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Einrichtung zum schraubenlinienförmigen Wickeln eines Bandes auf einen
Dorn Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum schraubenlinienförmigen
Wickeln eines Bandes auf einen Dorn mit einer koaxial zum Dorn und um den Dorn drehbar
angeordneten Vorrichtung zur Aufnahme des Bandes in Form einer Spule und mehreren
dieser Vorrichtung im Abstand vom Dorn und über einen bestimmten Umfangsbereich
zugeordneten Führungsrollen, von denen die an der Ablaufstelle des Bandes an der
Spule angeordnete erste Führungsrolle mit ihrer Achse parallel zur Spulenachse ausgerichtet
ist und die der Auflaufstelle des Bandes auf den Dorn unmittelbar benachbarte letzte
Führungsrolle mit ihrer Achse der für das Wickeln gewünschten Steigung entsprechend
schräg zur Dornachse gestellt ist und die zwischen der ersten und der letzten Führungsrolle
angeordnete Führungsrolle eine geringere Schrägstellung der Achse als die letzte
Führungsrolle aufweist, um das Band allmählich in die Aufwickelrichtung überzuführen.
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Eine bekannte Einrichtung dieser Art dient dazu, ein Isolierband
bzw. ein Schutzband beispielsweise auf ein Rohr einer Ö1- oder Gasleitung aufzuwickeln.
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Das verwendete Band besteht aus Fasermaterial, das mit einer bitumenhaltigen
Zusammensetzung getränkt ist. Ein derartiges Band hat sowohl in Längsrichtung als
auch in Querrichtung eine beträchtliche Festigkeit, so daß es während der Überführung
von der Bandspule auf das Rohr ohne Gefahr seitlichen Kriechens des Bandmaterials
verdreht werden kann. Die schrägen Führungsrollen der bekannten Bandführungsvorrichtung
sind dabei so angeordnet, daß dem Band durch die erste Rolle eine Verdrehung in
einer Richtung und durch die zweite Rolle eine Verdrehung in der entgegengesetzten
Richtung erteilt wird.
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Eine solche Einrichtung kann jedoch nicht verwendet werden, wenn
das zu wickelnde Band aus wärmehärtendem Material besteht, in welchem in Längsrichtung
ausgerichtete Fasern oder Fäden eingebettet sind, so daß das Band lediglich in Längsrichtung
eine gewisse Festigkeit hat, jedoch nicht in Querrichtung. Bei Verwendung solchen
Bandes ist es besonders wichtig, dem Band bei der Überführung von der Spule auf
den Dorn keine übermäßigen Verdrehungen zu erteilen. Solche Bänder werden insbesondere
zur Herstellung von rohrförmigen Gegenständen verwendet, wobei die Bänder auf einen
Dorn oder Kern gewickelt werden, um nach dem Aushärten des Kunststoffes die Umwicklung
in Form eines selbsttragenden Rohrstückes zu entfernen. Bei der Herstellung solcher
Erzeugnisse wird dem Band während des Wickelvorganges eine beträchtliche Verdrehung
erteilt, um den gewünschten Wickelwinkel zu erzielen. Wenn
ein Band verwendet wird,
das keine Gewebeeinlage enthält, sind die Festigkeit und die Kohäsion des Bandes
in Querrichtung praktisch Null. Aus diesem Grund entsteht dann beim Wickeln eine
erhebliche Aufspaltung und Zusammenziehung des Bandes, und es wird ferner auch Kunstharz
in Form von Flöckchen abgeschieden.
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Die Verdrehung in dem Band führt ferner zu einer ungleichmäßigen
Querverteilung der Spannung, so daß sich das Band auf den Führungsrollen verschiebt
und sich beim Enderzeugnis eine ungleichmäßige Überlappung benachbarter Spiralgänge
ergibt. Um diese Verschiebung zu verhindern, kann eine feste Rolle verwendet werden.
Hierbei tendiert das Kunstharz aber zu Ablagerungen an der stationären Rolle, so
daß das Band unmittelbar an den Harzablagerungen aufspaltet.
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Die Erfindung bezweckt, eine Einrichtung zum schraubenlinienförmigen
Wickeln eines Bandes auf einen Dorn zu schaffen, mit welcher beliebige Wickelwinkel
bzw. Wickelsteigungen erzielt werden können, ohne daß an das Band seitlich wirkende
Kräfte angelegt werden, die zu den geschilderten Nachteilen führen.
