DE2308755C3 - Hülsenspannkupplung für die achslose Aufnahme von hohlzylindrischen Rotationskörpern - Google Patents

Description

Für die achslose Aufnahme von hohlzylindrischen Rotationskörpern, z. B. zum Wechseln der Wickelhülsen an einer Wickelmaschine für Papier-, Folien-, Gewebe- u.dgl. -wickel werden Hülsenspannkupplungen verwendet. Die gewöhnlich aus Pappe bestehenden Wickelhülsen mit den Wickeln werden zur weiteren Verarbeitung der aufgewickelten Bahnen in Abrollgestelle eingesetzt, in denen zwei miteinander fluchtende, axial verschiebbare Hülsenspannkupplungen drehbar gelagert sind, die von beiden Stirnseiten her in die offenen Wickelhülsen je nach Hülseninnendurchmesser 110 bis 160 mm tief eingeschoben werden können und so die Wickelhülse zwischen sich aufnehmen und sich durch Eingriff mit der Hülseninnenwand selbsttätig spannen. Die die Hülsenspannkupplungen tragenden Wellen sind außerhalb der Lager mit Bremsvorrichtungen gekuppelt, die ein Brems-Drehmoment zur Erzeu-

gung der zum Abwickeln erforderlichen Bahnspannung und ein noch größeres beim schnellen Abbremsen der Schwungmasse des Wickels beim Stillsetzen der Maschine auf die Wickelhülse und deren Wickel aufbringen.

Eine bekannte Hülsenspannkupplung besteht aus einem inneren zentrischen Spannkörper mit mehreren in diesem in Ausnehmungen gelagerten und in Umfangsrichtung verschwenkbaren Druckstücken, die über einen den Spannkörper umgebenden Käfigring mitein-

ander gekuppelt sind (DT-PS 11 19 301). Die Druckstücke stehen nur wenig über den Umfang des Spannkörpers über, aber doch so weit, daß sie in die Innenwand der Wickelhülse eines neuen Wickels formschlüssig eingreifen. Bei einer Relativdrehung der Wickelhül-

se und der von ihr mitgenommenen Druckstücke gegenüber dem Spannkörper schwenken diese nach außen und dringen tiefer in die Hülseninnenwand ein, wodurch die Verbindung Drehmomente zu übertragen vermag. Bei einer geringen gegenläufigen Relativdrehung zwischen Hülse und Spannkupplung löst sich der Formschluß, und die Hülse kann axial abgezogen werden. — Diese Ausführung hat die erheblichen Nachteile, daß die Kennlinie der vom Spannkörper über die Druckstücke ausgeübten Druckkraft, aufgetragen über dem Winkelbereich ihrer möglichen Schwenkbewegung, sehr steil ist, so daß zum Spannen ein großes Drehmoment erforderlich ist, daß bei geringem Überschreiten der Hülsendurchmessertoleranz die Gefahr der Selbsthemmung der Spannkupplung besteht und daß die formschlüssig einschneidenden Druckstücke die Wickelhülse bei mehrfacher Verwendung bald zerstören.

Ferner sind Hülsenspannkupplungen in verschiedenen Ausführungen bekannt, bei denen Spannrollen in einem Käfigring unverlierbar gehalten, durch diesen also zwangsgekuppelt sind und durch Relativdrehung des Käfigringes gegenüber dem inneren Spannstern nach außen gepreßt werden (DT-AS 12 54 917). Dabei können die Spannrollen aus Schlitzen im Mantel des Käfigringes hervortreten oder an dessen Stirnseite hervorstehen. Diese Ausführungen spannen zwar kraftschlüssig, haben aber den erheblichen Nachteil, daß an den Spannrollen erhebliche Flächenpressungen auftreten, die für Papphülsen zu groß sind und diese deformieren. Bei der ersteren Ausführung setzen sich außerdem die Schlitze leicht mit Papierstaub und -fasern zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hülsenspannkupplung der erstgenannten Art so auszubilden, daß sie die folgenden, schwer miteinander zu vereinbarenden Anforderungen erfüllt:

Sie muß die Wickelhülse mit dem schweren Wickel bei möglichst kleinem Drehmoment anheben und zentrisch spannen; die Spannkraft soll proportional dem Drehmoment sein; ihr Spannbereich soll möglichst groß sein, mindestens 10 mm Differenz im Durchmesser überbrücken, um mit derselben Spannkupplung Wickelhülsen unterschiedlichen Innendurchmessers, z. B. solche von 70 mm oder 76 mm, ohne Wechsel

spannen zu können; sie muß trotzdem die für einen stetigen Bandzug auf den Wickel erforderlichen Brems-Drehmomente sicher übertragen und darf die Papphülsen nicht zerstören.

