der Kurvenführung eines Kurvensegmentes befindet.
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Es
können aber auch bei mindestens einem Kurvensegment mindestens
zwei Spannelemente der Kurvenführung zugeordnet sein, so
dass sich mindestens zwei Spannelemente gemeinsam in verschieblichem
Eingriff mit der Kurvenführung eines Kurvensegmentes befinden.
Für eine gleichmäßige Verteilung über
den Umfang des Grundkörpers sollten die Winkelabschnitte
zwischen zwei benachbarten Spannelementen etwa gleich sein. Aus
dieser letztgenannten Weiterbildung folgt, dass für den
Fall, dass der Kurvenführung bei mindestens einem Kurvensegment
nur zwei Spannelemente zugeordnet sind, diese etwa um 180° zueinander
versetzt und somit in Bezug auf die Drehachse etwa diametral gegenüberliegend
anzuordnen sind.
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Eine
ferner besonders bevorzugte Ausführung, bei welcher der
Grundkörper mindestens zwei Kurvensegmente aufweist, die
in Richtung der Drehachse nebeneinander oder voneinander beabstandet angeordnet
sind, zeichnet sicht dadurch aus, dass die Ellipse, die die Form
der Kurvenführung mindestens eines Kurvensegments bildet,
in einem Winkel versetzt gegenüber der Ellipse ausgerichtet
ist, die die Form der Kurvenführung mindestens eines weiteren
Kurvensegmentes bildet. Eine solche Ausführung erlaubt
die Erzielung einer höheren und gegebenenfalls auch noch
ausgewogen verteilten Spann- bzw. Klemmkraft. Bei einer Weiterbildung
sind anstelle von einzeln angeordneten Kurvensegmenten mindestens eine
erste Gruppe von Kurvensegmenten und eine zweite Gruppe von Kurvensegmenten
vorgesehen, so dass Kurvensegmente zu einer ersten Gruppe und weitere
Kurvensegmente mindestens zu einer zweiten Gruppe zusammengefasst
sind, wobei in jeder Gruppe die Kurvenführungen dieselbe
Ausrichtung in Bezug auf die Drehachse haben. Der Winkel kann vorzugsweise
etwa 90° betragen, so dass die Ellipsen etwa rechtwinklig
zueinander liegen.
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Bei
einer Weiterbildung können zwei Kurvensegmente und vier
Spannelemente vorgesehen sein, wobei der Kurvenführung
jedes Kurvensegmentes zwei Spannelemente zugeordnet sind, die in
Bezug auf die Drehachse etwa diametral gegenüberliegen. Eine
solche Anordnung lässt sich in gleicher Weise auch bei
Verwendung von zwei Gruppen von Kurvensegmenten realisieren.
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Der
Winkel kann beispielsweise auch etwa 120° betragen. In
diesem Fall ist es vorteilhaft, beispielsweise nur drei Kurvensegmente
und drei in Bezug auf die Drehachse etwa um 120° zueinander
versetzt angeordnete Spannelemente vorzusehen, von denen ein Spannelement
der Kurvenführung eines Kurvensegmentes zugeordnet ist.
Die gleiche Anordnung lässt sich auch bei Verwendung von
drei Gruppen von Kurvensegmenten realisieren.
