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Ausdehnbare Welle Die Erfindung betrifft eine ausdehnbare Welle mit
einem äußeren zylindrischen Gehäuse und mehreren darin angeordneten Durchbrüchen,
einem aufblasbaren, zylindrischen Luftsack in dem Gehäuse und radial verschiebbaren,
sich von selbst zurückziehenden einzelnen Greifgliedern, deren Knöpfe in bzw. durch
die Durchbrüche greifen.
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Bei einer bekannten Welle dieser Art (USA.-Patentschrift 2 537 492)
sind die Greifglieder als Schienen mit segmentförmigem Querschnitt ausgebildet,
die sich über die ganze Länge der Welle erstrekken und die in die Durchbrüche ragenden
Knöpfe tragen. Diese Schienen liegen unmittelbar auf dem im Inneren der Welle angeordneten
Luftsack auf und werden in ihrer Ruhelage durch Schraubenfedern nach innen gedrückt
und von diesen gehalten.
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Da die Schienen mit ihrer ganzen Länge auf dem Luftsack aufliegen,
der seinerseits nicht zusätzlich von innen abgestützt ist, können sie sich beim
Aufspreizen leicht mit ihren Knöpfen in den Durchbrüchen verkanten, so daß ein störungsfreies
Aufspreizen nicht gewährleistet ist. Außerdem muß der Luftsack auch in der Ruhelage,
also bei eingefahrenen Greifgliedern, unter Druck stehen, damit die Greifglieder
nicht nach innen fallen.
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Es ist weiterhin eine ausdehnbare Welle bekannt, in deren Äußerem
mit Durchbrüchen versehenen Gehäuse ein Rohr angeordnet ist, auf dem ein zylindrischer
Luftsack in seiner Ruhelage aufliegt (USA.-Patentschrift 2215 069). Zum Aufblasen
wird nl das Innenrohr Luft eingedrückt, die durch Bohrungen in Richtung auf den
Luftsack austritt und diesen aufbläst. Hierbei werden Greifglieder nach außen gedrückt,
so daß ihre Knöpfe durch die Durchbrüche gelangen. Bei dieser bekannten Welle ziehen
sich die Greifglieder nicht von selbst zurück, wenn die Druckluft abgelassen wird,
sondern infolge ihres Eigengewichtes nach innen. Bei der üblichen horizontalen Anordnung
der Welle bleiben also die jeweils unteren Greifglieder in ihrer Lage, so daß sie
zwar nicht mehr unter Druck an dem auf das Außengehäuse geschobenen rohrförmigen
Körper anliegen, jedoch mit diesem in Berührung bleiben und daher dem Verschleiß
unterliegen. Außerdem ist zum Aufblasen des Luftsackes verhältnismäßig viel Druckluft
erforderlich, da der gesamte Innenraum des inneren Rohres unter Druck gesetzt werden
muß. Hierdurch ist es nicht möglich, die Welle sehr schnell auszudehnen.
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Außerdem ist eine ausdehnbare Welle mit zylindrischem Luftsack und
Greifgliedern bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 698), bei der die Greifglieder
als
Segmente ausgebildet sind, die sich über die ganze Länge der spreizbaren Welle
erstrecken. Diese Segmente werden von ebenfalls axial angeordneten und zwischen
ihnen liegenden Führungen abgestützt und in ihrer Ruhelage nur von diesen gehalten.
Der Luftsack umschließt in seiner entspannten Lage ein innenliegendes Teilstück
der Welle. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Gehäuse mit Durchbrüchen zur Aufnahme
von Knöpfen der Greifglieder nicht vorgesehen. Die Greifglieder legen sich vielmehr
mit ihrer gesamten teilzylindrischen Außenfläche an die Innenfläche des aufgeschobenen
Rohres an. Da die Segmentschienen von dem Luftsack nur gestützt, aber nicht geführt
werden können, ist eine genaue, in ihrer Breite veränderliche Führung zwischen den
Segmenten erforderlich, wenn ein gleichmäßiges Aufspreizen gewährleistet sein soll.
