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Die
Erfindung betrifft einen Spanndorn für das Aufspannen einer Etikettenbandrolle
oder dgl.
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Spanndorne,
auch Rollenaufnahmen genannt, werden eingesetzt, um Rollenmaterial
aller Art schiebefest und verdrehsicher auf einer Welle zu fixieren.
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Dies
geschieht bei Rollenkernen aus Pappe oder ähnlichem Material beispielsweise
mit Messerschneiden, welche in diesen Rollenkern eingreifen, um
damit eine Mischung aus reib- und formschlüssige Verbindung zwischen Spanndorn
und Rollenkern herzustellen. Dabei wird allerdings der Rollenkern verletzt,
was in der Praxis zu Abrieb bzw. Verschmutzung führt.
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Im
Allgemeinen wird durch mechanisch betätigte, starre Spannelemente,
welche sich durch Lageveränderung
mit einer entsprechenden Kraft an den Rollenkern anlegen, eine reibschlüssige Verbindung geschaffen.
Derartige Geräte
arbeiten oft mit Punkt- bzw. Strichberührung, verteilt auf minimal
drei Stellen am Umfang, und die verwendeten Elemente müssen exakt
gefertigt sein. Der Spannbereich ist eingeschränkt, und je weicher der Rollenkern
ist, desto geringer ist das übertragbare
Drehmoment, da die Verformbarkeit des Rollenkerns die maximale Drehmomentenübertragung
begrenzt. Durch die Verformung beim Einspannen nähert sich der Rollenkern einer Dreiecksform,
was unerwünscht
ist.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Spanndorn bereitzustellen,
welcher sich bevorzugt für
das Einspannen von Etikettenrollen eignet.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des
Anspruchs 1. Durch die Verschiebung der seitlichen Begrenzung der
Umfangsnut wird deren Querschnitt verringert, was eine Ausbauchung
des Rings aus elastomerem Werkstoff bewirkt. Hierbei wird automatisch
die Etikettenrolle in Richtung zur seitlichen Anlage verschoben
und liegt dadurch satt gegen diese an. Durch das Ausbauchen des
Rings wird eine Spannkraft erzeugt, die sehr gleichmäßig über den
gesamten Umfang verteilt ist, was eine Verformung und Beschädigung des
Rollenkerns vermeidet und eine sichere Übertragung des Drehmoments
zwischen Spanndorn und Etikettenrolle ermöglicht.
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Eine
andere Lösung
der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 10. Eine solche
Anordnung hat den Vorteil, dass die Größe der Umfangsnut durch eine
Relativdrehung zwischen Spannglied und Rolle veränderbar ist, was eine einfache
und sinnfällige
Bedienung ermöglicht
und die Gefahr einer Verletzung durch ein zur Betätigung des Spannglieds
dienendes Betätigungsglied
wesentlich reduziert.
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Sofern
man das Profil mit einer Mehrzahl von Rastvertiefungen versieht,
ermöglicht
das eine sehr einfache Anpassung des Spanndorns an unterschiedliche
Innendurchmesser der Rollenkerne [bei den verwendeten Etikettenrollen],
und dadurch eine sehr flexible Anwendung.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den Unteransprüchen.
