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Die
Erfindung betrifft eine Wickelhülse nach dem Oberbegriff
des Schutzanspruchs 1.
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Wickelhülsen
zum Auf- und/oder Abwickeln von bahnförmigen, bandförmigen
oder fadenförmigen Materialien der unterschiedlichsten
Art, beispielsweise Papier, Aluminium- und Kunststofffolien, Textilien
oder vliesartigen Geweben oder dergleichen, sind an sich bekannt
und für den jeweiligen Verwendungszweck speziell ausgerichtet
bzw. auf die bestimmte Wickeltechnik abgestellt.
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Zum
Auf- oder Abwickeln des Wickelguts kann die Wickelhülse
in einer Wickelmaschine oder -vorrichtung auf Spannfutter montiert
werden, die von innen in die Enden des Hülsenkörpers
eingreifen und durch Klemmen oder Formschlusselemente die freie oder
angetriebene Rotation der Wickelrolle erlauben.
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Die
Aufnahme der Wickelhülse in einer Wickelanlage oder beim
Transport erfolgt gewöhnlich über Spannköpfe
und Wickelwellen. In einer Anwendungsform werden dabei Spannköpfe
seitlich als Flansch in die Hülsenenden eingeführt.
Durch anschließende mechanische oder pneumatische Steuerung
werden Spannkeile expandiert, die ein zentrisches Spannen der Wickelhülse
bewirken und einen Antrieb der Wickelrolle mit großen Drehmomenten ermöglichen.
In einer anderen Anwendungsform werden zwei oder mehr Spannköpfe
als Adapter auf eine Spannwelle oder ein Tragrohr montiert. Die
somit erhaltene Welle kann durch die Wickelhülse hindurchgeführt
und beidseitig gelagert bzw. mit einem Antrieb versehen werden.
Durch diese Konstruktion wird einerseits die Durchbiegung der Wickelrolle
im Bereich der Wickelhülse verringert und andererseits bei
gleichmäßiger Verteilung der Spannköpfe über die
Länge der Wickelhülse eine bessere Übertragung des
Drehmoments auf die Wickelhülse ermöglicht. Eine
noch bessere Kraftübertragung ermöglichen Wickelwellen,
die über die gesamte Länge der Wickelhülse
Spannleisten aufweisen. Andere Anwendungen, beispielsweise der vertikale
Transport der Wickelrollen, verlangen einseitig gelagerte Wickelwellen.
Diese Anwendungen können sowohl mit Leistenwellen in flanschmontierter
Ausführung als auch mittels Spannwellen mit zwei in Reihe
geschalteten Adapterspannköpfen realisiert werden.
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Durch
das wiederholte Ein- und Ausführen der Spannköpfe
bzw. Spannwellen in die Wickelhülse sowie durch die von
den Spannköpfen ausgeübte Spannkraft und Drehmomente
sind die stirnseitigen Enden der Wickelhülse einer hohen
mechanischen Belastung und damit verbundenem Verschleiß ausgesetzt.
Wickelhülsen aus Pappe können daher meist nur
einmalig verwendet werden. Gemäß
DE 80 33 212 U1 ist es insbesondere
bei Stützwalzen-Rollenmaschinen zum Aufwickeln von Papierbahnen üblich,
auswechselbare Versteifungs- oder Verschleißhülsen
in die Enden der Wickelhülse einzusetzen und dadurch den
durch die seitlich eingreifenden Zapfen hervorgerufenen Verschleiß beim
Andrücken der Wickelhülse an die Stützwalze
aufzunehmen. Diese auswechselbaren Versteifungshülsen können
zwar mehrfach genutzt werden, haben aber den Nachteil, dass sie
sich bei der Handhabung der Wickelhülse, insbesondere beim
Ein- oder Ausführen der Spannköpfe oder Spannwellen,
lösen und dadurch den Prozessablauf behindern und verzögern.