Die Erfindung löste diese schwierige Aufgabe in der Weise, daß bei einer Hülsenspannkupplung mit einem inneren zentrischen Spannkörper mit mehreren in diesem in Ausnehmungen gelagerten und in Umfangrichtung verschwenkbaren Druckstücken, die über einen den Spannkörper umgebenden Käfigring miteinander gekuppelt sind, erfindungsgemäß um den Käfigring mehrere an sich bekannte Spannbacken angeordnet sind, von denen jeweils eine Spannbacke auf zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Druckstük-Jcen abgestützt ist, die nahe der Achse des Spannkörpers schwenkbar gelagert sind, und daß die Ausnehmungen des Spannkörpers für die Druckbacke einer Spannbacke gegenüber den Ausnehmungen für die Druckstücke einer anderen Spannbacke paarweise axial gegeneinander versetzt sind.

Die Lagerung der die Spannbacken tragenden und stützenden Druckstücke nahe der Achse des Spannkörpers ergibt eine flache Steigung der eingangs erwähnten Druckkraft-Kennlinie, so daß in Verbindung mit der Kupplung sämtlicher Druckstücke über den Käfigring eipr einwandfreie Selbstzentrierung der Wickelhülse bereits mit einem relativ kleinen Brems-Drehmoment erreicht wird. Die Verwendung großflächiger, im wesentlichen den ganzen Umfang der Spannkupplung bedeckender Spannbacken ergibt eine geringe spezifische Flächenpressung der Hülseninnenwand und kommt der Lebensdauer der Hülse zugute.

Die vorteilhafte Lagerung der Druckstücke nahe der Achse des Spanrkörpers ist nur möglich durch die erfindungsgemäße Verteilung der sie aufnehmenden Ausnehmungen paarweise axial versetzt auf nebeneinanderliegende Querschnitte des Spannkörpers. Denn da jede Spannbacke von zwei Druckstücken getragen wird, sind bei mehreren, insbesondere drei oder vier Spannbacken eine beträchtliche Anzahl Ausnehmungen im Spannkörper erforderlich, und nur durch diese Verteilung bleibt über seine ganze Länge genügend tragender Querschnitt erhalten.

Die Lagerstellen können so dicht an die Achse des Spannkörpers gelegt werden, daß die Schwenkmittelpunkte der Druckstücke in den Ausnehmungen des Spannkörpers auf der Fläche eines zur Achse des Spannkörpers konzentrischen, gedachten Zylinders liegen, dessen Durchmesser etwa gleich der Stärke der Druckstücke ist. Soll zwischen den beiden in einer Querschnittsebene liegenden Ausnehmungen eine schmale Trennwand stehenbleiben, so ist der Zylinderdurchmesser um diese Wandstärke größer als die Stärke der Druckstücke zu wählen.

In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der sektorförmige Ausnehmungen des Spannkörpers und in diese lose eingesetzte Druckstücke vorgesehen sind (DT-PS 11 19 301), sind die Druckstücke als Stößel mit balligen Stirnflächen ausgebildet, wie dies an sich bei einer durch einen axial wirkenden Druck spannbaren Kupplung bekannt ist (US-PS 33 66 343), und die Ausnehmungen laufen in Kugelpfannen aus. Gleitreibung tritt beim Spannen der Kupplung im wesentlichen nur in diesen Kugelpfannen auf, so daß ein guter Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Hülsenspannkupplung er- f>5 zielt wird: Etwa 75% des von der Wickelhülse ausgeübten Drehmoments kommt der radialen Spannkraft zu-Vorteilhaft beträgt der Grundwinkel der Ausnehmungen zwischen 30° und 45°, vorzugsweise 40°; mit diesen den Schwenkwinkel der Druckstücke bestimmenden Werten läßt sich ein maximaler Spannbereich bei Einhaltung der flachen Druckkennlinie erreichen.