Es zeigt:
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1 einen
Spanndorn noch einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, in nicht aktiviertem Zustand, also vor dem Einspannen
einer Etikettenrolle,
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2 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie II-II der 1,
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3 den
Spanndorn der 1 im aktivierten Zustand, also
nach dem Einspannen der Etikettenrolle,
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4 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie IV-IV der 3,
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5 eine
Draufsicht auf einen bei den 1 bis 4 verwendeten
Spannring, gesehen in Richtung des Pfeils V der 6,
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6 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie VI-VI der 5, wobei die Bohrungen des Spannrings
um 30° versetzt
dargestellt sind,
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7 eine
Draufsicht analog 5, aber gesehen in Richtung
des Pfeiles VII der 6,
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8 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Abwicklung eines auf dem Spannring vorgesehenen Spannprofils
mit fünf
Spannstellungen, dargestellt für den
Bereich der so genannten neutralen Faser,
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9 eine
Darstellung eines Rings 50 aus elastomerem Werkstoff im
nicht eingespannten Zustand,
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10 eine
vergrößerte Ausschnittsdarstellung
aus 1, welche den Ring 50 in einem Zustand
zeigt, in dem dieser mit Vorspannung zwischen zwei Flanschelementen
eingespannt ist, von denen das linke nicht dargestellt ist,
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11 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit zwei Ringen aus elastomerem Werkstoff; der Spanndorn
ist im nicht aktivierten Zustand dargestellt,
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12 einen
Spanndorn 20' analog 11, auf
welchem eine Spannhülse,
eine Griffhülse
und ein an der Griffhülse
befestigter Gegenhalterteller angeordnet sind, und
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13 eine
Ausschnittsvergrößerung aus 12,
welche zeigt, wie die Griffhülse
drehbar und mit axialem Spiel auf der Spannhülse befestigt ist, welche ihrerseits
im Betrieb vom Spanndorn 20' über einen
der Ringe 50, 50A drehend angetrieben wird.
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1 zeigt
einen Spanndorn 20. Dieser hat eine Welle 22,
deren Form aus 10 besonders deutlich hervorgeht
und die in zwei Kugellagern 24, 26 drehbar gelagert
und durch eine Baugruppe 28 antreibbar oder bremsbar ist.
Auf der Welle 22 ist eine Buchse 30 mittels einer
Madenschraube 32 befestigt. Die Buchse 30 hat
einen nach außen
ragenden Flansch 34, an welchem mittels Schrauben 36 eine
seitliche Anlage 40 befestigt ist.
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Der
Spanndorn 20 dient zum Aufspannen einer Rolle 42 mit
Etikettenband, im folgenden Etikettenrolle 42 genannt,
die mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. Diese Etikettenrolle 42 hat
einen Rollenkern 44, auf den Etikettenband 46 (oder
Trägerband)
aufgewickelt ist. Beim Spannvorgang wird die Etikettenrolle 42,
bezogen auf 1, etwas nach rechts verschoben,
so dass sie großflächig gegen
die Anlage 40 anliegt und von dieser seitlich abgestützt wird.
Dies stabilisiert die Etikettenrolle 42 und sorgt für eine gleichbleibende
Ausgangsposition des ablaufenden Etikettenbandes.
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Die
Baugruppe 28 kann in der Praxis dazu dienen, die Etikettenrolle 42 bei
der Verarbeitung zu bremsen, oder das Band 46 aufzuwickeln,
z.B. beim Umrollen von Etikettenrollen, oder das Etikettenband 46 gesteuert
anzutreiben, je nach Art der verwendeten Etikettiervorrichtung,
wie das dem Fachmann geläufig
ist.
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Zum
Festspannen des Rollenkerns 44 dient ein Ring 50 aus
einem elastomeren Werkstoff, insbesondere aus einem Polyurethanschaum. 9 zeigt diesen
Ring 50 in seinem entspannten Zustand vor dem Einbau. In
diesem Zustand hat er eine zylindrische Außenseite 52, welche
im Betrieb als Eingriffsfläche
dient, und er hat in seinem Inneren eine Ringnut 54, welche
bei axialer Belastung des Rings 50 eine Soll-Biegestelle
bildet. Dies zeigt der Vergleich mit 10, wo
der gleiche Ring 50 in einem axial vorgespannten Zustand
dargestellt ist, in dem er etwa die Form einer Römerbrücke (mit "Eselsrücken") hat, d.h. die Eingriffsfläche 52 ist
in diesem Zustand leicht nach außen gewölbt, erlaubt aber noch das
Aufschieben einer Etikettenrolle 42.