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In
der europäischen Patentanmeldung
EP 2 088 106 A2 sind Wickelhülsen
mit einer Perforation beschrieben. Der von der Hülsenwandung
umschlossene Innenraum wird über einen stirnseitig angekoppelten
Führungskopf mit Unterdruck beaufschlagt, so dass über
die Innenbesaugung der Wickelhülse und die darin enthaltene
Perforation der Bahnanfang einer Materialbahn sicher aufgenommen
und ausreichend fixiert werden kann. In einer Ausführungsform ist
zwischen der Wickelhülse und dem Führungskopf eine
Dichteinrichtung angeordnet. Je nach Ausführung der Verspannung
in radialer oder axialer Richtung ist die Dichteinrichtung als Radial-
oder Axialdichtung ausgebildet. Als Dichtelemente werden Dichtringe
in Form von O-Ringen oder Ringen mit beliebigem Querschnitt vorgeschlagen.
Die genannten Dichteinrichtungen weisen nur eine beschränkte Haltbarkeit
auf und müssen regelmäßig erneuert werden.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2007 000 629 A1 beschreibt eine Wickelhülse
mit einem Korpus, der an beiden Enden jeweils einen einen Stirnseitenabschnitt
aufweisenden Endabschnitt aufweist. Mindestens einer der Endabschnitte
weist dabei eine Verformungszone auf, über die der Stirnseitenabschnitt
mit dem Korpus verbunden ist. Mit Hilfe der Verformungszone soll
es möglich sein, Längsausdehnungen der Wickelhülse
bzw. zweier aneinander anliegenden Wickelhülsen aufzunehmen.
Die Verformungszone bildet dabei eine Art Knautschzone bzw. Schwächungszone
aus, in der das Material der Wickelhülse einen geringeren
Verformungswiderstand aufweist als der Korpus. Wenn dann eine Kraft
in axialer Richtung auf die Wickelhülse wirkt, wird die
Wickelhülse im Bereich der Schwächungszone verformt.
In der beschriebenen Ausführung wird die Schwächungszone
durch eine Wandstärkenverringerung des Hohlzylinders in
Form einer innen oder außen radial umlaufenden Nut gebildet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wickelhülse
bereitzustellen, deren Stirnseiten nachhaltig und prozesssicher
gegen mechanische Beschädigung und Verschleiß geschützt
sind.
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Gegenstand
der Erfindung sind daher Wickelhülsen für bahn-,
band- oder streifenförmiges Wickelgut gemäß dem
Anspruch 1.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand der 1 bis 5 erläutert.
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1 Querschnitt
durch das Ende einer Wickelhülse mit eingesetztem Spannkopf.
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2 Querschnitt
durch Enden einer Wickelhülse mit und ohne Stirnseitenschutz.
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3 Querschnitt
durch eine Wickelhülse mit innen liegendem Stirnseitenschutz.
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4 Querschnitt
durch eine Wickelhülse mit weichelastischer Schicht zwischen
Hülsenkörper und Stirnseitenschutz sowie angeformtem
oder eingestecktem Stirnseitenschutz.
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5 Querschnitt
durch eine Wickelhülse mit federelastischen Stirnseitenschutzen.
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1 zeigt
schematisch ein stirnseitiges Ende einer Wickelhülse 1 mit
einem Korpus 2 und einem fest mit diesem verbundenen Stirnseitenschutz 3.
In das Hülsenende ist ein Spannkopf 4 so weit
eingeführt, dass seine Frontfläche an die Stirnseite
der Wickelhülse 1 anstößt.
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2 veranschaulicht
die stirnseitigen Enden eines Korpus 2 einer Wickelhülse 1 vor
(1A) bzw. nach (1B) der Verklebung eines Stirnseitenschutzes 3 mit
dem Korpus 2. Das stirnseitige Ende 1A des Korpus 2 weist
eine geringere Wandstärke auf, die durch einen vergrößerten
Innendurchmesser des Hülsenkörpers und eine dadurch
erreichte Aussparung 5 an der Innenwandung des Korpus 2 hervorgerufen
wird. Die Vergrößerung des Innendurchmessers sowie
die dadurch hervorgerufene Aussparung können über
einen Teilbereich des Innenradius des Korpus 2 ausgeführt
sein, vorzugsweise erfolgen sie ringförmig über
den gesamten Innenradius des Korpus 2. Im Allgemeinen ist
die Aussparung so gestaltet, dass ein Stirnseitenschutz 3 formschlüssig
in dieser aufgenommen werden kann.
