DE2758657C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spanndorn gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Ein Spanndorn dieser Art, der beispielsweise verwendet werden soll, wenn ein Materialwickelkern auf einer Trag­ welle gehalten werden muß, ist aus der DE-OS 23 15 278 (oder der US-PS 37 92 268) bekannt. Bei dem bekannten Spann­ dorn ist die Innenfläche der Spannbacken, auf der die zwischen den Spannbacken und dem Innenteil angeordneten Rollen laufen, ein einfacher Zylinder. Nur am Innenteil sind Nocken vorge­ sehen, die jedoch annähernd ebene Flächen haben. Bei dieser Konstruktion ist es schwierig, eine volle Expandierung der Backen zu erreichen, weil der Druckwinkel zwischen einer Rolle und einer flachen Nockenfläche schnell zunimmt, wenn die Backen sich radial nach außen bewegen.

Dieses Problem tritt auch bei einer aus der DE-OS 22 11 518 bekannten Vorrichtung zum Aufspannen von rohrförmigen Wickel­ kernen auf, aus der es an sich bekannt ist, sowohl äußere Nockenflächen am Innenteil als auch innere Nockenflächen an den Spannbacken der Vorrichtung vorzusehen. Das Innenteil besteht hier aus einem Kernzapfen mit quadratischem Querschnitt und ebenen Flächen.

Auch aus der DE-OS 26 18 652 ist bereits eine Kern-Spannvor­ richtung mit Nockenflächen an den Spannbacken bekannt. In diesem Fall laufen Rollen zwischen den Spannbacken und einen einfach zylindrischen Innenteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spanndorn zu schaffen, der sich für Wickelkerne unterschiedlicher Größen oder auch mit Übergrößen sowohl bei geringen als auch bei schweren Lasten eignet und unter Herabsetzung der inneren Reibung zwischen den Spannbacken und dem Innenteil zu große Druckwinkel beim Expandieren der Spannbacken ver­ meidet.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Spanndorn gelöst.

Aufgrund dieser Konstruktion werden bei einer Relativdrehung der Spannbacken und des Innenteils um dessen Achse die Rollen längs der Nockenflächen in Umfangsrichtung der Backen und des Innenteils bewegt und die Backen radial relativ zum Innenteil verschoben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Gefahr von Backenbrüchen oder von Beschädigungen des Wickelkerns geringer ist als bei den bekannten Spanndornen, und daß die Konstruktion auch weniger zum Verschmutzen neigt. Außerdem werden die expandier­ baren Backen im zurückgezogenen Zustand besser zentriert als bisher.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Spanndorns gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gleich demjenigen der Fig. 2, wobei jedoch der Spann­ dorn in der expandierten Lage dargestellt ist und

Fig. 4 und 5 Schnitte durch Teile des Spanndorns nach Fig. 1 senkrecht zu dessen Achse.

Der dargestellte Spanndorn 10 kann mittels eines geteilten Ringes 12 an einer Welle 6 befestigt werden. Er ist dazu bestimmt eine Rolle eines Materials, das auf einen Wickelkern 8 gewickelt ist, zu tragen.

Der Spanndorn 10 enthält ein langgestrecktes Innenteil 14, das von einer Reihe (z. B. drei) Spannbacken 16 umge­ ben ist, die sich jeweils über einen Bogen von etwas weniger als 120° um den Umfang des Innenteils 14 erstrecken. Sechs Rollen 18 sind radial zwischen den Spannbacken 16 und dem Innenteil 14 angeord­ net, wobei jeweils zwei Rollen an einer Spannbacke angreifen. Die Enden jeder Rolle 18 befinden sich in Ausnehmungen 20 von Rollenführungs­ ringen 22, die um Ringlagerflächen angeordnet sind, welche von den angrenzenden entgegengesetzten Enden des Innenteils 14 gebildet sind. Der Rollenführungsring 22 und die nächst dem geteilten Ring 12 angrenzenden Enden der Spannbacken 16 passen in eine Ausnehmung im geteilten Ring 12 und sind von einer schräg oder konisch über den Umfang verlaufen­ den Anschlagfläche 9 überlappt.