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Ausgehend von einer Einrichtung der einleitend genannten Art ist
eine Einrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten
Führungsrolle nachfolgenden Führungsrollen um den
mittleren Punkt
der Berührlinie zwischen Band und Führungsrolle an der Auflaufstelle des Bandes
verschwenkt angeordnet sind, um dem Band eine allmählich zunehmende Verdrehung zur
Aufwickelrichtung hin zu erteilen, und daß die Führungsrollen derart angeordnet
sind, daß die durch die Achse jeder Führungsrolle und die Berührlinie zwischen Band
und Führungsrolle an der Ablaufstelle des Bandes bestimmte Ebene zu der Ebene im
wesentlichen parallel liegt, die bei der nächsten benachbarten Führungsrolle durch
deren Achse und die Berührlinie zwischen Band und dieser Führungsrolle an der Auflaufstelle
des Bandes bestimmt ist.
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Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht relativ breite Wickel-
oder Windungswinkel ohne die Gefahr des Aufspaltens oder Zusammenlaufens des Bandes
oder von Harzverlusten, wobei sich auch eine gleichförmige Spannungsverteilung über
die Bandbreite ergibt, so daß in höchst befriedigender Weise eine sehr schnelle
Bewicklung ermöglicht ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Wickeleinrichtung,
die im Sinne der Erfindung ausgebildet ist, Fig.2 eine vergrößerte perspektivische
Ansicht der in F i g. 1 gezeigten Wickeleinrichtung, F i g. 3 eine perspektivische
Ansicht eines mit der Einrichtung der F i g. 1 hergestellten Rohrstücks, F i g.
4 eine vergrößerte Ansicht eines Wickelkäfigs gemäß den Darstellungen der F i g.
1 und 2, F i g. 5 einen verkleinerten Schnitt durch den Wickelkäfig gemäß der Schnittlinie
V-V der F i g. 4, F i g. 6 eine vergrößerte Draufsicht auf zwei Führungsrollen des
Wickelkäfigs zur Erläuterung der Relativlage zwischen aufeinanderfolgenden benachbarten
Rollen, F i g. 7 eine schematische Darstellung der relativen Winkelstellung von
erster und zweiter Käfigrolle und Fig. 8 eine Draufsicht auf die zweite Führungsrolle
der F i g. 7.
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Wie sich insbesondere aus den F i g. 1 und 2 ergibt, gehört zur dargestellten
Wickeleinrichtung eine drehbare Verteilertrommel 1, in der das Band 2 in Form einer
Spule befestigt ist. Ein Wickeldorn 3 ist innerhalb der Trommel 1 koaxial beweglich
gelagert, um das Band 2 aufzunehmen, wenn die Trommel 1 umläuft und der Dorn 3 sich
in axialer Richtung bewegt. Eine Wickelführung 4 liegt zwischen dem Ablauf aus der
Trommel 1 und dem Dorn 3. Diese Führung dient dazu, das Band 2 ordnungsgemäß zu
führen und ihm den gewünschten Wickelwinkel bzw. die gewünschte Steigung zu verleihen.
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Wenn die Trommel 1 rotiert, bewegt sich gleichzeitig der Dorn 3 in
axialer Richtung durch die Trommet1, um das Band 2 kontinuierlich mit geringer Überlappung
benachbarter Windungen auf den Dorn 3 aufzubringen.
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Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit dem Wickeln
eines mit Kunstharz imprägnierten und mit parallel verlaufenden Glasfasern od. dgl.
armierten Bandes 2. Das Band 2 ist dann eine gewebelose Bahn, deren Festigkeit und
Kohäsion in Querrichtung praktisch Null ist. Das Band wird in geeigneter Breite
auf den Dorn 3 aufgewickelt. Nachdem das Harz ausgehärtet ist, entsteht ein selbsttragendes
Rohrstück 5 aus glasfaserverstärktem Kunstharz, wie es die F i g. 3 zeigt.
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Die dargestellte Trommel 1 hat einen äußeren zylindrischen Mantel
6 und zwei axial auseinander liegt gende radiale Seitenwände7, die von dem äußeren
zylindrischen Mantel 6 etwas nach innen ragen, um eine mit Innenöffnung versehene
ringförmige Trommel zu bilden. Zwischen den Seitenwänden ist am Innenumfang eine
Reihe von Rollen 8 verteilt, um einen zylindrischen Wickelkern zu bilden, der die
Spule des Bandes 2 aufnimmt. Die Rollen 8 verlaufen parallel zur Achse der Trommel
1 und zur Achse des Dorns 3, um das Band über eine der Rollen 8 ohne Verdrehung
oder Winkelverformung abziehen zu können. Jede der Rollen 8 enthält einen inneren
Kern oder eine Lagerstange 9, die an den gegenüberliegenden Enden mit den Seitenwänden
7 in geeigneter Weise verbunden ist. Auf jeder dieser Stangen 9 läuft frei drehbar
eine Hülse 10, die die Reibungskräfte vermindert, wenn das Band von der Spule abgezogen
wird.