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Der
Grundkörper kann als mit der Drehwelle einstückig
verbundenes Teil vorgesehen sein.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführung hat die umlaufende
Kurvenführung des mindestens einen Kurvensegmentes die
Form einer Ellipse. Die elliptische Form hat den Vorteil, dass aufgrund
ihrer zunächst verhältnismäßig
großen Steigung das Spannelement sich sehr schnell aus
seiner entspannten Stellung bzw. Ruhestellung heraus bewegen und
nach außen drücken lässt, wodurch es
in ausgesprochen kurzer Zeit in die Nähe seiner Klemm-
bzw. Arbeitsstellung verbracht werden kann. Da die Steigung einer
Ellipse nach außen hin stark abnimmt, lässt sich
das Spannelement aufgrund der nunmehr relativ geringen Steigung
der Kurvenführung mit verhältnismäßig
moderatem Kraftaufwand bzw. Drehmoment, jedoch effektiv in seine
Klemm- bzw. Arbeitsstellung drücken. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass sich eine elliptische Kurvenführung konstruktiv
besonders einfach realisieren lässt.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 schematisch
einen Teil einer Verarbeitungsmaschine mit einer Vorrichtung zur
lösbaren Halterung einer Wickelhülse, auf der
bahnförmiges Material aufgewickelt ist;
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2 in
ausführlicherer Darstellung einen in ein Ende der Wickelhülse
eingesetzten Spannkopf gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführung der Erfindung im Längsschnitt gemäß 2a und im Querschnitt gemäß 2b entlang der in 2a gezeigten
strichpunktierten Linie b-b, wobei sich die Spannbacken in ihrer
entspannten Stellung bzw. zurückgezogenen Ruhestellung
befinden;
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3 in
ausführlicherer Darstellung einen in ein Ende der Wickelhülse
eingesetzten Spannkopf gemäß der ersten bevorzugten
Ausführung der Erfindung im Längsschnitt gemäß 3a und im Querschnitt gemäß 3b entlang der in 3a gezeigten
strichpunktierten Linie b-b, wobei sich die Spannbacken in einer
Stellung kurz vor Erreichen ihrer Klemm- bzw. Arbeitsstellung befinden;
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4 in
vergrößerter Ansicht eine Spannbacke und deren
Lagerung; und
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5 eine
zweite bevorzugte Ausführung eines in das Ende einer Wickelhülse
eingesetzten Spannkopfes im Querschnitt, wobei sich die Spannbacken
in ihrer Klemm- bzw. Arbeitsstellung befinden.
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In 1 ist
schematisch eine Wickelhülse 2 gezeigt, auf der
bahnförmiges Material zu einer Rolle 4 aufgewickelt
ist. Da die Wickelhülse 2 im Inneren der Rolle 4 liegt
und diese trägt, wird sie auch als Innenhülse
oder Kernrohr bezeichnet. Bevorzugt besteht die Wickelhülse 2 aus
Pappe, Hartfasern oder Kunststoff.
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Das
zur Rolle 4 aufgespulte bahnförmige Material,
welches in 1 im einzelnen nicht dargestellt
ist, wird in diesem Zustand angeliefert und in einer in den Figuren
nicht dargestellten Verarbeitungsmaschine verarbeitet. Insbesondere
wenn das bahnförmige Material aus Papier besteht, handelt
es sich bei der Verarbeitungsmaschine beispielsweise um eine Schneide-
und/oder Druckmaschine. Zum Abrollen des bahnförmigen Materials
von der Rolle 4 für eine nachfolgende Verarbeitung
muss die Rolle 4 drehbar gehaltert werden. Hierzu wird
in jedes der beiden offenen Enden 2a der Wickelhülse 2 ein Spannkopf 6 gesteckt,
der koaxial auf einer Drehwelle 8 befestigt ist, welche
drehbar an einem Ständer 10 gelagert ist, wie 1 schematisch
erkennen lässt. Der Spannkopf 6, die Drehwelle 8 und
der Ständer 10 gemäß 1 bilden
somit eine drehbare Lagerung für die Wickelhülse 2 und
die von dieser getragenen Rolle 4.
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Konkret
handelt es sich beim Spannkopf 6 um eine Vorrichtung zum
lösbaren Haltern der Wickelhülse 2, was
nachfolgend im Einzelnen noch näher erläutert
wird. Da die Wickelhülse 2 und somit die Rolle 4 an
beiden Seiten zu lagern ist, ist an beiden Seiten die zuvor beschriebene
Anordnung von Spannkopf 6, Drehwelle 8 und Ständer 10 vorgesehen,
wie 1 erkennen lässt.