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Von
der Mantelfläche des Korpus 2 führen eine
oder mehrere Bohrungen 6 in den Bereich der stirnseitigen
Aussparungen 5. In die Stirnseite 1B des Korpus 2 ist
ein Stirnseitenschutz 3 eingesetzt, welcher stirnseitig
den gleichen Innen- und Außendurchmesser aufweist wie der
Korpus 2 und in dem Bereich, in dem er die Aussparung 5 ausfüllt,
an ihrer äußeren Mantelfläche ebenfalls
eine Aussparung aufweist, welche mit der Position der Bohrung 6 überlappt.
Diese Aussparung ist vorzugsweise ebenfalls radial ringförmig
ausgebildet. Nach Einsetzen eines Stirnseitenschutzes 3 in
den Korpus 2 kann ein Klebstoff 7 über
die Bohrung 6 zugeführt werden, der sich in dem
Hohlraum verteilt, der durch die Aussparung in der Mantelfläche
des Stirnseitenschutzes 3 zum Korpus 2 gebildet
wird. Die Positionen 7a und 7b veranschaulichen
zwei mögliche Ausführungsbeispiele hierzu.
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3 beschreibt
zwei Ausführungsmöglichkeiten, bei denen der Stirnseitenschutz 3 die
Stirnseite des Korpus 2 nicht vollständig bedeckt.
Der Stirnseitenschutz 3a kann in diesem Fall so positioniert sein,
dass er stirnseitig mit der Stirnseite des Korpus 2 abschließt.
Der Stirnseitenschutz 3b kann aber auch stirnseitig aus
dem Ende des Hülsenkörpers 2 hervorstehen.
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4 veranschaulicht
zwei weitere Ausgestaltungen der Erfindung. Am linken Ende der Wickelhülse 1 ist
ein Stirnseitenschutz 3c dargestellt, welcher über
eine weichelastische Schicht 7c mit dem Korpus 2 verbunden
ist, stirnseitig über das Ende des Korpus 2 hinausragt
und einen etwas geringeren Innendurchmesser aufweist als der Korpus 2.
Die jeweiligen Grenzflächen zwischen Korpus 2,
weichelastischer Schicht 7c und Stirnseitenschutz 3c können
Haftmittel oder Klebstoff aufweisen sowie mechanisch, physikalisch
oder chemisch bearbeitet oder behandelt sein.
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Am
rechten Ende der Wickelhülse 2 ist ein Stirnseitenschutz 3d angedeutet,
welcher unmittelbar, d. h. ohne Klebstoff, wahlweise aber nach mechanischer,
physikalischer oder chemischer Vorbehandlung, beispielsweise über
eine Oberflächenaufrauhung, eine Plasmabehandlung oder
ein Haftmittel, direkt mit einem Korpus 2 verbunden ist.
Eine solche direkte Verbindung kann beispielsweise dadurch erhalten
werden, dass a) der Korpus 2 während seiner Herstellung
an den Stirnseitenschutz 3d oder b) der Stirnseitenschutz 3d bei
seiner Herstellung an den Korpus 2 angeformt wird, oder
dadurch, dass Korpus 2 und Stirnseitenschutz 3d einzeln
gefertigt und anschließend ineinander gesteckt werden.
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Durch
eine spezielle Gestaltung der Oberflächengeometrie des
Stirnseitenschutzes 3d sowie des stirnseitigen Endes des
Korpus 2 kann zudem die formschlüssige, feste
und unlösbare Verbindung zwischen dem Korpus 2 und
dem Stirnseitenschutz 3d optimiert und verstärkt
werden.
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5 erläutert
mögliche federelastische Formgestaltungen 3e und 3f des
Stirnseitenschutzes 3. Diese Gestaltung kann beispielsweise
durch ring- oder spiralförmige Oberflächengestaltung
(3f) oder mittels elastisch verformbarer Stege oder Zwischenschichten 8 mit
hoher Rückstellkraft erhalten werden.
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Wickelhülsen 2 bestehen
allgemein aus einem im Wesentlichen zylinderförmig langgestreckten,
hohlen Hülsenkörper, hierin als Korpus 2 bezeichnet.
Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit oder zur Optimierung
des Wickelvorgangs kann der Hülsenkörper allerdings
auch konisch, bikonisch oder bombiert geformt sein.