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Ferner
hat der Ring 50 eine linke Flanke 56 und eine
rechte Flanke 58, welche im zusammengebauten Zustand mit
Vorspannung gegen ein rechtes Anlageglied 34 und eine linke
Anlagefläche 68 anliegen,
deren Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden. In 10 ist
der linke Flansch 68 nicht dargestellt.
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Die
seitlichen Flanken 56, 58 des Rings 50 sind
auch im eingebauten Zustand bevorzugt etwa spiegelsymmetrisch zueinander
ausgebildet und schließen
dann gemäß 10 mit
einer gedachten Ebene 60, die rechtwinklig (orthogonal)
zur Drehachse 62 der Welle 22 verläuft, einen
spitzen Winkel α ein,
der in 10 nur für die linke seitliche Begrenzung 56 dargestellt
ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Eingriffsfläche 52 auch
schon vor dem Einspannen eines Rollenkerns 44 leicht nach
außen
gewölbt ist.
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Der
Flansch 34 der Buchse 32 bildet eine axial nicht
verschiebbare schräge
Anlagefläche 64 für den Ring 50,
vgl. 10.
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Auf
der Buchse 30 ist gemäß 1 ein Spannring 66 verschiebbar
angeordnet. Dieser hat an seinem in 1 rechten
Ende die schräge
Anlagefläche 68,
welche gegen die linke Flanke 56 des Rings 50 anliegt.
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Durch
die Einspannung zwischen den Anlageflächen 64 und 68 erzeugt
der Ring 50 eine axial wirkende Kraft, welche im Rahmen
der vorliegenden Erfindung in bevorzugter Weise ausgenutzt wird,
um die Funktion des Spanndorns zu unterstützen. Auch dient diese Vorspannung
dazu, den Ring 50 in eine leicht zu verformende Ausgangsstellung
(vgl. 10) zu bringen und eine sanftes,
problemloses Öffnen
des Spanndorns 20 zu ermöglichen.
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Die
Anlageflächen 64 und 68 bilden
zusammen eine Ringnut 70, in der sich der Ring 50 befindet. Wird
in 1 der Spannring 66 nach rechts verschoben,
so gelangt er in die Lage gemäß 3,
in der diese Ringnut 70 einen verkleinerten Querschnitt
hat, wodurch der Ring 50 komprimiert wird und sich in seinem
mittleren Bereich radial nach außen zur Anlage gegen den Rollenkern 44 wölbt.
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Da
hierbei der Ring 50 verkürzt wird, bewegt sich seine
Mittelebene nach rechts und verschiebt dadurch die Etikettenrolle 42 nach
rechts gegen die seitliche Anlage 40. Diese seitliche Translationsbewegung
tritt also beim Spannvorgang automatisch auf.
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Der
Spannring 66 hat eine Ringnut 71, in welcher ein
Profilring 72 angeordnet ist. Dieser ist mittels Schrauben 74 am
Spannring 66 befestigt, und seine Form ergibt sich aus
den 5 bis 8. Er hat beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
zwei identische Spannprofile 76, 78, die sich
jeweils über 180° erstrecken.
Jedes der beiden Spannprofile beginnt bei einer tiefsten Stelle 80 und
steigt von dort aus über
insgesamt fünf
Rastmulden 82, 84, 86, 88, 90 bis
zu einem Anschlag 92 an, vgl. 8.
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Mit
diesen beiden identischen Spannprofilen 76, 78 arbeitet
ein Rollenpaar 94 (1) zusammen, das,
z.B. mittels eines Handrads 96, relativ zur (stehenden)
Welle 22 verdreht werden kann. Der Durchmesser des Handrads 96 ist
kleiner gewählt
als der Durchmesser des Spanndorns 20, um das Aufschieben
einer Etikettenrolle 42 nicht zu behindern. Das Handrad 96 ist
mit einer Hohlwelle 98 verbunden. In einer radialen Gewindebohrung
der Hohlwelle 98 befindet sich eine Schraube 100,
die in eine Ringnut 102 (9) der Welle 22 ragt,
so dass die Hohlwelle 98 relativ zur Welle 22 verdreht
werden kann, aber axial relativ zu ihr nicht verschiebbar ist.