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In dem zylindrischen Mantel6 ist eine Öffnung oder ein Fensterll
vorgesehen, um zu Beginn das Band auf die Rollen 8 aufwickeln zu können.
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Drei über den Trommelumfang verteilte Arme 12 sind an der Außenseite
des zylindrischen Trommel mantels 6 und an einem Schwungrad 13 angeschweißt, um
die Trommel 1 drehbar zu lagern. An der Rückseite des Schwungrades 13 ist eine Antriebsnabe
14 angebracht, die über eine Kette 15 mit einem Antriebsmotor 16 verbunden ist.
Der Motor 16 treibt die Trommel 1 mit konstanter Drehzahl an, um das Band 2 gleichmäßig
aus der Trommel abzuziehen und auf den Dorn 3 aufzuwickeln.
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Bei dem Dorn 3 handelt es sich um einen rohrförmigen Kern, der an
gegenüberliegenden Enden in einander ähnlichen Lagern 17 gelagert ist. Am Hinterende
des Dornes 3 greift ein Antriebsrad 18 an.
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Ein mit konstanter Drehzahl arbeitender Motor 19 ist mit dem Antriebsrad
18 verbunden, um es mit einer zuvor festgelegten konstanten Geschwindigkeit zu drehen.
Der Dorn 3 wird somit mit einer konstanten Drehzahl axial durch die Trommel 1 hindurchbewegt,
um nach und nach die schraubenlinienförmigen Windungen des Bandes 2 aufnehmen zu
können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei der dargestellten Ausführungsform
die Führung 4 wie folgt ausgebildet: Wie sich vor allem aus den Fig. 1, 2, 4 und
5 zeigt, ist zwischen einer vorderen Ablaufrolle 21 und der Abgaberolle 22 eine
Reihe von Rollen 20 angeordnet, die über den Umfang verteilt um den Dorn 3 herum
angeordnet sind. Die Rollen 20 bis 22 sind zwischen zwei axial auseinander liegenden
hall>-kreisförmigen Lagerplatten 23 angeordnet und ragen in die Trommel 1 hinein.
Die Lagerplatte 23 ist mit Abstandsbolzen 24 an den gegenüberliegenden Seitenwänden
7 der Trommel 1 befestigt, um die Rollen 20 bis 22 ordnungsgemäß innerhalb der Trommel
1 zu lagern. Zur Stabilisierung sind Hilfsbolzen 25 vorgesehen, die an den oberen
Enden der Platte 23 angreifen. Ausnehmungen 26 der Platte 23 ermöglichen einen Durchtritt
des Dornes 3.
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Die Führungsrollen 20 bis 22 sind ähnlich ausgebildet wie die Rollen
8 und bestehen jeweils aus einer Lagerachse 27 und einer Hülse 28, die frei auf
der Achse drehbar ist, wie dies die F i g. 4 erkennen läßt.
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Die vordere Ablaufrolle 21 ist exakt parallel zu der Trommelrolie
8 ausgerichtet, über die das Band 2 aus
der Trommel 1 abgezogen
wird. Die benachbarte Zwischenrolle 20 ist in Umfangsrichtung etwas von der Rolle21
abgelegen und gegenüber der ersten Rolle derart schräg gestellt, daß das Band 2
eine geringe Verdrehung erfährt, wenn es von der Rolle 21 über die benachbarte Rolle
läuft. Diese kritische Beziehung zwischen den Lagerungen der Rollen ist am besten
aus den F i g. 6 bis 8 zu erkennen.
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Wie die F i g. 6 erkennen läßt, verlaufen die Radialebene 29 durch
die Rolle 21 und die Radialebene 30 durch die unmittelbar benachbarte Rolle 20 parallel
zueinander, wenn die Rollen 20 bis 22 ordnungsgemäß ausgerichtet und gelagert sind.
Die Radialebene 29 wird definiert durch die sie enthaltende Achse 31 der vorderen
Rolle 21 und die Berührungslinie 32 zwischen Band und Rolle 21 an der Ablaufstelle
des Bandes 2. Die Ebene 30 wird definiert durch die sie enthaltende Achse 33 der
unmittelbar benachbarten Rolle 20 und die Berührungslinie zwischen dem Band 2 und
dieser Rolle 20 an der Auflaufstelle des Bandes. Diese zwei Ebenen sollen im wesentlichen
parallel sein.