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Um
beim Abrollen von der Rolle 4 eine für den nachfolgenden
(in der Beschreibung nicht näher erläuterten und
in den Figuren nicht gezeigten) Verarbeitungsprozess erforderliche
Spannung in der Materialbahn zu erzeugen, muss ein Bremsmoment auf
die Wickelhülse 2 ausgeübt werden. Hierzu
ist eine Bremsvorrichtung 12 mit mindestens einer Drehwelle 8 gekoppelt.
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Weitere
Einzelheiten des Spannkopfes 6 gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführung sind in den 2 und 3 dargestellt,
wobei die Beschreibung des Spannkopfes 6 zunächst
anhand der 2 erfolgt.
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Der
Spannkopf 6 weist einen Drehkörper 14 auf,
der auf der Drehwelle 8 sitzt und an dieser befestigt ist.
Da die Drehwelle 8 um die gemeinsame Drehachse X rotierbar
gelagert ist, trifft dies auch auf den Drehkörper 14 zu.
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Am
freien (gemäß 2a rechten)
Ende des Drehkörpers 14 ist eine Endkappe 16 angeordnet,
die die Form eines Kegelstumpfes hat. Eine solche Form erleichtert
das Einführen des Spannkopfes 6 in ein offenes
Ende 2a der Wickelhülse 2. Die Endkappe 16 ist
an einem ersten ringförmigen Kragen 18 befestigt, welcher
drehbar an dem Drehkörper 14 oder der Drehwelle 8 gelagert
ist. Beabstandet von diesem ersten ringförmigen Kragen 18 ist
ein zweiter ringförmiger Kragen 20 an dem Drehkörper 14 oder
der Drehwelle 8 drehbar gelagert, wie 2a erkennen lässt.
Dieser zweite ringförmige Kragen 20 sitzt benachbart
zu einem ringförmigen Anschlag 22, der auf der
Drehwelle 8 befestigt ist. Wie 2a erkennen lässt,
ist der Außendurchmesser des ringförmigen Anschlages 22 größer
als der Innendurchmesser der Wickelhülse 2, so
dass beim Einführen des Spannkopfes 6 in das offene
Ende 2a der Wickelhülse 2 der ringförmige
Anschlag 22 in Anlage an die Stirnseite des offenen Endes 2a der
Wickelhülse 2 bringbar ist. Durch die Anordnung
des ringförmigen Anschlages 22 wird somit eine
bestimmte Eindringtiefe für den Spannkopf 6 in
die Wickelhülse 2 definiert, wodurch verhindert
wird, dass der Spannkopf 6 mit der Drehwelle 8 zu
weit in die Wickelhülse 2 eingeführt
werden kann; denn ansonsten besteht die Gefahr, dass die Rolle 4 mit
ihrer entsprechenden Stirnseite in Berührung mit dem Ständer 10 gelangen
und dadurch das bahnförmige Material beschädigt
werden kann.
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Zwischen
den beiden ringförmigen Kragen 18 und 20 weist
der Drehkörper 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel 6 Kurvensegmente
auf. Wie 2a erkennen lässt,
sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die Kurvensegmente
in einer ersten Gruppe von drei ersten Kurvensegmenten 24 und
in einer zweiten Gruppe von drei zweiten Kurvensegmenten 26 zusammengefasst.
Wie 2a und b erkennen lässt,
bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel die Kurvensegmente 24, 26 scheibenförmige Abschnitte,
die im Querschnitt (2b) die Form einer
Ellipse haben.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel stimmen die ersten Kurvensegmente 24 der
ersten Gruppe in ihrer Ausrichtung und Form überein. Gleiches gilt
auch für die zweiten Kurvensegmente 26 in der zweiten
Gruppe. Allerdings unterscheidet sich die erste Gruppe der ersten
Kurvensegmente 24 von der zweiten Gruppe der zweiten Kurvensegmente 26 durch
eine unterschiedliche Winkelausrichtung im Hinblick auf die Drehachse
X. Wie insbesondere 2b erkennen lässt,
ist nämlich die Ellipse, die die Form der ersten Kurvensegmente 24 bildet,
um einen Winkel von 90° versetzt gegenüber der
Ellipse ausgerichtet, welche die Form der zweiten Kurvensegmente 26 bildet.
