DE60008385T2

DE60008385T2 - Spannkopf für eine wickelmaschine

Info

Publication number: DE60008385T2
Application number: DE60008385T
Authority: DE
Inventors: Keith Fordham
Original assignee: Ashe Controls Ltd
Current assignee: Ashe Controls Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: GB9916694D0; US6712308B1; EP1200334B1; WO2001005694A1; AU6168600A; GB2353032A; EP1200334A1; DE60008385D1; ATE259755T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannkopf (Aufspannvorrichtung) für eine Wickelvorrichtung zum Tragen und Antreiben eines Kerns, auf den eine Bahn aufgewickelt oder umgerollt wird. Die Erfindung kommt besonders im Umrollgewerbe zur Anwendung, ist aber auch in anderen Bereichen anwendbar.
Stand der Technik
Wickeln mit Differenzgeschwindigkeit ist im Umrollgewerbe ein industrieweiter Begriff, der für ein System zum Umrollen flächiger Flachprodukte (Bahnen) auf Röhren, die das fertige Produkt tragen, verwendet wird. Die Röhren werden Kerne (Hülsen) genannt und sind gewöhnlich aus Pappe oder, seltener, aus Kunststoff, Stahl, Aluminium oder Verbundstoffen hergestellt. Bei dem flächigem Flachprodukt oder der Bahn kann es sich um alles handeln, das in Spulen- oder Rollenform geliefert oder verwendet wird. Am häufigsten werden Papier, Folien, bedruckte Verpackungs- und Schichtprodukte verarbeitet. Gewöhnlich wird das Produkt zum endgültigen Umrollen von größeren Großrollen oder von einer Verarbeitungsmaschine auf Kernen geliefert.
Der endgültige Umrollprozess beinhaltet gewöhnlich auch noch einen weiteren, Längsschneiden genannten Prozess, der mit Hilfe einer kombinierten Schneid- und Wickelmaschine durchgeführt wird. Diese schneidet das in früherer Verarbeitung hergestellte Produkt in schmälere Breiten. Bespielsweise würde eine typische Druckmaschine 1600 mm breites bedrucktes Verpackungsmaterial mit einer Anzahl von über seine Breite wiederholten Mustern produzieren. Der Längsschneidprozess schneidet die Vollbreite in einzelne Breiten, typisch zur weiteren Verwendung an nachfolgenden Maschinen zum Verpacken. Dieser Prozess wird zum Beispiel für Süßwarenverpackungen verwendet.
Nach dem Längsschneiden werden die einzelnen Breiten auf bekannte Weise entweder abwechselnd auf zwei voneinander beabstandete, parallele Umrollwellen oder nebeneinander auf eine Welle wiederaufgewickelt. Es wird eine Vorrichtung zum Aufschieben der Kerne in ihre Position und zu ihrem Sichern auf der Welle oder den Wellen eingesetzt. Die Welle wird bzw. die Wellen werden angetrieben, um Zugspannung zu erzeugen mit dem Ziel, das Produkt mit hoher Qualität und Wiederholbarkeit aufwickeln zu können. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit beträgt im typischen Fall 7,5 m/s, bei einigen Maschinen ist sie aber konstruktionstechnisch auf 16,6 m/s eingestellt. Das Hauptkriterium zum Produzieren einer akzeptablen Qualität für die fertigen Rollen ist die Zugspannungsregelung.
Hierfür gibt es zwei Systeme. Das erste und allgemein am wenigstens hochentwickelte wird als Wickeln mit Spannleisten bezeichnet. Dies beschreibt, dass die Kerne auf der Umrollwelle gesichert werden und sich übereinstimmend mit der von einem Antriebsmotor angetriebenen Umrollwelle drehen. Die Flachmaterial- oder Bahnspannung wird so über die gesamte Bahnbreite verteilt und vom Antriebsmotordrehmoment bestimmt. Das Drehmoment wird variiert, um die gewünschte Wickelspannung zu ergeben, und wird gewöhnlich variiert, um bei zunehmendem Durchmesser die Flachmaterialspannung in der ganzen Spule konstant zu halten. Zum Feststellen des Rollendurchmessers zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Wickelns sind verschiedene Vorrichtungen erhältlich, und diese können verwendet werden, um der Welle ein zunehmendes Drehmoment zu verleihen, um bei zunehmendem Spulendurchmesser während des Wickelns ein Umrollen mit konstanter Zugspannung aufrecht zu erhalten. Degressive Zugspannung (zunehmendes Verringern der Bahnspannung) kann ebenfalls verwendet werden und ergibt eine reduzierte Bahnspannung proportional zum zunehmenden Spulendurchmesser. Im extremen Fall wird dies manchmal als Konstantdrehmomentwickeln bezeichnet.