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Zwischen
der Hohlwelle 98 und dem in 1 und 10 linken
Endbereich 23 der Welle 22 befindet sich eine
Kunststoffbuchse 104, die mit zwei radialen Bohrungen versehen
ist, in denen zwei radial in entgegen gesetzter Richtung verlaufende
Wellen 106, 108 befestigt sind, auf denen jeweils
eine Spannrolle 110 bzw. 112 drehbar angeordnet
ist. Diese Spannrollen 110, 112 liegen, wie in 2 und 4 dargestellt,
gegen die Spannprofile 76 bzw. 78 mit der Vorspannung
an, welche durch den Ring 50 aus elastomerem Werkstoff
erzeugt wird. Wie bereits erläutert,
dient diese Vorspannung dazu, den Ring 50 in eine leicht
verformbare Basisstellung zu bringen, und ein sanftes und problemloses Öffnen des
Spanndorns 20 zu gewährleisten.
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2 zeigt
die deaktivierte Stellung der Spannrollen 110, 112,
also deren Nullstellung relativ zu den Spannprofilen 76, 78,
und 4 zeigt eine relativ zu 2 um 150° im Uhrzeigersinn 114 verdrehte
Stellung, bei der die Rollen 110, 112 in die beiden Rastmulden 90 (8)
eingreifen, was der am stärksten
gespannten Stellung entspricht, wie sie in 3 dargestellt
ist.
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Auf
diese Weise kann eine Etikettenrolle 42 durch Verdrehung
des Handrades 96 leicht eingespannt und auch leicht wieder
gelöst
werden, wobei sich folgende Vorteile ergeben:
- • Der Ring 50 besteht
bevorzugt aus einem Polyurethanschaum, welcher hohe Reibkräfte auf
den Rollenkern 44 übertragen
kann, oder aus einem Material mit ähnlichen Eigenschaften.
- • Der
Ring 50 verformt sich beim Spannvorgang über seinen
gesamten Umfang nach außen
und kann deshalb die Reibkraft gleichmäßig zur Wirkung auf den Rollenkern 44 bringen,
ohne diesen dabei zu beschädigen.
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Durch
die beschriebene axiale Verschiebung des Spannrings 66 wird
der flexible Ring 50 an seinem gesamten Umfang ausgebaucht,
wobei er gleichzeitig axial etwas nach rechts versetzt wird. Damit
wird die Etikettenrolle 42 gleichzeitig
- • zentriert
- und
- • gegen
den Anlageteller 40 geführt,
- d. h. die Etikettenbandrolle 42 wird auch ohne besondere
Aufmerksamkeit der Bedienungsperson automatisch in die richtige
Lage gebracht.
- • Die
Verwendung des flexiblen Rings 50 ermöglicht es, den Spannbereich
großzügiger auszulegen,
und es findet keine Verformung oder Verletzung des Rollenkerns 44 statt.
- • Der
Spanndorn 20 lässt
sich bei Bedarf mit weiteren flexiblen Ringen nachrüsten und
kann dann höhere
Drehmomente auf den Rollenkern 44 übertragen, vgl. 11 bis 13.
- • Bedingt
durch den konstruktiven Aufbau mit einfachen Schiebeelementen können die
Einzelteile des Spanndorns mit geringerem Aufwand hinsichtlich Präzision und
somit preislich günstiger hergestellt
werden.
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11 zeigt
einen Spanndorn 20' mit
zwei Ringen 50, 50A aus elastomerem Werkstoff.
Dieser hat eine Welle 22',
die etwas länger
ist als die Welle 22 der 1 bis 10.