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Bei
jeder der Kurvensegmente 24, 26 bildet der Umfang
eine umlaufende streifenförmige Kurvenfläche 24a bzw. 26a,
welche nach Art einer umlaufenden Kurvenführung in einer
rechtwinklig zur Drehachse X aufgespannten Ebene elliptisch umläuft.
Wie nachfolgend noch im Einzelnen näher erläutert
wird, übernimmt die vom Umfang der Kurvensegmente 24, 26 gebildete
umlaufende Kurvenfläche 24a bzw. 26a die
Aufgabe einer Nockenfläche bzw. Kulissenführung.
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Wie 2a erkennen lässt, sind zwei
erste Spannbacken 28 vorgesehen, die an der Außenseite des
Drehkörpers 14 angeordnet sind und in Bezug auf
die Drehachse X diametral gegenüberliegen. Wie insbesondere 4 erkennen
lässt, ist jede Spannbacke 28 im dargestellten
Ausführungsbeispiel mit drei in Richtung der Drehachse
X voneinander beabstandeten Vorsprüngen 30 versehen.
Beiderseits dieser Vorsprünge 30 sind Aussparungen 32 gebildet. An
ihrem freien Ende sind die Vorsprünge 30 mit einem
ebenen Flächenabschnitt 30a versehen, der sich
in Bezug auf die Drehachse X in axialer Richtung erstreckt. Die
Vorsprünge 30 sind so ausgebildet und voneinander
beabstandet, dass jeder dieser Vorsprünge 30 der
ersten Spannbacken 28 mit seinem Flächenabschnitt 30a auf
der vom Umfang gebildeten umlaufenden Kurvenfläche 24a einer
der ersten Kurvensegmente 24 aufliegt. Die benachbart zu
den Vorsprüngen 30 ausgebildeten Aussparungen 32 dienen
zur Aufnahme der zweiten Kurvensegmente 26, ohne dass eine
körperliche Berührung stattfindet. Durch die Ausbil dung
der Aussparungen 32 soll demnach ein Eingriff der zweiten
Kurvensegmente 26 mit den ersten Spannbacken 28 verhindert
werden. Vielmehr sollen sich die zweiten Kurvensegmente 26 durch
die Aussparungen 32 hindurch ungehindert an den ersten
Spannbacken 28 vorbei bewegen können. Demnach
werden die ersten Spannbacken 28 mit Hilfe der Vorsprünge 30 im
dargestellten Ausführungsbeispiel nur von der ersten Gruppe
der ersten Kurvensegmente 24 gestützt.
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Wie 2a erkennen lässt, sind im dargestellten
Ausführungsbeispiel neben den zwei ersten Spannbacken 28 noch
zwei zweite Spannbacken 34 vorgesehen. Die zwei zweiten
Spannbacken 34 weisen grundsätzlich die Form wie
die ersten Spannbacken 28 auf und sind auch in gleicher
Weise angeordnet, allerdings mit dem Unterschied, dass sie im dargestellten
Ausführungsbeispiel nur von der zweiten Gruppe der zweiten
Kurvensegmente 26 gestützt werden. Demnach befinden
sich die Vorsprünge der zweiten Spannbacken 34,
welche entsprechend den Vorsprüngen 30 der ersten
Spannbacken 28 ausgebildet sind, in Anlage an die Kurvenflächen 26a der zweiten
Kurvensegmente 26. Demgegenüber dienen an den
zweiten Spannbacken 34 die zwischen den Vorsprüngen
vorgesehenen Aussparungen, die entsprechend den Aussparungen 32 der
ersten Spannbacken 28 ausgebildet sind, zur berührungslosen Aufnahme
der ersten Kurvensegmente 24.