Das zweite Mittel zum Umrollen ist das Wickeln mit Differenzgeschwindigkeit. Es zielt darauf ab, Schwankungen von Materialparametern wie z. B. der Bahndicke im Querprofil auszugleichen. Angesichts dessen, dass mehrere tausend Schichten des Materials auf eine einzelne Spule aufgewickelt werden können, kann, wenn es eine Bahndickenabweichung von nur einem Mikrometer gibt, der resultierende Durchmesser der fertigen Spule bedeutend sein. Spannleistenwickeln hat auf Grund dieses Effekts Begrenzungen; wenn zwei oder mehr Rollen auf einer Welle getragen werden, nimmt, während die Rolle mit dem größten Durchmesser auf Grund der Dickenabweichung über die Breite der Mutterbahn an Durchmesser gewinnt, ihre Bahngeschwindigkeit zu und diese Spule nimmt mehr Zugspannung auf, wodurch die Zugspannung in der anderen Spule auf der gleichen Welle reduziert wird. Wickeln mit Differenzgeschwindigkeit erlaubt das Rotieren jedes Kerns mit einer, wie geringfügig auch immer, anderen Geschwindigkeit und zielt durch das System zum Wickeln mit Differenzgeschwindigkeit darauf ab, an jeder Spule ungeachtet des Spulendurchmessers eine konstante Zugspannung aufrecht zu erhalten.
Es sind viele Systeme für das Wickeln mit Differenzgeschwindigkeit erhältlich, sie weisen aber alle in einem oder mehreren Bereichen Benutzungsbegrenzungen auf. Ein System besteht im typischen Fall aus einer angetriebenen Welle mit einem Durchmesser von ungefähr 50 mm (der häufigste Kerninnendurchmesser = 3 Zoll), wobei auf der Welle positionierte Wellenlinie mit den Kernen fluchten. Die Kernposition entlang der Welle wird mithilfe von einfachen Abstandshaltern eingestellt; auf jeder Seite des Kernhalters befindet sich ein Abstandshalter.
Die Abstandshalter sind mit der Welle verkeilt und werden von ihr angetrieben und die Kernhalter sind relativ zur Welle frei rotierbar und sitzen in Gleitlagern, wie z. B. Bronze-, Kunststoff- oder ähnlichen Buchsen. Die Kernhalter sind durch Friktionselemente von den Abstandshaltern getrennt und werden durch Drehkraftübertragung von den Abstandshaltern über die Friktionselemente angetrieben.
Die Welle wird ungefähr 5% schneller als die Bahngeschwindigkeit angetrieben. Dies wird als Überdrehzahl bezeichnet. Es ist vorteilhaft, die Überdrehzahl so niedrig wie möglich zu halten, um Wärmebildung an den Friktionselementen zu reduzieren. Im Gebrauch trägt die Welle entlang ihrer Länge einen Satz Kernhalter und Abstandshalter und auf den Satz kann eine variable axiale Schubbelastung ausgeübt werden. Die angetriebenen Abstandshalter auf jeder Seite jedes Kernhalters werden so axial auf die Friktionselemente gedrückt, die wiederum die Seiten des Kernhalters belasten, um dem Kern Drehkraft zu verleihen.
Durch Variieren der Schubbelastung wird die Drehkraft zu den Kernhaltern variiert.
Dieses konventionelle System hat beim Versuch, eine konstante regelbare Umrollspannung aufrecht zu erhalten, fundamentale Fehler. Ein Problem betrifft die Buchsen in den Kernhaltern. Die Bahnspannung wird durch Reibung von den Buchsen erzeugt, die mit dem zunehmenden Gewicht der Spule während des Wickelns zunimmt und zu einer unkontrollierten Komponente der Zugspannung wird.
