DE3409145A1 - Innenspannfutter - Google Patents

Description

U.S.-Ser.Nr. 475,900

AT: 16. März 1983 11585 Dr.v.B/Ri

DOUBLE E COMPANY INC.
Brockton, Massachusetts 02403, V.St.A.

Innenspannfutter

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Innenspannfutter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Innenspannfutter, mit dem ein hohles Bauteil von innen erfaßt werden kann. 5

Bei vielen Herstellungs- und anderen Verfahren muß eine Rolle eines Materials, wie Papier, Gewebe, Metallblech u.a.m. mit einer halternden Welle oder einem Arm verbunden werden, um das Material auf- oder abzuwickeln. Dabei kann es wichtig sein, daß sich die Rolle bezüglich der Welle nicht dreht.

Für das Spannen solcher Rollen gibt es bereits die verschiedensten Einrichtungen. Beispielsweise ist aus der US-PS 1,122,627 eine Einrichtung bekannt, die in Achsrichtung verlaufende Metallstäbe oder Rollen enthält, die radial nach außen in Eingriff mit einem zylindrischen Kern einer umgebenden Rolle bewegbar sind. Aus der US-PS 3,792,868 ist ein Innenspannfutter bekannt, bei dem Stahlbacken durch axial verlaufende Rollen radial nach außen gegen das Innere des Wickelkerns gedrückt werden.

Bei backenlosen Einrichtungen, wie sie aus der ersterwähnten Patentschrift bekannt sind, ist es schwierig,

eine Drehung des Spannfutters bezüglich des umgebenden Wickelkerns zu verhindern. Einrichtungen, die Backen enthalten, wie sie aus dem letzt erwähnten Patent bekannt sind, vermögen zwar ein Durchrutschen besser zu verhindern, sie sind jedoch teurer und setzen sich leicht mit Schmutz zu. Bei beiden Typen von Einrichtungen ist es außerdem meist schwierig, bei schwacher Belastung oder bei hartem Wickelkern, z.B. aus Stahl, einen schlupffreien Eingriff zu erreichen und außerdem können durch Vibration schwierige Betriebsverhältnisse auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein backenloses Innenspannfutter anzugeben, das auch bei schwacher Belastung und bei Verwendung mit harten Wickelkernen eine schlupffreie Kopplung gewährleistet und weitgehend unempfindlich gegen Vibrationen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Innenspannfutters gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Durch die Erfindung wird ein Innenspannfutter zur Drehmomentübertragung geschaffen, das ein Innenteil mit einer Längsachse und äußere, in Umfangsrichtung beabstandete und sich in Längsrichtung erstreckende Kurven- oder Klemmflächen aufweist, ferner eine Mehrzahl von im wesentlichen in Achsrichtung verlaufenden, im Querschnitt kreisförmigen Rollen, die jeweils an einer der Klemmflächen angreifen. Bei einer in Umfangsrichtung oder azimutal verlaufenden Bewegung

der Rollen und des Innenteiles werden die Rollen jeweils radial nach außen in Eingriff mit der Innenseite eines Wickelkerns oder eines anderen Hohlkörpers gedrückt. Das Innenspannfutter ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle eine dicke, sich in Achsrichtung erstreckende, ringförmige Schicht aus elastomerem Material relativ hohen Reibungskoeffizienten enthält, die einen Mittelstab der Rolle umgibt und die äußere Umfangsflache der Rolle bildet. Die Schicht hat eine Härte, die nicht weniger als 30 oder mehr als 90 nach

Durometer beträgt, und eine radiale Dicke, die nicht . kleiner als 1/8" oder 3,175 mm beträgt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Schicht aus Polyurethan mit einer Härte im Bereich von.

50-80 Durometer (vorzugsweise etwa 60), der zentrale Stab der Rolle ist aus Stahl und die radiale Dicke der Schicht beträgt höchstens etwa 12,7 mm und ist vorzugsweise nicht kleiner als etwa der Durchmesser des Stabes oder mehr als etwa der doppelte Durchmesser des Stabes. Die Polyurethanschicht umgibt den Umfang des Stabes und ist entweder eine mit diesem kraftschlüssig verbundene Hülse oder Muffe oder ist in situ um den Stab gegossen oder geformt.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung offenbart werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Innenspannfutters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 einen Querschnitt in einer Ebene 2-2 der Figur und

Figur 3 eine Schnittansicht einer Rolle des Innenspannfutters gemäß Figur 1 und 2.

In der Zeichnung ist ein Innenspannfutter 10 dargestellt, das an einer Welle zur Lagerung einer ^um einen rohrförmigen Wickelkern gewickelten Rolle aus Bahnmaterial befestigt werden kann. Das Innenspannfutter enthält einen sich verjüngenden Nasen- oder Vorderteil 8 am einen Ende, ein längliches Innenteil 14, das von einer Reihe (z.B. sechs) von sich in axialer Richtung erstreckenden Rollen 16, die mit regelmäßigen Abständen von beispielsweise 60° voneinander angeordnet sind, umgeben ist, und einen Wickelkernanschlag 12 am anderen Ende. Die Abstände der Rollen 16 werden durch Rollenhalterungsringe"18 aufrechterhalten, die an entgegengesetzten Enden des Innenteils 14 drehbar gelagert sind. Die Ringe 18 sind durch axiale Stifte 19 verbunden, die gewährleisten, daß sich die Ringe zusammen drehen.