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Wie 2 in
Verbindung mit 4 erkennen lässt, haben
die Spannbacken 28, 34 eine im wesentlichen quaderförmige
Grundform, deren Langseite sich parallel zur Drehachse X erstreckt.
Dabei lässt 2b erkennen,
dass die Spannbacken 28, 34 im dargestellten Ausführungsbeispiel
im Querschnitt ein sich in radialer Richtung erstreckendes Rechteck
bilden und somit verhältnismäßig schmal
sind. Somit sind die Spannbacken 28, 34 in Bezug
auf die Drehachse X und den Drehkörper 14 sozusagen
'hochkant' bzw. aufrecht stehend in radialer Richtung angeordnet.
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Da
die Spannbacken 28, 34 zwischen dem Drehkörper 14 und
der Innenseite 2b der Wickelhülse 2 liegen,
weisen sie ein erstes Ende 28a bzw. 34a auf, welches
benachbart zur Innenseite 2b der Wickelhülse 2 liegt.
Das erste Ende 28a bzw. 34a der Spannbacken 28, 34 bildet
eine konvexe Fläche, wie 2b erkennen lässt,
um in der Klemm- bzw. Arbeitsstellung der Spannbacken 28, 34 eine
flächige Anlage an die Innenseite 2b zu erzielen.
Ferner lässt 2b anhand der
zweiten Spannbacken 34 erkennen, dass die Spannbacken 28, 34 ein
zweites Ende aufweisen, mit welchem sie an der umlaufenden Kurvenfläche 24a bzw. 26a der
zugehörigen Kurvensegmente 24 bzw. 26 anliegen.
Das zweite Ende wird von den ebenen Flächenabschnitten
gebildet, welche bei der Spannbacke 28 in 4 mit
dem Bezugszeichen „30a" gekennzeichnet sind. In 2b ist nur das zweite Ende 34b der
zweiten Spannbacken 34 sichtbar dargestellt, wobei ferner
zu erkennen ist, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel
das zweite Ende der Spannbacken 28, 34 die im
wesentlichen ebene Fläche bildet, die rechtwinklig zur
in Bezug auf die Drehachse X radialen Richtung orientiert ist. Demnach
bildet das zweite Ende der Spannbacken 28, 34 ein
'stumpfes' Ende, mit dem sich die Spannbacken 28, 34 in
verschieblicher bzw. gleitender Anlage an die elliptisch umlaufenden
Kurvenflächen 24a bzw. 26a der ersten
bzw. zweiten Kurvensegmente 24 bzw. 26 befinden.
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Wie 2b erkennen lässt, sind somit
nicht nur zwei Gruppen von Kurvensegmenten 24 und 26, sondern
auch zwei Gruppen von Spannbacken 28, 34 vorgesehen,
wobei jede Gruppe im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus zwei Spannbacken und demnach einem Paar von Spannbacken besteht.
In jeder Gruppe liegen die beiden Spannbacken in Bezug auf die Drehachse
X und den Drehkörper 14 diametral gegenüber.
Dabei ist die Ausrichtung des ersten Paares der ersten Spannbacken 28 um
90° in Bezug auf die Drehachse X versetzt gegenüber
dem zweiten Paar der zweiten Spannbacken 34 angeordnet,
so dass insgesamt alle vier Spannbacken 28, 34 eine
kreuzförmige Anordnung bilden, wie 2b erkennen
lässt.
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Die
Anordnung der Spannbacken 28, 34 einerseits und
der Drehkörper 14 mit den Kurvensegmenten 24, 26 andererseits
sind um die gemeinsame Drehachse X gegeneinander verdrehbar gelagert. Sofern
der Drehkörper 14 drehfest an der Drehwelle 8 befestigt
ist, ist die Anordnung der Spannbacken 28, 34 auch
gegenüber der Drehwelle 8 um die Drehachse X verdrehbar.