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Geeignet
zur Herstellung erfindungsgemäßer Wickelhülsen 1 sind
alle Größen und Formen, die in entsprechenden
Wickelanlagen und -vorrichtungen Verwendung finden. Es gibt keine
Beschränkungen, welche Wandungsdicke, welchen Durchmesser oder
welche Länge die Wickelhülsen 1 aufweisen. Wickelhülsen 1 für
die Folien- und Papierverarbeitung haben unter anderem Innendurchmesser
von 150 mm, 200 mm und 250 mm (in Zoll entsprechend 6'', 8'' bzw.
10''), Wandstärken von 10 mm und Längen von 3000
bis 5000 mm für Volltamboure. Insbesondere in der Vereinzelung
von Materialbahnen, -bänder oder -streifen können
die Maße der Wickelhülse 1 jeden beliebigen
Innen- und Außenradius sowie jede beliebige Länge
darunter einnehmen.
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Gewöhnlich
werden zur Herstellung des Korpus 2 mehrere radial übereinander
gewickelte und zumindest bereichsweise miteinander verklebte Lagen
aus Papier, Pappe, Gewebe, Metallfolie (insbesondere Aluminiumfolie)
und/oder Kunststofffolie verwendet. Bekannt ist auch die Herstellung
von Wickelhülsen aus Metall sowie durch Extrusion oder
Spritzguss von thermoplastischem Kunststoff oder Kunststoffregenerat.
Kunststoffmaterialien, insbesondere in Form von Folien, werden unter
anderem verwendet, weil sie eine bessere Feuchtigkeits- und Lösemittelbeständigkeit
als Pappe oder Hartpapier aufweisen.
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Wickelhülsen 1 aus
Faserverbundwerkstoffen sind unter anderem für thermisch
kritische Umgebungen prädestiniert. Ihre Wärmeausdehnung
ist über einen weiten Temperaturbereich einstellbar und im
besten Fall gleich Null. Außerdem weisen faserverstärkte
Kunststoffe eine höhere Biegesteifigkeit auf. Wickelhülsen 1 aus
Faserverbundwerkstoffen finden ihren Einsatz insbesondere in den
Bereichen Metallfolie, Polymerfilm, Papierherstellung und Veredelung.
Mit diesen sogenannten Composite-Hülsen können
nur wenige μm dünne Bahnen faltenfrei ohne Druckstellen
in Längen bis 3 km aufgewickelt und sicher zum Anwender
transportiert werden.
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Wickelhülsen 1 aus
Faserverbundwerkstoffen bestehen gewöhnlich aus einem Kunststoff-
oder vernetztem Harzmaterial (Reaktionsharz), welches Verstärkungsfasern,
beispielsweise Naturfasern, Glasfasern (GFK-Verbund) oder Kohlenstofffasern (CFK-Verbundmaterial),
in Form von Bruchstücken endlicher Länge, Endlosfasern,
Matten oder Geweben enthält. Verbundwerkstoffe mit Bruchfasern
werden insbesondere endlos extrudiert oder im Spritzguss verarbeitet.
Verbundwerkstoffe mit Endlosfasern werden insbesondere im Wickelverfahren
(Filament Winding) oder Strangziehverfahren (Pultrusion) zu Rohren
oder Hülsen verarbeitet.
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An
Hülsen zum Aufwickeln von bahnförmigen Papieren
und Folien wird eine Vielzahl von Anforderungen gestellt. So darf
sich die Hülse zum Beispiel durch das Gewicht der gewickelten
Rolle nicht durchbiegen und muss sie auch im Querschnitt konstant
bleiben, damit sich beim Aufwickeln keine Falten bilden. Die Oberfläche
der Wickelhülse sollte darüber hinaus abriebfest
sein und eine gewisse Spaltfestigkeit besitzen, so dass bei Verwendung
eines Klebebandes zur Fixierung des Bahnanfangs an der Wickelhülse
die Hülsenoberfläche bei einem Entfernen des Klebebandes
nicht beschädigt wird. Die Hülsenoberfläche
muss eben sein und sollte keine Spiralmarkierungen aufweisen.