Außerdem wird, weil die Kernhalter axial angeordnet sind, entlang der Welle ein Zugspannungsgefälle erzeugt. Der erste Kernhalter wird mit der gesamten Axialkraft belastet, und wenn die erforderliche Zugspannung sehr gering ist, erfährt der Kernhalter am anderen Ende der Welle wegen der Reibung an den Buchsen und dem Gewicht der Spulen entlang der Welle sehr wenig von der restlichen Kraft. Bei mehr Spulen und Gewicht wird das Problem größer.
Andere Probleme können durch die Verwendung von Andrückrollen erzeugt werden. Diese werden verwendet, wenn Hochgeschwindigkeitswickeln eine Schicht mitgerissener Luft zwischen Schichten der Spulen erzeugt.
Diese Luftschicht wirkt wie ein Schmierstoff und beeinträchtigt die Stabilität der Spulen. Die Andrückrollen laufen gewöhnlich unter Druck auf der Oberseite der Spulen, um Luft auszupressen, und dieser Abwärtsdruck erzeugt auch mehr unerwünschte Zugspannung in den Umrollspulen.
Die Einrichtezeit beim Einstellen der Position der Kernhalter ist ebenfalls ein Nachteil bei der Verwendung dieses konventionellen Systems. Eine bekannte Lösung für dieses Problem ist das Füllen der Welle mit Kernhaltern, wobei die Kerne entlang der Welle beliebig positioniert werden können. Die Nachteile dieser Anordnung sind die Zugspannungsdifferenz quer über die Welle, Gewicht und Kosten.
Was die Wickelspannungsdifferenz über die Welle betrifft, entsteht diese wegen der größeren Zahl von anzutreibenden Kernhaltern. Wenn die Kernhalter wie oben beschrieben mithilfe einer Wellenendlast zum Regeln des Antriebsdrehmoments angetrieben werden, erhalten die Kernhalter nahe dem Wellenende, wo die Endlast angelegt wird, eine größere Endlast und werden daher mit höherer Drehkraft angetrieben als die Kernhalter am anderen Ende der Welle.
Zum Mildern dieser Wirkung werden manchmal Schmierstoffe eingesetzt, was aber die Hygiene beeinträchtigt. Auch können Probleme entstehen, weil die Kerne (aus Pappe) gewöhnlich Staub erzeugen, der verwendeten Schmierstoff verunreinigen kann.
Eine bekannte Konstruktion zur Bewältigung der Probleme bei der Verwendung von Wellenendlast zum Regeln des Kerndrehmoments ist die Verwendung einer separaten, als Differentialspannkopf bekannten Form von Kernhalter und einer entsprechende Welle, wie unten beschrieben, zu verwenden. Die angetriebene Welle weist vier mit Luft ausdehnbare flexible Röhren entlang ihrer Länge und entsprechende Friktionssegmente auf, die von den Röhren radial nach außen gedrückt werden, wenn diese ausgedehnt werden. Jeder Differentialspannkopf umfasst eine mit Stahl beschlagene Innenfläche, auf die die Friktionssegmente zum Übertragen des Drehmoments von der Welle auf den Differentialspannkopf wirken. Die auf den inneren Ring wirkende Kraft ist proportional zum Luftdruck, der geregelt wird, um das gleichmäßig auf alle Differentialspannköpfe übertragene Drehmoment zu regeln.
Bei einer solchen Konstruktion ist jeder Spannkopf auf der Welle montiert, um eine komplette Einheit zu bilden, und in Position auf der Welle fixiert, um mit einem entsprechenden Satz von Friktionselementen zusammenzuwirken. In einer Umrollmaschine kann eine Welle im typischen Fall 80 Spannköpfe tragen. Diese komplette Einheit wird als Differentialwelle bezeichnet. Meist sind zwei beabstandete, parallele Differentialwellen in einen Umroller eingebaut, der konventionell als Duplex-Umroller bezeichnet wird.
Ein Differentialspannkopf muss einen Außendurchmesser haben, der kleiner als der Innendurchmesser eines Kerns ist, sodass die Kerne an den Enden der Differentialwelle auf sie auf- und von ihr heruntergeschoben werden können, er muss aber auch während des Wickelns das Innere des Kerns festspannen.