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Fig. 7 zeigt die erste Rolle21 und die benachbarte Rolle 20 in Richtung
des Bandes 2. Der Verkippungspunkt 35 der zweiten Rolle 20 ist der Mittelpunkt der
zwei Rollen 20 und 21 und somit auch die Mitte des Bandes 2. Diese Beziehung wird
für alle nachfolgenden Verschiebungen bzw. gegenseitigen Versetzungen der Rollen
20 aufrechterhalten.
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Die F i g. 8 zeigt eine Draufsicht auf die in F i g. 7 gezeigte Rolle
20. Die wahre Berührungslinie trägt das Bezugszeichen 34.
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In der Praxis kommt es durch die winkelmäßige Versetzung der nächst
nachfolgenden Rolle 20 dazu, daß der eine Rand des Bandes 2 geringfügig angehoben
und der andere abgesenkt wird, so daß sich tatsächlich die Berührungslinie verschiebt,
wie es in typischer Form bei 36 gezeigt ist. Sofern keine übermäßig große Verdrehung
zwischen benachbarten Rollen erzeugt wird, beeinträchtigt die Versetzung der einzelnen
Rollen praktisch nicht die Arbeitsweise und Funktion der Erfindung, so daß beim
Entwurf der Vorrichtung von der Berührlinie 36 ausgegangen werden kann.
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Die nachfolgenden Rollen in der Reihe von Rollen 20 bis 22 sind in
gleicher Beziehung zueinander angeordnet. Die folgenden Rollen 20 und 22 sind bezüglich
der vorangegangenen Rollen diagonal versetzt, um den Verdrehwinkel zu vergrößern
und eine zuvor festgelegte Verdrehung am Band 2 zu erzeugen. Jedes Rollenpaar sorgt
vorzugsweise für die gleiche Relativverdrehung im Band 2, obwohl in der Praxis ein
relativ kompliziertes Rollensystem hierfür benötigt wird.
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Die Anzahl der Rollen 20 bestimmt sich aus der zulässigen oder erwünschten
Beanspruchung, die vom Band 2 ertragen werden kann.
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Die dargestellte Ausführungsform arbeitet im wesentlichen wie folgt:
Das Band 2 wird auf die Rollen 8 in der Trommel 1 aufgewickelt, um eine Spule zu
bilden. Der Dorn 3 und die Führung 4 werden innerhalb der Trommel 1 in zuvor beschriebener
Weise konzentrisch angeordnet. Das innere Ende des Bandes 2 wird aus der Trommel
1 über die Ablaufrolle 8 abgezogen und dann außerhalb der Rollen 20 bis 22 mit dem
freien Ende an dem Dorn 3 befestigt. Die Motore 16 und 19 werden gleichzeitig erregt,
um einen Synchronismus zwischen der Drehung der Trommel 1
und der Längsbewegung des
Domes 3 durch die Trommel 1 zu erzeugen. Die Bewegungen sind so aufeinander abgestimmt,
daß eine schraubenlinienförmige Aufwicklung auf den Dorn 3 erfolgt und ein Rohrkörper
5 entsteht, bei dem sich Teile der benachbarten Windungen überlappen.
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Die Rollen 20 bis 22 führen das Band 2 und ändern seine Richtung,
wenn es von der Trommel 1 zum Dorn 3 läuft. Jedes Paar der in Reihe angeordneten
Rollen 20 bis 22 bewirkt im wesentlichen gleiche Verdrehung für alle Querabschnitte
des Bandes 2, so daß das Band 2 seine konstante Breite behält, obwohl es in Querrichtung
nicht unterstützt ist.
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Auf diese Weise werden Kräfte ausgeschaltet, die das Band 2 axial
zu den Rollen 20 bis 22 bewegen können.
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Zur dargestellten Ausführungsform gehört die in der Bandabgabevorrichtung
angeordnete Führung.
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Diese Führung kann auch außerhalb der Bandabgabevorrichtung angeordnet
sein, wenn das Band vom äußeren Umfang der Bandtrommel abgezogen wird.
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Diese letzterwähnte Ausführungsform ermöglicht die Verwendung eines
größeren Bandvorrates, so daß die Anlage weniger häufig zum Neueinsetzen des Bandes
abgeschaltet werden muß. Eine außen angeordnete Führung führt jedoch zu etwas größeren
Abmessungen.
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Die Erfindung schafft somit eine verbesserte Bandwickelvorrichtung,
die besonders geeignet ist, schraubenlinienförmige Windungen eines gewebelosen Bandes
oder einer gewebelosen Bahn unter einem beliebigen Wickeiwinkel auf einem Dorn aufzubringen.