Auf ihr sind drehfest zwei Buchsen 30 und 30A befestigt,
die jeweils eine Schulter 34 bzw. 34A haben, welche
als Abstützung für die rechte
Seite eines zugeordneten Rings 50 bzw. 50A aus
elastomerem Werkstoff dienen. Beide Ringe 50, 50A dienen
zum Einspannen einer breiten Etikettenrolle 42, die in 11 strichpunktiert
angedeutet ist.
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Gegen
die linken Seiten der beiden Ringe 50, 50A liegt – analog
zu 1 – jeweils
ein axial verschiebbares Teil 66 bzw. 66A an.
Beide Teile 66, 66A sind miteinander gekoppelt,
z.B. mittels eines Stiftes 67, der zwischen den Teilen 66 und 66A verschiebbar angeordnet
ist und diese Teile miteinander koppelt. Dadurch sind beide Teile 66 und 66A gemeinsam
mittels eines Handrads 96 verschiebbar, so dass die Ringe 50, 50A bei
einem Spannvorgang gemeinsam betätigt
werden. Dies geschieht wie bei 1 mittels eines
Profilrings 72. Auf die Beschreibung dieses Profilrings
und seiner Wirkungsweise bei den 1 bis 10 kann
deshalb verwiesen werden.
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In
der gleichen Weise kann z.B. auch ein dritter (nicht dargestellter)
Spannring hinzugefügt
werden, wenn besonders breite Etikettenrollen 42 eingespannt
werden müssen.
Da die Translationsbewegung der Ringe 50, 50A beim
Spannen synchron erfolgt, wird in jedem Fall die Etikettenrolle 42 in
Richtung nach rechts, also zur Anlage gegen die Anlagewand 40,
verschoben.
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12 zeigt
den Spanndorn 20' gemäß 11,
auf dem die Etikettenrolle 42 befestigt ist. Gleiche oder
gleich wirkende Teile wie in 11 werden
deshalb mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie in 11 und
gewöhnlich
nicht nochmals beschrieben.
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Die
Etikettenrolle 42 liegt mit ihrer in 12 rechten
Seite gegen die seitliche Anlage 40 an.
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Zusätzlich ist
in 12 ein Gegenhalter 120 für die linke
Seite der Etikettenrolle 42 vorgesehen. Dieser hat einen
Gegenhalterteller 122, der im Betrieb mit einem geringen
axialen Abstand d (13) neben der linken Seite der
Etikettenrolle 42 angeordnet ist. Der Abstand d kann z.B.
2...3 mm betragen. Der Gegenhalterteller 122 hat also die
Funktion einer seitlichen Führung
für das
abrollende Etikettenband 46, ohne dieses aber einzuklemmen,
d.h. das Etikettenband 46 kann abgerollt werden, ohne dass
es am linken Teller 122 streift. Dadurch wird verhindert, dass
sich das Etikettenband 46 beim Abrollen verheddert.
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Der
Gegenhalterteller 122 ist durch Schrauben 124 mit
einer Griffhülse 126 verbunden,
die so dimensioniert ist, dass sie mit einer Hand gepackt werden
kann und dazu bevorzugt eine Griffmulde 128 hat, so dass
sie beim Bandwechsel leicht vom Spanndorn 20' abgezogen und anschließend wieder auf
diesen aufgeschoben werden kann.
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Die
Griffhülse 126 hat
auf ihrer Innenseite eine zylindrische Ausnehmung 130 (13),
die nach links durch einen radial nach innen ragenden Ringbund 132 und
nach rechts durch den radial innersten Abschnitt 134 des
Gegenhaltertellers 122 begrenzt ist.
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Die
Griffhülse 126 ist
ihrerseits drehbar und mit einem geringen Längsspiel auf einer Spannhülse 138 angeordnet.
Letztere hat die Form eines dünnwandigen
Rohres, auf dem zwei radiale Vorsprünge vorgesehen sind, nämlich links
ein Vorsprung 140, der einen kleinen Abstand vom linken
Ende 142 der Hülse 138 hat,
und rechts einen Vorsprung 144, der einen kleinen Abstand
vom rechten Ende 146 der Hülse 138 hat.