Um dies zu erreichen, ist jeder Spannkopf gewöhnlich mit einer Sperrung versehen, die Nocken aufweist, die sich von der Außenfläche des Spannkopfs erheben, um den umgebenden Kern festzuhalten. Die Nocken werden durch Ausüben einer Drehkraft auf die Innenfläche des Spannkopfs von der Welle angetrieben. Eine Einwegsperrung wird immer benutzt, um sicherzustellen, dass Kerne, wenn sie entsperrt sind (währenddessen sie eventuell schwere Spulen aufgewickelten Materials tragen), sie durch Wellen- oder Spulendrehung in der entgegengesetzten Richtung nicht wieder gesperrt werden. Wenn eine Zweiwegsperrung verwendet wird, kann ein besonderes Problem entstehen, weil alle Spannköpfe nur entweder gleichzeitig oder überhaupt nicht angetrieben werden können. Das Problem entsteht, wenn zwei Kerne unter der gleichen Spule sind und einer entsperrt wird, während der andere gesperrt bleibt. Gegendrehung entsperrt den gesperrten, sperrt aber unweigerlich den entsperrten, wodurch das Abnehmen der Spule verhindert wird.
Die Verwendung von Spannköpfen mit Einwegsperrung bedeutet, dass, wenn die Wickelrichtung einer Differentialwelle umgekehrt werden muss, die Welle demontiert und die Ausrichtung aller Spannköpfe umgekehrt werden muss.
Ein Spannkopf mit Einwegsperrung wird in WO 99/02442 beschrieben. Diese Druckschrift beschreibt einen Kernträger mit einem ersten und einem zweiten ringförmigen Element und kugelförmigen Eingriffselementen, die radial aus der Außenfläche des zweiten ringförmigen Elements vorspringen können. Die kugelförmigen Eingriffselemente springen in Reaktion auf relative Bewegung des ersten und des zweiten ringförmigen Elements nach außen vor und relative Bewegung zwischen diesen Elementen wird durch einen Zahn eingeschränkt.
Andere erhältliche Systeme können Differentialwellen genannt werden. Diese haben verschiedene Bauweisen, sind aber alle darauf angewiesen, dass die Welle eingebaute Einheiten hat, die Radialkraft direkt zum Inneren des Kerns liefern, mit resultierende Kernstaub- und Friktionsproblemen, wobei die Kerne direkt auf den Wellen laufen.
Für moderne Materialien ist oft das Wickeln bei niedriger Zugspannung erwünscht, aber keines der konventionellen Systeme spricht dies zufriedenstellend an. Beispielsweise muss Farbfolie für Thermofarbdruck längsgeschnitten und umgerollt werden, bevor sie verwendet werden kann. Farbfolie kann nur 3 Mikrometer dick sein und wird in Breiten von nur 15 bis 30 cm längsgeschnitten. Zum Verarbeiten von schmalen, empfindlichen Bahnen dieser Art, die bei den sich weiterentwickelnden modernen Verpackungs- und anderen Industrien immer häufiger anzutreffen sind, sind sehr niedrige Wickelspannungen erforderlich, und existierende Wickelwellen sind dazu nicht mit ausreichender Einheitlichkeit und Genauigkeit fähig. Auch weisen alle konventionellen Systeme das Problem der Notwendigkeit eines sauberen, staubfreien Betriebs und/oder das Problem der Notwendigkeit des Zerlegens der Wickelwelle für Spulenbreiten- und Richtungswechsel auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung sieht eine Aufspannvorrichtung (Spannkopf) für eine Wickel- oder Umrollvorrichtung und ein Verfahren zum Anbringen eines Kerns an einer Wickelvorrichtung gemäß den angefügten unabhängigen Ansprüchen vor. Bevorzugte oder vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in abhängigen Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung kann daher vorteilhaft einen Spannkopf (Aufspannvorrichtung) bereitstellen, die zwischen einem ersten Zustand, in dem von der Antriebswelle einer Wickelmaschine zugeführte Drehkraft durch den Spannkopf zu einem den Spannkopf umgebenden Kern übertragen wird, und einem zweiten Zustand, in dem der Spannkopf den Kern nicht in Eingriff nimmt und in dem daher keine Drehkraft ausgeübt werden kann, geschaltet werden kann.