Dies bedingt eine Drehlagerung der Anordnung der Spannbacken 28, 34 an
der Drehwelle 8. Eine solche Lagerung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel
von den ersten und zweiten ringförmigen Kragen 18, 20 übernommen,
welche drehbar auf der Drehwelle 8 gelagert sind und zwischen
sich die Spannbacken 28, 34 derart haltern, dass
die Spannbacken 28, 34 in Bezug auf die gemeinsame
Drehachse X in axialer Richtung ortsfest angeordnet sind, jedoch
in radialer Richtung bewegbar bleiben. Die in axialer Richtung ortsfeste
Anordnung wird dadurch erreicht, dass die ersten und zweiten ringförmigen
Kragen 18, 20 an den jeweils benachbarten Stirnseiten
der Spannbacken 28, 34 lose anliegen, wie in den 2a und 4 anhand
der ersten Spannbacke(n) 28 gezeigt ist. Die radial bewegliche
Lagerung der Spannbacken wird im dargestellten Ausführungsbeispiel
durch in axialer Richtung angeordnete Stifte 36 realisiert,
welche in den ersten und zweiten ringförmigen Kragen 18, 20 befestigt
sind und in radiale Längsschlitze 38 ragen, die in
den Stirnseiten der Spannbacken 28, 34 ausgebildet
sind, wie in 4 anhand der Spannbacke 28 gezeigt
ist. Die Tiefe und Breite der Längsschlitze 38 richtet
sich nach der Länge und dem Durchmesser des aus den ersten
und zweiten ringförmigen Kragen 18, 20 herausragenden
Abschnittes der Stifte 36, während die Länge
der Längsschlitze 38 in Abhängigkeit
von dem gewünschten Bewegungshub der Spannbacken 28, 34 in
radialer Richtung gewählt ist.
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Da
nicht nur das erste Paar der ersten Spannbacken 28 um einen
Winkel von 90° versetzt gegenüber dem zweiten
Paar der zweiten Spannbacken 34 angeordnet ist, sondern
auch die erste Gruppe der ersten Kurvensegmente 24 ebenfalls
in einem Winkel von 90° versetzt gegenüber der
zweiten Gruppe der zweiten Kurvensegmente 26 ausgerichtet
ist und somit ebenfalls wie die beiden Gruppen der Kurvensegmente 24, 26 gemeinsam
eine kreuzförmige Anordnung bilden, wie 2b erkennen
lässt, ergibt sich eine Drehstellung des Drehkörpers 14 gegenüber
den Spannbacken 28, 34, wie sie in 2 gezeigt
ist. In dieser Situation liegen die Spannbacken 28, 34 mit
ihrem zweiten Ende an demjenigen Umfangsabschnitt bzw. Abschnitt
der Kurvenfläche 24a bzw. 26a der ersten
bzw. zweiten Kurvensegmente 24 bzw. 26 an, welche
den geringsten radialen Abstand zur gemeinsamen Drehachse X hat.
Bei dieser Drehstellung nehmen somit die Spannbacken 28, 34 ihre
von der Innenseite 2b der Wickelhülse 2 entfernteste
Stellung ein, in der sie im Abstand von der Innenseite 2b der
Wickelhülse 2 liegen, was der entspannten Stellung
bzw. Ruhestellung entspricht, wodurch sich der Spannkopf 6 im
entspannten Zustand befindet.