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Es sind weiterhin Spreizeinrichtungen für eine Welle bzw. für Filmspulen
bekannt (USA.-Patentschrift 2058 224 und deutsche Patentschrift 866 907), bei denen
zum Spreizen der Greifglieder nicht Luftsäcke, sondern durch Schrauben verstellbare
mechanische Mittel vorgesehen sind. Die Greifglieder werden bei diesen bekannten
Einrichtungen zwar durch Gummiringe, Drahtfedern oder Blattfedern nach innen gedrückt,
jedoch tritt hier infolge der anderen Wirkungsweise beim Spreizen das Problem nicht
auf, die mit einem Luftsack spreizbaren Greifglieder in der Ruhelage nach innen
abzustützen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer ausdehnbaren
Welle der eingangs geschilderten Art ein schnelles und störungsfreies Ausdehnen
zu ermöglichen und ein Zurückfallen der Greifglieder in das Innere des Gehäuses
in einfacher Weise zu verhindern.
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Bei einer ausdehnbaren Welle mit einem äußeren zylindrischen Gehäuse
und mehreren darin angeordneten
Durchbrüchen, einem aufblasbaren,
zylindrischen Luftsack in dem Gehäuse und radial verschiebbaren, sich von selbst
zurückziehenden einzelnen Greifgliedern, deren Knöpfe in bzw. durch die Durchbrüche
greifen, sind erfindungsgemäß die einzeln bewegbaren Greifglieder zum selbsttätigen
Zurückziehen mit je einer Blattfeder versehen, und jedes Greifglied weist ein oder
zwei Greifteile oder Knöpfe auf einer biegsamen Unterlage auf, die ihrerseits im
länglichen, ringförmigen Raum zwischen dem Luftsack und dem durchbrochenen Außengehäuse
angeordnet ist und gegen Zurückfallen in das Innere des Gehäuses von einem gleichzeitig
das Volumen des Behälters für das Druckmedium vermindernden Füllkörper gestützt
ist.
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Die Anordnung einzeln bewegbarer, mit Blattfedern versehener Greifglieder
ermöglicht eine einfache Führung dieser Greifglieder in beiden Bewegungsrichtungen,
da jedes Greifglied für sich mit einem oder zwei Greifteilen in den Durchbrüchen
geführt werden kann und nicht von der Lage eines anderen Greifgliedes abhängig ist.
Die federnde Anordnung der Greifglieder hat auch den Vorteil, daß diese Glieder
in ihrer Lage zu den Durchbrüchen ausgerichtet bleiben und sich mit Sicherheit bis
unter die Oberfläche des Gehäuses zurückziehen, so daß ihre Stirnflächen im Ruhezustand
keinerlei Verschleiß unterliegen.
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Der Füllkörper hat gleichzeitig zwei Funktionen, nämlich einerseits
das Volumen des Behälters für das Druckmedium zu verringern und andererseits die
Greifteile über ihre biegsame Unterlage und den Luftsack abzustützen, wenn die Welle
nicht unter Druck steht. Hierdurch wird die Gesamtanordnung besonders einfach, wobei
wegen des verminderten Behältervolumens einerseits ein schnelles Ausdehnen möglich
ist, andererseits infolge der Abstützung ein ständiger Druck im Luftsack nicht erforderlich
ist, da die Greifglieder auch bei entlastetem Luftsack nicht in den Innenraum zurückfallen
können. Es brauchen also keine zusätzlichen Stützglieder vorgesehen zu werden, um
die Greifglieder auch in der Ruhelage in ihrer richtigen Stellung zu halten.