Durch Relativdrehung von Spannbacken 16 und Innenteil 14 werden die Spannbacken aus ihrer zusammengeschobenen Stellung gemäß Fig. 2, bei welcher der Spann­ dorn leicht in den Wickelkern 8 eingesetzt werden kann, radial nach außen in ihre expandierte Stellung gemäß Fig. 3 bewegt, bei wel­ cher die Spannbacken fest an der Innenfläche des Kernes 8 angreifen. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sind zur Ausübung der Kraft radial vorspringende Nockenflächen 26 bzw. 34 auf der Außenfläche des Innenteils 14 bzw. der Innen­ fläche jeder Spannbacke 16 vorgesehen.

Das Innenteil 14 definiert drei über den Umfang beabstandete Gruppen von radial nach außen ragenden Nockenflächen 26 und einen zylindrischen Oberflächenabschnitt 24, der in Umfangsrichtung zwischen jeder Gruppe angeordnet ist. Jeder Oberflächenabschnitt 24 und jede Gruppe von Nockenflächen 26 überdecken jeweils einen Bogen von ungefähr 60°. Die drei Oberflächenabschnitte 24 und die drei Gruppen von Nockenflächen 26 haben in Umfangsrichtung die aus Fig. 2, 3 und 5 ersichtlichen regelmäßigen Abstände voneinander. Die Spannbacken 16 haben jeweils zwei axial beabstandete Gruppen von radial nach innen ragenden Nockenflächen 34. An jedem Ende einer Spannbacke 16 be­ findet sich eine Gruppe, und jede Gruppe überdeckt einen Bogen von ungefähr 60°, der sich im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 2, 3 und 4 vom Längsrand 35 der betreffenden Spannbacke aus erstreckt. Ein nach innen weisender zylindrischer Oberflächenabschnitt 36 mit einem Radius größer als der Minimalradius der Nockenflächen und darstellungsgemäß im wesentlichen gleich dem Maximalradius der Nockenflächen 34, erstreckt sich in Umfangsrichtung (dar­ stellungsgemäß im Gegenuhrzeigersinn) von jeder Gruppe von Nocken­ flächen 34 bis zum entfernten Längsrand 54 der Spannbacke 16.

Damit ein freier Raum zwischen den verschiedenen Nocken­ flächen besteht, bildet der axial zwischen den beiden Gruppen von inneren Nockenflächen 34 liegende Teil jeder Spannbacke 16 eine zylindrische Fläche 37, deren Radius im wesentlichen gleich dem­ jenigen des Oberflächenabschnitts 36 ist. Ähnlich haben die axial beab­ standeten Teile der äußeren Nockenfläche 26 des Innenteils 14, die von den inneren Nockenflächen 34 und dem zylindrischen Oberflächenabschnitt 36 umgeben sind, durch Entfernung des Außenteils der Nockenfläche 26 einen reduzierten Maximalradius. In welchem Maße ein Teil der Nockenflächen 26 des Innenteils 14 ent­ fernt und eine zylindrische Fläche 37 vorgesehen werden muß, hängt von den Abmessungen des jeweiligen Spanndorns 10 ab. Bei gro­ ßen Spanndornen können sich die Nockenflächen 26 und 34 axial über die gesamte Länge der Spannbacken 16 erstrecken.

An entgegengesetzten Enden der äußeren Nockenflächen 26 definiert das Innenteil 14 axial außerhalb der Enden der Spannbacken 16 zylindri­ sche Oberflächenabschnitte 30 bzw. 32, die jeweils von Rollenführungs­ ringen 22 umgeben sind, mit denen sie einen Gleit- oder Schiebe­ sitz bilden. Abhängig von den Abmessungen eines gegebenen Spanndorns können diese Oberflächenabschnitte 30, 32 einen Radius aufweisen, der entweder (wie beim dargestellten Beispiel) größer ist als der Radius der im Bereich der Spannbacken 16 gelegenen zy­ lindrischen Oberflächenabschnitte 24 oder aber gleich oder kleiner sein kann.