Das Innenteil 14 bildet sechs in Umfangsrichtung beabstandete Sätze von radial nach außen vorspringenden Steuerkurven- oder Klemmflächen 20. Jeder Satz enthält zwei Klemmflachen 20, die in Umfangsrichtung des Innenteils 14 von einer mittleren tiefsten Stelle 21 in entgegengesetzten Richtungen stetig ansteigen. Die beiden Klemmflächen 20 jedes Satzes sind spiegelsymmetrisch und jeder Satz aus zwei Flächen nimmt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkelbereich von insgesamt etwa 60° ein. Die Steuerkurven- oder Klemmflächen sind vorzugsweise so ausgebildet, wie es in der eigenen US-PS 4,193,633 beschrieben ist, auf

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die hier ausdrücklich. Bezug genommen wird.

Jede Rolle 16 enthält einen zentralen Stahlstab 3 0, der beispielsweise einen Durchmesser von etwa 3,18 mm haben kann und von einem dicken hülsen- oder muffenartigen Mantel 32 aus Polyurethan umgeben ist. Der Mantel , 32 erstreckt sich im wesentlichen über die volle Länge des freiliegenden Teiles der Rolle, d.h. über die volle Länge der Rolle mit der Ausnahme der ent-.

gegengesetzten Enden des Stabes 30, die von Ausdehnungen 24 in den Halteringen 18 aufgenommen werden. Ein Ende 34 jedes Mantels verjüngt sich konisch, um ein leichtes Einführen des Innenspannfutters 10 in einen Wickelkern zu gewährleisten. Der Rest des Mantels 32 hat eine Dicke (gemessen in Radialrichtung vom Außenumfang des Stabes 30 zum Außenumfang des Mantels), die bei diesem Beispiel 6,35 mm oder 1/4" beträgt. Das bei diesem Beispiel verwendete spezielle Polyurethan stammte von der Firma Globe Rubber Co., Rockland, Massachusetts, USA und hatte eine Härte von 60 nach Durometer.

Der Umfang des Mantels 32 jeder Rolle 16 greift, wie dargestellt, an einem Satz von Kurven- oder Klemmflachen an. Die azimutalen Abstände der Rollen werden durch die die Rollen orientierenden Halterungsringe 18 aufrechterhalten, gleichzeitig gestatten diese Ringe es den Rollen jedoch, durch die Klemmflächen 20 radial verlagert zu werden. Die Halterungsringe 18 können sich jeweils bezüglich des Innenteiles 14 frei drehen und enthalten sechs Ausnehmungen 24, die Abstände von 60° aufweisen und die entgegengesetzten Enden der Stäbe 30 der Rollen aufnehmen. Wie in der Schnittansicht der Figur 2 dargestellt ist, sind die Ausnehmungen 24 jeweils radial verlaufende Schlitze, die die radiale Bewegung einer zugehörigen Rolle 16 gestatten und gleichzeitig begrenzen.

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Im Betrieb wird das Innenspannfutter auf eine Welle aufgeschoben und an dieser durch Anziehen einer Stellschraube 6 befestigt. Die Welle und das Spannfutter 10 werden dann beispielsweise in einen rohrförmigen Wickelkern eingeführt, bis der Wickelkern am Kernanschlag 12 anliegt, wodurch der Wickelkern axial positioniert wird. An der Welle kann dann noch ein konventioneller Rollenkragen angebracht werden, der am anderen Ende des Wickelkerns anliegt.

Auf den Wickelkern und den auf ihn gewickelten Wickel kann dann in der folgenden Weise eine Brems- oder Antriebskraft ausgeübt werden: Wenn das Innenspannfutter 10 in den rohrförmigen Wickelkern eingesetzt ist, drückt das Gewicht des Kerns und eines etwaigen, auf diesen gewickelten Materials auf die Rolle oder Rollen 16, die sich nach oben weisend gerade auf der oberen Seite des Innenspannfutters 10 befinden. Jede Drehung des Kerns bezüglich des Spannfutters 10 wird dann zur Folge haben, daß die Rollen auf den Steuerkurven- oder Klemmflächen 20 abrollen, wodurch die Rollen radial nach außen gedrückt werden. Die die Rollen lagernden Ringe 18 gewährleisten eine gleichzeitige azimutale Verlagerung aller Rollen 16 und damit eine gleichzeitige radiale Auswärtsbewegung der Rollen, so daß sie gleichmäßig und fest an der Innenfläche des rohrförmigen Wickelkerns angreifen.