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Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten an Hand
der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine ausdehnbare Welle, F i
g. 2 einen Teillängsschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, F
i g. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 in F i g. 1 mit entleertem Druckmittelbehälter,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß F i g. 3, jedoch mit gefülltem Druckmittelbehälter und
mit nach außen verformten Greifgliedern, Fig.5 einen Teilquerschnitt einer Ausführungsform
der Welle mit Greifgliedern, die mit Kappen abgedeckt sind, und einer anderen Ausführung
des Füllkörpers, F i g. 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer Welle mit den in
F i g. 5 dargestellten Greifgliedern in verkleinertem Maßstab, F i g. 7 eine perspektivische
Darstellung einer anderen Ausführungsform der Greifglieder, F i g. 8 eine Ansicht
des Greifgliedes nach Fig. 7.
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Die Welle kann als Stift, Dorn oder Stutzen ausgebildet sein und
an einem oder beiden Enden Zapfen tragen. Die in den Zeichnungen dargestellte Welle
20 ist an beiden Enden mit Zapfen 21 bzw. 22 versehen.
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Diese -Welle ist zur Abstützung des Kerns 23 einer Papierrolle oder
anderen bahnförmigen Materials geeignet und kann zum Auf- oder Abwickeln der Bahnen
verwendet werden.
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Die Welle 20 weist ein äußeres perforiertes, zylindrische Gehäuse
24 aus Metall oder anderem festem Material auf, das aufgeschrumpft werden kann oder
in anderer Weise am verlängerten Teil 25 (F i g. 2) des Zapfens 21 montiert wird.
Vorzugsweise werden die beiden Enden26 und 27 des Gehäuses 24 mit den Teilen 25
der Zapfen 21, oder einer geeigneten Kappe oder Dichtung, z. B. der Kappe 28 geschlossen,
die Zapfen tragen können.
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Das äußere aus Metall oder einem anderen festen Material bestehende
Gehäuse weist mehrere radial gerichtete Durchbrüche oder Bohrungen auf, die vorzugsweise
alle zylindrisch sind und einen verhältnismäßig geringen Abstand voneinander haben,
so daß sie einen großen Teil der Mantelfiäche 31 des Gehäuses einnehmen. Im Ausführungsbeispiel
sind jeweils in einer axialen Reihe liegend sechs bzw. fünf Durchbrüche29 gezeigt.
In dem Gehäuse sind mehrere axiale Reihen solcher Durchbrüche vorgesehen; die Durchbrüche
benachbarter Reihen sind gegeneinander versetzt.
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Entlang der Innenfläche 35 des äußeren Gehäuses 24 ist eine Vielzahl
einzelner Greifglieder 32, 33 und 34, vorzugsweise aus elastomerem Material, vorgesehen.
Jedes Greifglied liegt mit einem Greifteil 36 innerhalb eines radialen Durchbruches
29 und ist am unteren Ende mit einem erweiterten Verbindungsflansch 37 versehen,
der eine biegsame Unterlage für den knopfförmigen Greifteil 36 bildet.
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Die Glieder 32, 33 und 34 können aus Polyvinylchlorid oder aus einem
anderen geeigneten, flexiblen und elastischen Material bestehen; der Greifteil 36
ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und weist ein freies flaches Endstück 38
auf. Jeder zylindrische Greifteil 36 ist in seinem Durchbruch 29 radial verschiebbar
und am Übergang in die äußere Fläche 41 der biegsamen Unterlage 37 von einer ringförmigen
Nut 39 umgeben. Das Material der Glieder 32, 33 und 34 ist elastisch verformbar.
Bei Ausübung von Druck auf die innere Fläche 42 der Unterlage 37 verformt sich der
Greifteil 36 und gelangt durch die Durchbrüche29 nach außen, so daß die Flächen
38 über das Gehäuse 24 hinausragen und dadurch der maximale Durchmesser der Welle
vergrößert wird.
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Zur Abstützung der elastomerischen, verformbaren Greifglieder 32,
33 und 34, die mit der inneren Fläche 35 des zylindrischen Gehäuses 24 im Eingriff
stehen, ist ein zum Gehäuse 24 koaxialer, innenliegender Füllkörper 43 vorgesehen.