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Auf
diese Weise sind Spannhülse 138 und Griffhülse 126
- a) relativ zueinander verdrehbar, da die Vorsprünge 140, 144 jeweils
bevorzugt die Form eines Ringbunds haben, der in der Ausnehmung 130 verdrehbar
geführt
ist, und
- b) relativ zueinander in axialer Richtung um einige Millimeter
verschiebbar.
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Der
Innendurchmesser der Spannhülse 138 ist
geringfügig
größer als
der Außendurchmesser
des Spanndorns 20',
so dass die Spannhülse 138 in
der dargestellten Weise auf den Spanndorn 20' und den PU-Ring 50A (bzw. 50)
aufgeschoben werden kann. Anschließend werden durch Verdrehen
des Handrads 96 in der bereits beschriebenen Weise die
beiden PU-Ringe 50 und 50A gespannt, wodurch gleichzeitig
und in einem Arbeitsgang die Etikettenrolle 42 und die
Spannhülse 138 drehfest
mit dem Spanndorn 20' verbunden
werden.
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Arbeitsweise
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Beim
Wechsel der Etikettenrolle 42 wird die Griffhülse 126 nach
Lösen des
Spannknopfs 96 vom Spanndorn 20' abgezogen, die innere Hülse 44 der alten
Etikettenrolle 42 wird abgezogen, und eine neue Etikettenrolle 42 wird
aufgesetzt. Dann werden Griffhülse 126 plus
Spannhülse 138 plus
Teller 122 wieder aufgeschoben und axial in Richtung zur
Etikettenbandrolle 42 gepresst. Dabei legt sich die Schulter 132 der
Griffhülse 126 gegen
den Bund 140 der Spannhülse 138 und
verschiebt diese nach rechts. Der Spannknopf 96 wird betätigt, wodurch Spannhülse 138 und
Etikettenrolle 42 zusätzlich
etwas nach rechts verschoben werden, da sich die PU-Ringe 50, 50A beim
Spannen verformen, wie bereits beschrieben.
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Nun
lässt man
die Griffhülse 126 los,
und durch das Spiel zwischen Griffhülse 126 und Spannhülse 138 kann
sich die Griffhülse 126 um
ca. 1–3 mm
nach links verschieben, d.h. der Anlageteller 122 liegt
jetzt nicht mehr satt gegen die linke Seite der Etikettenrolle 42 an,
sondern es entsteht der Spalt d, der in 13 dargestellt
ist. Dieser erlaubt ein Abziehen des Etikettenbandes 46,
ohne dass es seitlich am linken Teller 122 streift.
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Die
Griffhülse 126 wird
bei der Rotation des Spanndorns 20' nicht direkt von diesem angetrieben, sondern
nur durch Reibung zwischen der Spannhülse 138 und der Griffhülse 126,
so dass der Start nicht behindert wird. Denn es genügt, wenn
der Teller 122 nur langsam auf volle Drehzahl kommt.
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Genauso
ist es umgekehrt beim Abbremsen, d.h. man kann schnell abbremsen,
und der Teller 122 läuft
dabei noch etwas nach, bis seine Energie durch Reibung vernichtet
ist.
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Auch
kann der Teller 122 nicht die Bedienungsperson verletzen,
da er auch von Hand abgebremst werden kann, z.B. beim Etikettenwechsel.
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Die
Erfindung ist besonders interessant für motorisch angetriebene Abwickelvorrichtungen,
bei denen die Etikettenrolle 42 durch einen Motor angetrieben
wird, weil hierbei ein problemloser Lauf des Etikettenbandes 46 erzielt
werden kann, was hohe Etikettiergeschwindigkeiten ermöglicht,
wie sie zunehmend gefordert werden.
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Naturgemäß sind im
Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen
möglich.