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Wird
nun, ausgehend von der in 2 gezeigten
Drehstellung, der Drehkörper 14 einer Drehbewegung,
beispielsweise in Richtung des Pfeils A gemäß 3,
unterworfen, so verändert sich dementsprechend auch die
Drehstellung der Anordnung aus den ersten und zweiten Gruppen der
Kurvensegmente 24, 26 gegenüber der Anordnung
der Spannbacken 28, 34. Dadurch findet ebenfalls
eine Bewegung der elliptisch umlaufenden Kurvenflächen 24a, 26a der
Kurvensegmente 24, 26 gegenüber den zweiten
Enden 28b, 34b der Spannbacken 28, 34 statt;
d. h. die Kurvenflächen 24a, 26a laufen
an den benachbarten zweiten Enden der Spannbacken 28, 34 entlang,
wobei die Kurvenflächen 24a, 26a weiterhin
an den zweiten Enden 28b, 34b der Spannbacken 28, 24 anliegen.
Die zweiten Enden 28b, 34b der Spannbacken 28, 34 kommen
somit nunmehr in Berührung mit Abschnitten der elliptischen
Kurvenflächen 24a, 26a, welche in einem
größer werdenden radialen Abstand zur Drehachse
X liegen. Dies hat zur Folge, dass durch den elliptischen Verlauf
der am Umfang der Kurvensegmente 24, 26 ausgebildeten Kurvenflächen 24a, 26a aufgrund
der Zunahme des radialen Abstandes die Spannbacken 28, 34 in
radialer Richtung nach außen gedrückt werden,
wie in 3a und b die dort nicht näher
gekennzeichneten Pfeile erkennen lassen. Somit werden die Spannbacken 28, 34 mit
ihrem ersten Ende 28a bzw. 34a in Anlage an die
Innenseite 2b der Wickelhülse 2 und bei
fortgesetzter Bewegung in Klemm- bzw. Reibeingriff mit der Innenseite 2b der
Wickelhülse 2 gebracht. Die Spannbacken 28, 34 erreichen
ihre Klemm- bzw. Betriebsstellung, wenn sie mit ihrem zweiten Ende
in Anlage an denjenigen Abschnitt der elliptischen Kurvenfläche 24a bzw. 26a gelangen, welcher
den größten radialen Abstand zur Drehachse X aufweist.
Dann befindet sich der Spannkopf 6 in seinem vollständigen
Spannzustand. Der nutzbare Winkel, um die Spannbacken 28, 34 zwischen
ihrer entspannten Stellung bzw. Ruhestellung gemäß 2 und
ihrer Klemm- bzw. Arbeitsstellung zu verbringen, beträgt
bei dieser Ausführung 90°.
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Der
vollständige Spannzustand ist jedoch in 3a und
b nicht dargestellt. Vielmehr zeigt 3a und
b eine Drehstellung des Drehkörpers 14 mit seinen
Kurvensegmenten 24, 26 kurz vor Vollendung der
90°-Schwenkbewegung und somit kurz vor Erreichen des vollständigen
Spannzustandes, wie sich insbesondere 3b entnehmen
lässt.
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Der
zuvor beschriebene Spannkopf 6 kann als sogenannter mechanisch
expandierender Spannkopf Verwendung finden. Ein mechanisch expandierender
Spannkopf nutzt das von den Bremsvorrichtungen 12 (1)
auf die Wickelhülse 2 übertragene Bremsmoment
aus, um zu expandieren. Mit „expandieren" ist die radiale
Bewegung der Spannbacken 28, 34 nach außen
gemeint, wie sie zuvor beschrieben wurde. Wird nun das bahnförmige
Material von der Rolle 4 abgezogen, fängt die
Rolle 4 an, sich zu drehen. Um die Materialbahn unter Spannung
zu halten, was für einen nachfolgenden Verarbeitungsprozess
häufig erforderlich ist, soll durch die Bremsvorrichtungen 12 ein
Bremsmoment über die Drehwellen 8 und die Spannköpfe 6 auf
die Wickelhülse 2 und somit die Rolle 4 übertragen
werden (vgl. 1). Dabei verdreht sich der
Drehkörper 14 gegenüber der Anordnung
der Spannbacken 28, 34, und nach dem Prinzip eines
Keils werden durch die elliptischen Kurvensegmente 24, 26 die
Spannbacken 28, 34 nach außen gedrückt
und sorgen für einen Kraftschluss und teilweise auch Formschluss
mit der Innenseite 2b der Wickelhülse 2,
wie zuvor erläutert wurde.