Dieser Füllkörper besteht aus festem Material, beispielsweise aus Metall, und ist
als hohler, flüssigkeitsdichter Zylinder ausgebildet, dessen Enden 44, 45 geschlossen
sind. In der äußeren Fläche des Füllkörpers 43 sind als Flüssigkeitskanäle mehrere,
sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 51 vorgesehen, die jeweils einer axialen
Reihe von Durchbrüchen 29 gegenüberliegen. Der äußere Durchmesser des Füllkörpers
43 wird in einem günstigen Verhältnis zum Innendurchmesser des äußeren Gehäuses
24 und zur Stärke der elastischen Unterlagen 37 gewählt, so daß der Füllkörper die
biegsame Unterlage 37 gegen Zurückfallen abstützt. Im Ringraum zwischen dem Füllkörper
43 und der Unterlage 37 ist ein Luftsack 52 angeordnet, der an bestimmten Stellen
des Füllkörpers anvulkanisiert oder nur durch
Reibung in axialer
Lage gehalten sein kann. In dem normalen, nicht deformierten Zustand der elastomerischen
Glieder liegen die Greifteile 36 innerhalb der radial gerichteten Durchbrüche 29
und sind nach innen zurückgezogen. Es entsteht also bei diesem drucklosen Zustand
keine Verformung nach außen, obwohl der äußere Rand der Unterlage 37 eher leicht
gekrümmt als flach ist.
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Der Druck zur Ausdehnung der Welle wird pneumatisch erzeugt, da Druckluft
in Herstellungsbetrieben und insbesondere in Papierfabriken normalerweise immer
zur Verfügung steht. Ein Behälter 56 für das Druckmedium ist im Inneren des aufblasbaren
Luftsackes 52 gebildet, der aus Gummi oder einem anderen geeigneten Material besteht
und mit seiner dehnbaren Wand 40 in den ringförmigen Raum zwischen dem perforierten
äußeren Gehäuse 24 und dem Füllkörper 43 liegt. Zu dem Luftsack 52 gehören ferner
das Endstück54, das mit dem Gummiblock 46 vulkanisiert und abgedichtet ist sowie
das mit dem Gummiblock 47 vulkanisierte und abgedichtete gegenüberliegende Endstück
55. Der innerhalb des Luftsackes 52 gebildete Behälter 56 wird durch Zufuhr von
Druckmedium durch den Füllkörper 43 gefüllt, wobei das Druckmedium durch die axial
verlaufenden Kanäle 51 in das Innere des Sackes gelangt.
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Der luftdichte Füllkörper 43 reduziert das Volumen der Kammer 56 weitgehend,
damit das Druckmedium im Luftsack schnell Druck erzeugen kann; eine entsprechende
Zuleitung kann an einem der Wellenenden vorgesehen sein und von der Druckquelle,
beispielsweise von einem nicht dargestellten Druckluftbehälter, zum Behälter 56
führen. Bei der dargestellten Welle liegt die Druckleitung 58 im Lagerzapfen 21
und enthält ein Luftventil 59, wie es beispielsweise bei Autoreifen verwendet wird.
Die Leitung 58 wird von dem äußeren Teil 48 und dem inneren Teil 49 gebildet, die
jeweils ein verjüngtes Endstück aufweisen, auf das ein Zwischenstück 50 beliebiger
Länge aufschiebbar ist. Der innere Teil49 enthält außen ein Gewinde 57 für eine
Mutter 61 und eine Spannmutter 71, zwischen denen der Gummiblock 46 fest eingeklemmt
ist. Der Zwischenteil 50 kann jede beliebige Länge haben, damit Lagerzapfen verschiedener
Länge montiert werden können. Um eine gute Abdichtung zu gewährleisten, wird das
Zwischenstück jedoch vorzugsweise an die Lagerzapfen gelötet. Auf gleiche Weise
dichtet eine Kappe 72 das innere Ende des Teiles 49 der Leitung 58 ab.