Die Erfindung kann weiter vorteilhaft einen Spannkopf bereitstellen, bei dem dieser Schaltvorgang von einer Bedienperson ohne Demontieren der Spannköpfe oder der Welle durchgeführt werden kann, bevor Kerne auf eine Wickelwelle (Differentialwelle) einer Wickelmaschine aufgeschoben werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Schaltvorgang durch Sperren eines inneren Rings jedes Spannkopfs durch Bedienen eines Drehkraftübertragungselements der Antriebswelle, wie z. B. einem Friktionssegment, und Drehen eines äußeren Gehäuses des Spannkopfs auf eine vorbestimmte Position oder Reihe von Positionen erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann daher eine Reihe von die Erfindung ausgestaltenden Spannköpfen auf einer Differentialwelle montiert werden und ein Wickelvorgang durchgeführt werden, indem jeder Spannkopf auf eine Linksdrehungs-Antriebsposition (Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn), eine Rechtsdrehungs-Antriebsposition (Drehung im Uhrzeigersinn) oder eine Aus-Position voreingestellt wird, bevor Kerne auf der Welle angebracht werden. Die Spannköpfe können daher geschaltet werden, sodass eine vorausgewählte Anzahl der Spannköpfe in jedem Kern jeden Kern antreibt, um zu ermöglichen, dass während des Wickelns ein vorbestimmter Drehkraftbereich auf jeden Kern angewendet werden kann.
Das Gehäuse des die Erfindung ausgestaltenden Spannkopfs kann ferner vorteilhaft mithilfe von Kugellagern an der Antriebswelle angebracht sein, um reibungsbedingte Drehkraftübertragung zu verringern.
Beschreibung spezifischer Ausgestaltungen
Im Folgenden werden spezifische Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Duplex-Umrollmaschine, die sechs Spulen auf abwechselnden Wellen wickelt;
2 eine perspektivische Ansicht der Duplex-Umrollmaschine von 1, die zwei breite Spulen auf abwechselnden Wellen wickelt;
3 eine Radialansicht einer die Erfindung ausgestaltenden Differentialwelle;
4 eine Radialansicht eines Spannkopfs gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
5 eine Axialansicht des Spannkopfs von 4;
6 einen Radialschnitt an A-A (siehe 7) des Spannkopfs von 4;
7 einen Axialschnitt an B-B (siehe 4) des Spannkopfs von 4;
8 einen Radialschnitt eines inneren Lagerlaufrings des Spannkopfs von 4;
9 eine Axialansicht des inneren Lagerlaufrings von 8;
10 eine Axialansicht eines Formteils, das die Hälfte des Gehäuses des Spannkopfs von 4 bildet;
11 eine Radialansicht in Richtung A des Formteils von 10;
12 einen Radialschnitt an B-B des Formteils von 10;
13 eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Teils des Formteils von 10;
14 einen Axialschnitt des inneren Rings des Spannkopfs von 4;
15 einen Radialschnitt an A-A des inneren Rings von 14;
16 einen Radialschnitt von B-B des inneren Rings von 14;
17 eine Endansicht eines Nockens des Spannkopfs von 4;
18 eine Seitenansicht des Nockens von 17;
19 einen quergeführten Schnitt an A-A des Nockens von 17;
20 eine Draufsicht des Nockens von 17;
21 eine Axial- und eine Radialansicht einer Kurvenrolle des Spannkopfs von 4;
22 eine Axial- und eine Radialansicht einer Rastrolle des Spannkopfs von 4;
23 eine Seitenansicht einer Rastfeder des Spannkopfs von 4;
24 ein Ende der Rastfeder von 23;
25 einen Axialschnitt eines Schaltelements und eines Nockenelements des Spannkopfs von 4 in einer ersten Position;
26 einen Axialschnitt des Schaltelements und des Nockenelements von 25 in einer zweiten Position;
27 einen Axialschnitt des Schaltelements und des Nockenelements von 25 in einer dritten Position;
28 einen Axialschnitt eines Schaltelements und eines Nockenelements des Spannkopfs von 4 in einer vierten Position;
29 einen Axialschnitt eines auf dem Spannkopf von 4 getragenen Kerns in der Linksdrehungs-Antriebsposition;
30 einen Axialschnitt eines den Spannkopf von 4 umgebenden Kerns in einer Aus-Position;
31 einen Axialschnitt eines auf dem Spannkopf von 4 getragenen Kerns für die Rechtsdrehung (im Uhrzeigersinn);
32 einen Axialschnitt eines Spannkopfs gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, der auf einer Welle angebracht ist;
33 einen Axialschnitt eines Schaltelements und eines Nockenelements eines Spannkopfs gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einer Linksdrehungs-Antriebsposition;
34 einen Axialschnitt des Schaltelements und des Nockenelements von 33 in einer Kernaufschiebeposition und
35 einen Axialschnitt des Schaltelements und des Nockenelements von 33 in einer Aus-Position.