Der dicke Polyurethanitiantel 32 der Rollen 16 verformt sich, wenn die Rollen radial nach außen gegen' das innere des Wickelkerns gedrückt werden und greift fest sowohl am' Wickelkern als auch an den Klemmflächen 2 0 des Innenteils 14, wodurch ein Schlupf zwischen dem Innenspannfutter 10 und dem umgebenden rohrförmigen Wickelkern verhindert wird. Für das Gewährleisten eines solchen, im wesentlichen schlupffreien Eingriffes hat es sich als wichtig erwiesen, daß der Mantel relativ dick ist

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-ΙΟΊ (um eine ausreichende Verformung zu ermöglichen) und daß er aus einem Material besteht, dessen Oberfläche einen hohen Reibungskoeffizienten hat (um den Schlupf der Rollen bezüglich des Kerns weiter zu verringern).

Es hat sich ferner gezeigt/ daß eine relativ dicke elastomere Schicht Schwingungen des Wickelkerns bezüglich des Spannfutters dämpft.

Die spezielle Dicke des Mantels 32 hängt hauptsächlich von der Größe des betreffenden Innenspannfutters 10 ab. Das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel des vorliegenden Innenspannfutters ist für einen Wickelkern mit einem Innendurchmesser von etwa 5" oder 127 mm ausgelegt. Bei einem Innenspannfutter, das für einen 12"-Kern bzw. 300 mm-Kern bestimmt ist, können andererseits beispielsweise die Stahlstäbe 30 der Rollen jeweils einen Durchmesser von 12,7 mm (1/2") betragen und die Rollen können einen Gesamtdurchmesser von etwa 1,25" oder 30,5 mm haben, d.h. die radiale Dicke des Mantels ist dann etwa 5/8" oder 15,9 mm. Im allgemeinen soll die Dicke des elastomeren Mantels nie kleiner als etwa 1/8" oder 3,175 mm sein, sie wird typischerweise im Bereich von etwa gleich dem Durchmesser bis zum doppelten des Durchmessers des Mittelstabes der Rolle liegen und soll etwa 1/2" oder 12,7 mm nicht überschreiten.

Polyurethanelastomere haben sich für die Erfindung als besonders geeignet erwiesen. Man kann selbstverständlich auch andere Elastomere mit ähnlichen Oberflächenreibungseigenschaften verwenden. Unabhängig von dem für den Mantel 32 der Rollen verwendeten Material soll die Durometer-Härte im Bereich von etwa 30 bis etwa 90 und vorzugsweise im Bereich von 50 bis 70 liegen und wird typischerweise etwa 60 betragen.

Der Mantel 32 kann die Form einer Muffe oder Buchse haben und auf einen Stahlstift, der den Mittelstab 30 der Rolle bildet, geschoben sowie kraftschlüssig auf diesem gehalten werden.Andererseits ist es auch möglich, eine den Mantel 32 bildende elastomere Schicht um den Stift zu formen oder zu gießen, z.B. durch Spritzguß.

- Leerseite -

Claims (11)

1. Patentansprüche

   ■. 1. llnnenspannfutter zur Drehmomentübertragung, mit

   \_y einem Innenteil (14), das eine Längsachse sowie eine Mehrzahl von äußeren, in Umfangsrichtung beabstandeten und in Längsrichtung verlaufenden Klemmflächen (20) aufweist, und mit einer Mehrzahl von im wesentlichen in Achsrichtung verlaufenden, im Querschnitt kreisförmigen Rollen (16), die jeweils an einer der Klemmflächen (20) angreifen und so gelagert sind, daß sie bei in einem Hohlkörper eingesetzten Innenspannfutter durch-Azimutalbewegung bezüglich des Innenteils (14) nach außen gedrückt werden und in Eingriff mit der Innenseite des Hohlkörpers kommen, dadurch gekennzeichnet , daß die Rollen (16) jeweils einen in Achsrichtung verlaufenden zentralen Stab (30) und eine in Achs-

   richtung verlaufende hülsenförmige Schicht (32) aus elastischem Material enthalten, die den Umfang des Stabes (30) umgibt und die Oberfläche der Rolle bildet, welche an der zugehörigen Klemmfläche und der Innenseite des Hohlkörpers angreift, und daß die Schicht eine Durometer-Härte von mindestens 30 bis etwa 90 sowie eine radiale-Dicke von mindestens etwa 3,17 mm oder 1/8" hat.
2. 2. Innenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (32) aus Polyurethan besteht.
3. ■ 3. Innenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke der Schicht (32) mindestens gleich oder größer als der doppelte Durchmesser des Stabes (30) ist.
4. 4. Innenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte im Bereich von 50 bis 70 nach Durometer beträgt.
5. 5. Innenspannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte etwa 60 nach Durometer beträgt.
6. 6. Innenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Hülse oder Muffe enthält, die den Stab umgibt und kraftschlüssig an ihm befestigt ist.
7. 7. Innenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht um den Stab gegossen ist.

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8. 8. Innenspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke im Bereich von etwa 3,17 bis etwa 12,7 ram liegt und daß die Härte im Bereich von 50 bis 70 nach Durometer liegt. 5
9. 9. Innenspannfutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke im Bereich von etwa dem Durchmesser bis etwa dem doppelten Durchmesser des Stabes liegt. 10
10. 10. Innenspannfutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte etwa '6 0 riäch"'Durometer beträgt.
11. 11. Innenspannfutter nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Polyurethan enthält.