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Wie in F i g. 1 dargestellt, ist ein Luftablaßventil mit seinem zylindrischen
Körper 90 in die Leitung 58 eingeschraubt; das Gewinde ist von einer Längsnut durchbrochen,
die an einen Kanal 91 anschließt.
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Zum Aufblasen des Luftsackes kann ein Luftschlauch fest an das Ventil
60 geschraubt werden; mit einer knappen Drehung des Griffes 92 kann der Kanal 91
geschlossen und zum Ablassen der Druckluft wieder geöffnet werden, da sich die Nut
im Gewinde 90 mit diesem bzw. dem Griff 92 dreht.
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Die elastomerischen Greifglieder 32, 33 und 34 stehen mit der Außenseite
des Luftsackes 52 in Verbindung und werden durch diese ab gestützt, während der
Luftsack seinerseits durch den Füllkörper 43 abgestützt ist. Beim Einlassen von
Luft durch die Leitung 58 in die Kammer 56 bläht sich der Sack 52 schnell auf und
übt zugleich einen gleichmäßigen, in radialer Richtung wirkenden Druck auf die Innenfläche
der elastischen Unterlage37 aus. Die Greif-
teile 36 werden dadurch radial nach außen
durch die Durchbrüche 29 bewegt, bis jedes an der Innenseite eines Rohres 23 angreift
(F i g. 2). Hierdurch wird an vielen Stellen eine feste Verbindung ermöglicht, ohne
daß die Gefahr besteht, daß das Rohr 23 beschädigt wird.
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Nach dem Ablassen des Druckes aus dem Luftsack 52 fällt dieser zusammen,
und die Greifglieder 32, 33 und 34 werden aus ihrer Eingriffsstellung gelöst und
ziehen sich in die Durchbrüche zurück. Diese Bewegung wird durch die Ringnuten 39
erleichtert. Infolge der symmetrischen Anordnung der Glieder 32, 33 und 34 und des
gleichmäßigen Druckes, der durch den Luftsack 52 auf die Glieder ausgeübt wird,
nimmt auch die Welle 20 im Rohr 23 bei Erhöhung des Gesamtdurchmessers durch die
Ausdehnung des Luftsackes eine Mittellage ein. Bei der dargestellten Welle ist ein
Druck von etwa 2,45 bis 7 kg/cm2 erforderlich, um die elastomerischen Glieder 32,
33 und 34 nach außen zu verformen, bis ein fester Kontakt mit dem Innenmantel des
Rohres 23 hergestellt ist, das z. B. den Kern einer Papierrolle bildet. Durch diese
kraftschlüssige Verbindung wird die Welle unter allen bei der Herstellung herrschenden
Bedingungen in ihrer Lage gehalten.
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Die Anordnung kann auch derart sein, daß die elastomerischen Glieder
in die Innenfläche eines rohrförmigen Kerns eingreifen; wie F i g. 5 zeigt, kann
ein Metallband 62 über dem Endstück 38 des Greifteiles 36 jedes Greifknopfes angeordnet
werden. Diese Metallabdeckung kann elastisch, flexibel und verformbar sein, so daß
sich jeder einzelne Knopf nach außen in die Öffnungen 29 dehnen kann.
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Wie die F i g. 5 und 6 zeigen, haben die Metallkappen 62 je eine
nicht gleitende Fläche, vorzugsweise in Form einer Rippe 63, die sich in Längsrichtung
zur Welle erstreckt und eine Rotation des Rohres auf der Welle verhindert. Die Rippen
63 haben je eine scharfe, abgewinkelte Kante 64, die sich in das Material eingräbt
und in dieser Eingriffstellung verharrt.