Die besondere Form der äußeren Nockenflächen 26 ist am besten Fig. 5 zu entnehmen. Darstellungsgemäß enthält jede Gruppe von Nocken­ flächen des Innenteils 14 zwei radial nach außen gewandte Nockenflächen 26, die sich über den Umfang des Innenteils 14 in entgegengesetzte Richtungen von einem mittleren Tiefpunkt oder Null­ stelle 38 aus erstrecken. Jede äußere Nockenfläche 26 ragt vom Innen­ teil 14 radial nach außen und wird durch eine gerade Linie defi­ niert, die sich parallel zur Achse des Innenteils 14 längs einer Kurve A (darstellungsgemäß im Gegenuhrzeigersinn) oder A′ (im Uhrzeigersinn) von der Nullstelle 38 aus bis zu einem maximalen Anstiegs­ punkt 40 bewegt, der ungefähr 30° von der Nullstelle 38 entfernt ist. Die Kurven A und A′ und somit die beiden Nockenflächen 26 jeder Gruppe sind spiegelbildlich zueinander angeordnet. Jede Kurve A, A′ ist derart, daß die Nockenflächen 26 radial nach außen eine konstante Steigung pro Grad oder Einheit der Drehung um die Achse bzw. das Innenteil 14 aufweisen. Von jedem maximalen An­ stiegspunkt 40 erstreckt sich ein abgerundeter Absatz oder An­ schlag 42 radial bis zum zylindrischen Oberflächen­ abschnitt 24 zwischen dem Anstiegspunkt 40 und der benachbarten Grup­ pe äußerer Nockenkurvenflächen 26.

Jede Gruppe von Nockenflächen einer jeden Spannbacke 16 weist zwei radial nach innen weisende und vorspringende Nocken­ flächen 34 auf. Sie erstrecken sich über den Umfang der Spannbacke 16 in der in Fig. 4 dargestellten Weise von einer Nullstelle 44 aus und werden jeweils durch eine gerade Linie definiert, die sich parallel zur Achse der die Außenfläche 46 der betreffenden Spannbacke und ihren inneren zylindrischen Oberflächenabschnitt 36 definieren­ den Zylinder längs einer Kurve B (darstellungsgemäß in Uhrzeiger­ richtung) bzw. B′ (im Gegenuhrzeigersinn) ausgehend von der Nullstelle 44 mit maximalen Radius bis zu einem Endpunkt 48 mit minimalem Radius be­ wegt, der einen Abstand von ungefähr 30° von der Nullstelle hat. Wie im Fall der äußeren Nockenflächen 26 sind auch die beiden inneren Nockenflächen 34 jeder Spannbacke 16 spiegelbildlich zueinander angeordnet, und steigen (radial nach innen) pro Grad der Drehung um die Achse der den inneren Oberflächen­ abschnitt 36 und die Außenfläche 46 der Spannbacke definierenden Zylinder konstant an. Ein abgerundeter Absatz bildet einen Anschlag 50 an derjenigen Seite der Nockenfläche 34, die in der Mitte der betref­ fenden Spannbacke angeordnet ist, und erstreckt sich radial vom Endpunkt 48 mit minimalem Radius bis zum zylindrischen inneren Oberflächenabschnitt 36. Ein zwei­ ter radial nach innen vorspringender Anschlag 52 ist längs des Längsrandes 54 jeder Spannbacke 16 an der entgegengesetzten Seite des inne­ ren Oberflächenabschnitts 36 vorgesehen.

In der vorgehenden Beschreibung wurde erwähnt, daß sich jede der Nockenflächen 26, 34 über einen Bogen von "ungefähr" 30° erstreckt und jede Gruppe von Nockenflächen einen Bogen von "ungefähr" 60° überdeckt. Die Nennbreite jeder Gruppe be­ trägt 60° und diejenige jeder Nockenfläche 30°. Die tat­ sächliche Breite muß jedoch etwas reduziert werden, damit Spiel­ raum für die Rollen 18 entsteht. Das Ausmaß der Reduzierung hängt von den Abmessungen des jeweiligen Spanndorns und seiner Rol­ len ab. Der von einer Gruppe von äußeren Nockenflächen 26 über­ deckte Bogen liegt im Bereich von 40° bis 55°, während derjenige einer Gruppe von inneren Nockenflächen 34 im Bereich von 35° bis 50° liegt, wobei jede Fläche die Hälfte des Gesamtbogens einnimmt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sitzen zwei geteilte Feder­ stahlbänder 56 in entsprechenden T-förmigen Umfangsnuten 58, die in die Innenfläche der Spannbacken 16 geschnitten sind. Die eine Nut 58 ist in die Mitte der die inneren Nockenflächen 34 am einen Ende der Spannbacken 16 enthaltenden inneren Backenteile geschnitten, wäh­ rend sich die zweite Nut an den anderen Enden der Spannbacken befindet. Die zylindrischen Außenflächen 46 der Spannbacken 16 sind glatt, ohne daß die für bekannte Konstruktionen typischen Riffelungen not­ wendig sind.