In einer fertigungstechnisch besonders einfachen Ausführung ist die innere ballige Stirnfläche eines Stößels durch eine eingesetzte gehärtete Stahlkugel gebildet. Diese exakt runde Kugel formt die weniger exakt runde Kugelpfanne am Grund der den Stößel aufnehmenden Ausnehmungen unter dem großen Spanndruck durch Verdichten der Oberfläche selbsttätig nach.

im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben und näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist; in dieser zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Hülsenspannkupplung mit vier Spannbacken,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Kupplung längs der Linie 11-11 in F i g. 1 und

F i g. 3 einen Querschnitt ähnlich F i g. 1 durch eine in beiden Drehrichtungen wirksame Hülsenspannkupplung.

Auf dem Spannkörper 1 der Hülsenspannkupplung, auf den an einer Stirnseite ein Ringflansch 2 aufgeschweißt ist, ist der bronzene Käfigring 3 drehbar gelagert. In axial und längs des Umfangs versetzten Bohrungen dieses Käfigringes stecken Stößel 4 als Druckstücke für die Spannbacken 5. jede Spannbacke wird von zwei Stößeln abgestützt, die in Sacklöchern 5.1 der Spannbacke stecken.

In den Spannkörper 1 sind zur Aufnahme der Stößel 4 sektorförmige Ausnehmungen 6 ausgefräst. Durch seitlichen Versatz können, wie F i g. 1 zeigt, zwei Ausnehmungen in einem Querschnitt untergebracht werden; im übrigen sind die Ausnehmungen paarweise axial versetzt, wie F i g. 2 erkennen läßt. Die Ausnehmungen 6 sind so tief, daß der Schwenkpunkt 5 des in sie eingesetzten Stößels 4, von der zugehörigen Spannbacke 5 aus gesehen, um einen Betrag »e« gegenüber der Mittelachse des zylindrischen Spannkörpers 1 seitlich versetzt liegt (Fi g. 1). Mit dieser Exzentrizität »e« des Schwenkpunktes S gegenüber der Achse der Spannkupplung läßt sich mit Bezug auf den Schwenkwinkel β der Hub der Spannbacke 5 (F i g. 1 links oben) und der flache Anstieg der Andruckkennlinie bestimmen.

jeder Stößel 4 besteht aus einem Bolzen 4.1, dem an seiner im Sackloch 5.1 steckenden Stirnseite eine ballige Fläche 4.2 angeschliffen und an seiner in der Ausnehmung 6 steckenden Stirnfläche eine Stahlkugel 4.3 mit einem angeschliffenen Zapfen 4.4 eingesetzt ist. Zu dieser Kugel 4.3 passend ist am Grund der Ausnehmung eine Kugelpfanne 6.1 eingefräst. Wie bereits erwähnt, formt die Kugel 4.3 sich ihre Kugelpfanne 6.1 unter dem großen Spanndruck selbst nach. Ein bleihaltiges Schmiermittel verhindert eine Reibrostbildung.

Die Spannbacken 5 sitzen lose auf den Stößeln 4 und ■verden durch Zugfedern zusammengehalten. In Ringnuten 5.2 der Spannbacken 5 sind Federringe 7, z. B. als Schraubenfedern, eingelegt, die sich beim Spannen der Kupplung ausdehnen und beim Lösen der Kupplung die Spannbacken wieder zurückstellen.

Die freie Stirnseite des Spannkörpers 1 ist mit einem Käfigring 3 und Spannbacken 5 stirnseitig übergreifenden Deckel 8 versehen (F i g. 2). An den Stirnflächen der Spannbacken 5 sind ringförmige Vorstöße 53 angedreht, denen entsprechende Vorstöße 8.1 am Deckel 8 und Vorstöße 2.1 am Flanschring 2 mit radialem Ab-

stand gegenüberstehen. Die Radiendifferenz erlaubt nicht mehr als den durch den Schwenkwinkel β gegebenen maximalen Hub der Spannbacken 5, so daß diese bei zusammengebauter Kupplung auch dann nicht entfernt werden und verlorengehen können, wenn die Rückstell-Federringe 7 abgenommen sind.