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Jedes Band 62 weist eine ringförmige Nut 65 auf, die in ihrer Ausbildung
der Nut 39 der Glieder 32, 33 und 34 entspricht, sowie einen verbindenden Flanschteil
66. Jeder Greifknopf 67 hat außerdem einen elastischen Teil68, der auf einer elastischen
Unterlage 69 sitzt. Die elastischen Teile können aus PVC oder einem elastomerischen
Stoff bestehen, wobei die weiche Innenfläche 70 der Unterlage 69 auf dem Luftsack
52 aufliegt.
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Die Metallilansche 66 und die elastische Unterlage 69 zweier nebeneinanderliegender
Greifknöpfe können zu einer Einheit verbunden sein (F i g. 5), so daß die Welle
mehrere Greifglieder mit je zwei nahe nebeneinanderliegenden Greifknöpfen aufweist.
Das Metall der Bänder 62 sowie der Flansche 66 kann verhältnismäßig dick gewählt
werden. Zum Zurückbewegen der Greifglieder sind Blattfedern 82, 83 vorgesehen, die
jeden Knopf ringförmig umgeben.
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Der Füllkörper 85 ist bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ein polygonaler
fester Körper aus Metall, Holz oder einem ähnlichen Material, dessen abgekantete
Ecken 86 sich in Längsrichtung erstrecken, um die Greifglieder 67 in ihrer zurückgezogenen
Stellung zu stützen. Die Flächen 87 sind eben, so daß in Längsrichtung verlaufende
Luftkanäle gebildet werden, und ein schnelles Aufblasen des Luftsackes 52 zur Ausdehnung
der Glieder 67 ermöglicht wird. Die Greifglieder können auch durch ein perforiertes
Gehäuse
mit offenen Enden und einer festen Füllung aus Holz oder
einem anderen geeigneten Material unterstützt werden, durch welche das Volumen der
Luftkammer im Luftbehälter reduziert wird. Die Metallkappen 62 verhindern einen
Verschleiß des elastischen Materials.
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Ein Lagerzapfen der Welle ist leicht aus seinem Lager entfernbar,
so daß die Welle in den hohlen Kern 23 bis zum Anschlag an dem Flansch 73 einzuschieben
ist. Der Lagerzapfen 21 wird dann wieder eingesetzt. Mit den beiden Zapfen ist die
Rolle, z. B. eine Papierrolle, drehbar anzuordnen, die von dem Kern und der Welle
getragen wird. Der Anschlagflansch 73 ist mit einem Stutzen 74 versehen, der am
Ende 27 des Gehäuses 24 in dieses fest eingesetzt ist und dessen Innenfläche 75
konisch ist. Sämtliche Innenteile der Vorrichtung können durch die durch die Fläche
75 begrenzte Öffnung entfernt werden. Der auf dem Lagerzapfen 22 sitzende Flansch
76 ist wie der Flansch 73 ausgebildet; sein konischer Hohlzapfen und der abgeschrägte
Teil 77 paßt in den konischen Stutzen 75. In der Ausnehmung 78 des Zapfens 77 liegt
das Endstück 55 des Luftsackes. Die Flansche 73 und 76 sind durch Bolzen79 miteinander
verbunden.
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Das in den F i g. 7 und 8 dargestellte Greifglied, das aus Aluminium
oder einer Metallegierung besteht, enthält eine gekrümmte Platte 95 mit zwei radial
angeordneten Bolzen96, die von einer flachen Blattfeder 98 umgeben sind, welche
den Blattfedern 82, 83 in F i g. 5 entspricht. Die Platte 95 wird von dem Luftsack
nach außen gedrückt und nach Ablassen des Druckes von der Blattfeder 98 in ihre
Ruhelage zurückgeführt, in der sie über den Luftsack von dem Füllkörper abgestützt
wird. Die Bolzen 89 sind mit Schlitzen 97 versehen zur Aufnahme eines nicht dar-
gestellten
Werkzeuges während des Einsatzes der Greifglieder in die Welle.