Im Betrieb wird der Spanndorn 10 in den Wickelkern 8 mit den Spannbacken 16 in voll eingezogener Stellung gemäß Fig. 2 eingesetzt, bei der sich die Rollen 18 an den Nullstellen 38, 44 befinden. Von den beiden mit jeder Spannbacke 16 in Eingriff befindlichen Rollen 18 liegt die eine an der Nullstelle 38 einer Gruppe von äußeren Nockenflächen 26 des Innenteils 14 und einem nach innen weisenden zylindrischen Ober­ flächenabschnitt 36 der Spannbacke 16 an, während die andere Rolle an der Null­ stelle 44 einer Gruppe von inneren Nockenflächen 34 der Spannbacke 16 und am nach außen weisenden zylindrischen Oberflächenabschnitt 24 des Innen­ teils 14 anliegt. Wenn der Wickelkern 8 (oft nur leicht) auf der oder den beiden oberen Spannbacken 16 aufliegt, wird er relativ zum Spanndorn 10 gedreht. Die Spannbacken 16 bewegen sich mit dem Wickelkern 8, werden also relativ zum Innenteil 14 gedreht und radial nach außen versetzt, wenn durch die Relativdrehung die Rollen 18 von den Nullstellen 38, 44 aus längs der entsprechenden Nocken­ flächen 26 bzw. 34 rollen. Bei ihrer Rollbewegung wird der 60°-Abstand zwischen benachbarten Rollen 18 durch die Rollenführungs­ ringe 22 aufrechterhalten, die sich ihrerseits relativ zum Innenteil 14 drehen; die Ausnehmungen 20 in den Ringen er­ lauben den Rollen 18, sich in Berührung mit den äußeren Nockenflächen 26 radial nach außen zu bewegen.

Da jede Gruppe von Nockenflächen ein Paar spiegelbildlicher Flächen auf entgegengesetzten Seiten einer Nullstelle aufweist, kann der Spanndorn 10 vollständig in entgegengesetzter Richtung betrieben werden und ist durch Relativdrehung der Spannbacken 16 und des Innenteils 14 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn expandierbar. Fig. 3 zeigt den Spanndorn in voll expandierter Stellung, bei der z. B. (wie dargestellt) durch Drehung der Spannbacken 16 im Gegenuhrzeigersinn relativ zum Innen­ teil 14 die Spannbacken 16 um die größtmögliche Strecke radial nach außen bewegt worden sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist jede der drei in Berührung mit einer äußeren Nockenfläche 26 stehenden Rollen 18 auf der Nockenfläche 26 von deren Nullstelle 38 bis zum benachbarten maximalen Anstiegspunkt 40 gerollt und gleichzeitig auf einem zylindrischen inneren Oberflächenabschnitt 36 einer Spannbacke von dessen Mitte bis zu einem Anschlag 50. In ähn­ licher Weise ist jede der drei in Berührung mit einer inneren Nocken­ fläche 34 stehenden Rollen 18 von einer Nullstelle 44 längs der Nockenfläche 34 bis zu deren benachbartem Endpunkt 48 mit minimalem Radius und gleichzeitig auf einem zylindrischen Oberflächen­ abschnitt 24 des Innenteils 14 bis gegen einen Anschlag 42 gerollt. Eine weitere Relativdrehung wird durch die Anschläge 50, 42 verhindert, während eine weitere Expansion durch die Anschlägfläche 9 des geteilten Ringes 12 verhindert wird. Offensichtlich würde eine Relativ­ drehung der Spannbacken 16 und des Innenteils 14 in der entgegengesetzten Rich­ tung die Spannbacken aus ihrer Stellung nach Fig. 2 dadurch expandie­ ren, daß die Rollen 18 längs der anderen Nockenfläche der betreffenden Gruppe rollen würden, bis bei voll expandierten Spannbacken 16 eine weitere Rollbewegung durch die Anschläge 52 und 42 auf der anderen Seite jeder Gruppe von äußeren Nockenflächen 26 verhindert wird. In jedem Fall können die Spannbacken 16 einfach da­ durch wieder eingefahren werden, daß man die Richtung der Rela­ tivdrehung gegenüber der Expansionsbewegung umkehrt. Wenn sie auf diese Weise gelöst werden, sind die Spannbacken bestrebt, selbst­ tätig in die Stellung nach Fig. 2 zurückzukehren, bei der jede Rolle 18 in einer entsprechenden Nullstelle 38, 44 liegt.