Die geschilderte Ausführungsform kann im Rahmen der Erfindung in Einzelheiten abgewandelt und ergänzt werden. So kann stirnseitig an dem Käfigring 3 eine Sperrverzahnung 3.1 angefräst und im Flanschring 2 eine Sperrklinke 9 eingebaut sein (F i g. 2), die ein Lösen und Dezentrieren der Wickelrolle mit Wickel auch bei einem Bremsmoment Null verhindert. Die Sperrung kann von Hand durch Drücken eines Stiftes 10, der die Sperrklinke 9 zurückzieht, aufgelöst werden. An Stelle der Federringe 7 können auch einzelne Zugfedern zwischen je zwei benachbarte Backen 5 eingehängt werden.

Während die beschriebene Ausführung ein Spannen nur in einer Drehrichtung zuläßt, läßt sich der Erfindungsgedanke auch auf Hülsenspannkupplungen für beide Drehrichtungen erweitern. F i g. 3 zeigt einen Querschnitt ähnlich F i g. 1 mit nur einem Druckstück 14 in nur einer Ausnehmung 16; Käfigring und Spannbacken sind weggelassen. Für jede Drehrichtung muß die Ausnehmung 16 eine Lagerstelle (Kugelpfanne 16.1) mit der Exzentrizität »e« aufweisen und das Druckstück entsprechend zwei Lagerkugeln 143, die symmetrisch beiderseits eines Stößels 14.1 angeordnet sind. Man erkennt aus den gestrichelten Kreisstücken, daß sich der Scheitelpunkt der balligen Stirnfläche 14.2 bei einer Schwenkung des DruckstUcks 14 in der einen oder anderen Richtung um einen der Drehpunkte Fi, F2 in seinem radialen Abstand von der Mittelachse des Spannkörpers 11 entfernt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hülsenspannkupplung für die achslose Aufnahme von hohlzylindrischen Rotationskörpern, insbesondere Wickelhülsen, die mit einem inneren zentrischen Spannkörper mit mehreren in diesem in Ausnehmungen gelagerten und in Umfangsrichtung verschwenkbaren Druckstücken, die über einen den Spannkörper umgebenden Käfigring miteinander gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß um den Käfigring (3) mehrere an sich bekannte Spannbacken (5) angeordnet sind, von denen jeweils eine Spannbacke auf zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Druckstücken (Stößel 4, 14) abgestützt ist, die nahe der Achse des Spannkörpers schwenkbar gelagert sind, und daß die Ausnehmungen (6. 16) des Spannkörpers (1, 11) für die Druckstücke einer Spannbacke gegenüber den Ausnehmungen für die Druckstücke einer anderen Spannbacke paarweise axial gegeneinander versetzt sind.

2. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkmittelpunkte (S) der Druckstücke (Stößel 4,14) in den Ausnehmungen (6,16) des Spannkörpers (1) auf der Fläche¹ eines zur Achse des Spannkörpers konzentrischen, gedachten Zylinders liegen, dessen Durchmesser etwa gleich der Stärke der Druckstücke ist.

3. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 1 mit sektorförmigen Ausnehmungen des Spannkörpers und in diese lose eingesetzten Druckstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke als Stößel (4) mit balligen Stirnflächen (4.2,43) ausgebildet sind und die Ausnehmungen (6,16) in Kugelpfannen (6.1,16.1) auslaufen.

4. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwinkel (j3) der Ausnehmungen (6, 16) zwischen 30° und 45", vorzugsweise 40° beträgt.

5. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Hub der Spannbacken (5) durch diese an ihren Stirnflächen mit Spiel übergreifende Anschläge (2.1, 8.1) des Spannkörpers (1,2,8) begrenzt ist.

6. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spannbacken (5).Zugfedern (7) angeordnet sind.

7. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfedern (7) in Ringnuten (5.2) der Spannbacken (5) eingelegt sind.

8. Hülsenspannkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (4) aus einem Bolzen (4.1) und einer mittels eines angeschliffenen Zapfens (4.4) in diesen eingesetzten gehärteten Stahlkugel (43) besteht.