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Materialbahnen
müssen, bevor sie versandt werden können, auf
Versand- oder Fertigrollen aufgewickelt werden. Die Fertigrollen
werden dadurch erhalten, dass die Materialbahn von Mutterrollen (auch
als Volltamboure bezeichnet), die beispielsweise am Ausgang einer
Papiermaschine oder eines Folienkalanders entstanden sind, abgewickelt
und in Längsrichtung geschnitten wird, wonach die so erzeugten
Einzelbahnen anschließend jeweils auf eine Wickelhülse
aufgewickelt werden. Der Tambourwechsel auf der Abroll- und der
Aufrollseite kann sowohl manuell als auch automatisch erfolgen.
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Gelegentlich
werden die Wickelhülsen 1 eingefärbt,
um eine Kennzeichnung der Wickelhülse oder der auf sie
aufgezogenen Folienmaterialien oder Papierbahnen zu ermöglichen.
Eine Kennzeichnung oder Identifizierung der Wickelhülse 1 kann auch
dadurch erfolgen, dass zumindest eine Identifikationsmarke, beispielsweise
eine Beschriftung, ein Barcode, ein auslesbarer Mikrochip oder ein
so genannter RFID-Transponder in oder an der Wickelhülse 1,
insbesondere in oder an Korpus 2 und/oder Stirnseitenschutz 3,
an- oder untergebracht ist.
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Der
Korpus 2 der Wickelhülse 1 kann erfindungsgemäß aus
allen bekannten und zu seiner Herstellung geeigneten Materialien
bestehen. Vorzugsweise besteht der Korpus 2 jedoch aus
Faserverbundwerkstoff, insbesondere solchem aus gewickelten, harzgetränkten
Endlosfasern auf Basis von Glasfasern und Kohlenstofffasern.
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Der
Stirnseitenschutz 3 kann erfindungsgemäß aus
allen bekannten und zu seiner Herstellung geeigneten Materialien
bestehen. Hierzu gehören thermoplastische, duroplastische
und gummielastische Kunststoffe sowie Gummiwerkstoffe aber auch natürliche
Werkstoffe wie Holz und metallische Werkstoffe. Die jeweiligen Materialien
können Füll- und Verstärkungsstoffe (einschließlich
Fasern) sowie andere übliche Zusätze enthalten.
Vorteilhaft besteht der Stirnseitenschutz 3 aus Polyurethan
oder Gummi.
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Der
Stirnseitenschutz 3 weist vorteilhaft eine im Wesentlichen
ring- oder hülsenartige Form auf, die jedoch nicht zwingend
durchgehend ausgefüllt sein muss und Einschnitte, Aussparungen
und/oder Ausformungen aufweisen kann.
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Ein
wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Stirnseitenschutzes 3 ist,
dass sein Material und seine Form dazu geeignet sind, wiederholte
Stöße und mechanische Belastungen an den stirnseitigen
Enden der Wickelhülse 1 aufzufangen, ohne dabei
selbst zerstört zu werden, so dass die Stirnseite der Wickelhülse 1 sowie
insbesondere des Korpus 2 auch bei wiederholter Verwendung
der Wickelhülse 1 vor Beschädigung und
Zerstörung geschützt wird.
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Die
erfindungsgemäße feste Verbindung zwischen dem
Korpus 2 und dem Stirnseitenschutz 3 kann, wie
bereits beschrieben, mechanisch, physikalisch oder chemisch erfolgen.
Die zu verbindenden Oberflächen können dazu mechanisch,
physikalisch oder chemisch vorbehandelt sein. Die Verbindung kann
unter anderem über Klebstoff und/oder Haftmittel sowie
rein oder zusätzlich mechanisch erfolgen, beispielsweise
durch eine Steckverbindung oder eine formschlüssige Gestaltung
von Korpusende und Stirnseitenschutz 3d, wie in 4 dargestellt.
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Zur
Ableitung elektrischer Ladungen, die sich beispielsweise im Wickelvorgang
an der Oberfläche des Wickelgutes bilden können,
kann sowohl das Material des Korpus 2 als auch des Stirnseitenschutzes 3 elektrisch
leitfähige oder antistatische Eigenschaften aufweisen,
so dass die freien Ladungen über die Wickelhülse 1 an
die eingeführten Spannelemente 4 abgeleitet werden
können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8033212
U1 [0005]
- - EP 2088106 A2 [0006]
- - DE 102007000629 A1 [0007]