Bei anderen Ausführungsformen können die Spannbacken 16 und Innenteile 14 doppelt so viele Gruppen von Nockenflächen haben, so daß jede Rolle 18 eine Nockenfläche sowohl auf dem Innenteil 14 als auch einer Spannbacke 16 erfaßt. Die Nockenflächen jeder Gruppe müssen nicht unbedingt spiegelbildlich sein. Wenn keine Umkehr­ barkeit verlangt wird, kann jede Gruppe nur eine einzige Nocken­ fläche aufweisen.

Claims (8)

1. Spanndorn für Wickelkerne, mit einem Innenteil (14), das eine Längsachse und äußere Nockenflächen (26) aufweist, die jede von einer Geraden beschrieben ist, welche parallel zur Längsachse verläuft und in radialer Richtung nach außen und in Umfangsrichtung des Innenteils bewegt ist, mit n Spann­ backen (16), die das Innenteil (14) mit radialem Abstand umgeben und gegenüber dem Innenteil um dessen Längsachse relativ bewegbar sind, und mit 2 n Rollen (18), die zwischen den Spannbacken (16) und dem Innenteil (14) angeordnet sind, wobei jeweils zwei Rollen einer Spannbacke (16) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß 2 n mit Umfangsabstand am Innenteil (14) angeordnete Nockenflächen (26) vorgesehen sind,
daß die Innenfläche jeder Spannbacke (16) eine nach innen vor­ stehende innere Nockenfläche (34) aufweist, die von einer Geraden beschrieben ist, welche parallel zur Längsachse des Innenteils (14) verläuft und in radialer Richtung nach innen und in Umfangsrichtung bewegt ist,
und daß in der Spannstellung die eine der beiden einer Spann­ backe (16) zugeordneten Rollen (18) an der inneren Nockenfläche (34) der Spannbacke und die andere an der äußeren Nockenfläche (26) des Innenteils (14) anliegt.

2. Spanndorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannbacke (16) ein Paar innerer Nockenflächen (34) und das Innenteil (14) n Paare äußerer Nockenflächen (26) aufweisen, welche Nockenflächen von einer Nullinie ausgehend nach entgegengesetzten Umfangsrichtungen verlaufen.

3. Spanndorn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenflächen (26) eines Paares äußerer Nockenflächen spiegelsymmetrisch zur Nullinie ausgebildet sind.

4. Spanndorn nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der inneren und der äußeren Nockenflächen (34, 26) einen Bogen von ungefähr 360/2 n Grad umfaßt.

5. Spanndorn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitellinie einer inneren Nocken­ fläche (34) im Bereich eines Längsrandes (35) der zugehörigen Spannbacke (16) liegt.

6. Spanndorn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannbacke (16) einen zylindrischen inneren Oberflächenabschnitt (36) aufweist, der in Umfangs­ richtung im Abstand von der (den) Nockenfläche(n) (34) ge­ legen ist, daß das Innenteil (14) in Umfangsrichtung im Ab­ stand zueinander gelegene zylindrische Oberflächenabschnitte (24) aufweist, die jeweils zwischen äußeren bzw. einem Paar äußerer Nockenflächen (26) angeordnet sind, und daß in der Spannstellung eine Rolle (18) an einer äußeren Nocken­ fläche (26) des Innenteils (14) und an dem zylindrischen inneren Oberflächenabschnitt (36) einer Spannbacke (16) und die andere Rolle (18) an der inneren Nockenfläche (34) einer Spannbacke (16) und an dem zylindrischen Oberflächen­ abschnitt (24) des Innenteils (14) angreifen.

7. Spanndorn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spannbacken (16) einen radial nach innen ragenden Anschlag (50, 52) neben jedem Längsrand (54) ihres zylindrischen Oberflächenabschnittes (36) und das Innenteil (14) einen radial nach außen ragenden Anschlag (42) neben jedem Längsrand seines zylindrischen Oberflächenabschnitts (24) aufweisen.

8. Spanndorn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spannbacken (16) ein Paar von inneren Nockenflächen (34) aufweist, die axial voneinander beabstandet sind, und daß die äußeren Nocken­ flächen (26) des Innenteils (14) axial zwischen den inneren Nockenflächen (34) liegen.