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Dabei
ist die in radialer Richtung wirkende Expansionskraft (Haltekraft)
umgekehrt proportional zu dem Spannweg, welcher dem radialen Hub
der Spannbacken 28, 34 entspricht. In diesem Zusammenhang
gilt vereinfacht folgende Beziehung: Expansionskraft
~ Drehwinkel × Bremsmoment/Hub.
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Für
einen Spannkopf ist sowohl ein ausreichender Spannweg als auch eine
hohe Expansionskraft entscheidend für seine Funktion. Dieser
Bedingung entspricht der zuvor beschriebene Spannkopf 6.
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5 zeigt
eine zweite Ausführung, welche sich von der ersten Ausführung
gemäß den 2 und 3 dadurch
unterscheidet, dass die Ellipse, welche die Form der am Umfang der
Kurvensegmente umlaufenden Kurvenfläche bildet, nicht auf
der Drehachse X, sondern außermittig zu dieser liegt. Ein weiterer
Unterschied zu der ersten Ausführung besteht darin, dass
nicht zwei diametral gegenüberliegende Spannbacken einem
Kurvensegment bzw. einer Gruppe von Kurvensegmenten, sondern jeweils nur
ein einziges Spannelement einem Kurvensegment bzw. einer Gruppe
von Kurvensegmenten zugeordnet ist. Schließlich besteht
ein weiterer Unterschied gegenüber der ersten Ausführung
darin, dass drei Kurvensegmente 124, 125, 126 bzw.
drei Gruppen von entsprechenden, in axialer Richtung nebeneinander
liegenden Kurvensegmenten in zueinander äquidistanter Anordnung
vorgesehen sind, wobei hier der Winkelversatz nicht 90°,
sondern 120° beträgt. Dementsprechend sind auch
nur drei Spannbacken 128, 129 und 134 in
zueinander äquidistanter Anordnung vorgesehen, von denen
sich die erste Spannbacke 128 in Anlage an das erste Kurvensegment 124,
die zweite Spannbacke 129 in Anlage an das zweite Kurvensegment 125 und
die dritte Spannbacke 134 in Anlage an das dritte Kurvensegment 126 befindet.
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Wie
ferner 5 im Unterschied zu 3b erkennen
lässt, ist die zweite Ausführung im vollständigen
Spannzustand gezeigt, in der an den Spannbacken 128, 129, 134 derjenige
Abschnitt des ellipsenförmigen Umfanges der Kurvensegmente 124, 125, 126 anliegt,
welcher den maximalen Abstand zur Drehachse X aufweist. Der nutzbare
Winkel, um die Spannbacken 128, 129, 134 zwischen
ihrer Klemm- bzw. Arbeitsstellung und ihrer entspannten Stellung bzw.
Ruhestellung zu verbringen, beträgt bei der zweiten Ausführung
gemäß 5 180°. Denn der Drehkörper 14 muss
um 180° gegenüber der in 5 gezeigten
Drehstellung verdreht werden, bis die Spannbacken 128, 129, 134 am
Umfang des zugehörigen Kurvensegmentes 124, 125 bzw. 126 denjenigen
Abschnitt erreichen, der den geringsten radialen Abstand zur Drehachse
X aufweist.
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Schließlich
sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass Mittel vorgesehen sein
können, die die Spannbacken in Richtung auf den Drehkörper 14 vorspannen,
so dass sich die Spannbacken mit ihrem zweiten Ende stets in Anlage
an die Kurvenfläche des zugeordneten Kurvensegmentes befinden.
Diese Mittel sind jedoch in den Figuren nicht dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2005/0224627
A1 [0010]