Die 1 und 2 sind Darstellungen einer Duplex-Wickelmaschine. In jedem Fall umfasst die Maschine einen Körper 2 mit einer Motoreinheit 4. Zwei beabstandete parallele Umrollwellen 6 erstrecken sich an einem Ende von der Motoreinheit und sitzen an ihren entgegengesetzten Enden in abnehmbaren Lagern 8. Jede Welle 6 ist eine Differentialwelle, wie in 3 illustriert, mit einer Reihe von Differentialspannköpfen, die entlang der Länge einer Antriebswelle 9 montiert sind. Während des Umrollens werden von einigen der Spannköpfen auf jeder Welle Kerne zum Umrollen von längsgeschnittenen Bahnen getragen. Eine breite Mutterbahn ist an der Rückseite der Duplex-Umrollmaschine angebracht (nicht gezeigt) und wird von Schlitzmessern (nicht gezeigt) in der Maschine längsgeschnitten. Die längsgeschnittenen Bahnen werden auf die Kerne auf den Wellen 6 aufgewickelt.
1 illustriert sechs umgerollte Spulen 10. Die Mutterbahn wurde längs in sechs schmale Bahnen geschnitten und nebeneinander liegende Bahnen wurden auf abwechselnden Wellen 6 umgerollt. In 2 wurde eine Mutterbahn längs in zwei breitere Bahnen geschnitten, die auf Rollen 12 auf abwechselnden Wellen 6 umgerollt wurden. Es ist zu beachten, dass die breiteren Kerne der umgerollten Spulen 12 in 2 jeweils viel mehr Spannköpfe auf den Wickelwellen überspannen als die schmaleren Kerne der umgerollten Spulen 10 in 1.
3 ist eine Seiten-(Radial-)ansicht einer der Wellen 6, die sich von der Motoreinheit 4 erstrecken. Sie weist eine Reihe von Differentialspannköpfen 20 auf. 4 zeigt eine vergrößerte Seiten-(Radial-)ansicht einer der Spannköpfe 20 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. 5 ist eine End-(Axial-)ansicht des Spannkopfs und 6 und 7 sind ein Axial- bzw. ein Radialschnitt des Spannkopfs.
Der Spannkopf ist auf den zwei inneren Laufringen 22 von zwei axial voneinander beabstandeten Kugellagerringen auf der Antriebswelle 9 montiert. Jeder innere Laufring ist mit einem Keil 24 auf der Welle verkeilt. 8 und 9 illustrieren einen einzelnen inneren Laufring 22.
In einem Kugelkäfig befindliche Kugellager 26 laufen zwischen den inneren Laufringen und den zwei äußeren Laufringen, die in einem äußeren Gehäuse 28 des Spannkopfs gebildet sind. Das äußere Gehäuse ist aus einem harten Kunststoff, wie z. B. Acetal, in zwei Hälften in Form hergestellt, von denen eine in den 10, 11, 12 und 13 dargestellt ist. Die zwei Hälften werden bei der Montage des Spannkopfs zum Beispiel durch Kleben aneinander befestigt, um das Gehäuse 28 zu bilden.
Ein innerer Ring 30 ist im Gehäuse 28 unverlierbar angeordnet, kann sich aber relativ zu ihm in einem begrenzten Maße frei drehen, wie unten noch beschrieben wird. Der Innenteil des inneren Rings umfasst eine Friktionsfläche 32, die zwischen den inneren Laufringen 22 positioniert ist, aber einen etwas größeren Durchmesser hat. Wenn der Spannkopf an der Welle angebracht ist, berühren daher die inneren Laufringe die Wellenoberfläche, aber die Bremsfläche berührt sie nicht. Wie bei einer konventionellen Differentialwelle weist die Antriebswelle 9 Friktionssegmente 34 auf (siehe 29 bis 32). Die Friktionssegmente können von ausdehnbaren Röhren 36, die axial entlang der Länge der Antriebswelle 9 verlaufen, mit der Friktionsfläche in Berührung gehoben werden, um eine Drehkraft auf die Friktionsfläche zu übertragen, die durch den Luftdruck gesteuert wird.
Der Spannkopf umfasst vier Nockenelemente 40, die in 90-Grad-Abständen um den Spannkopf herum voneinander beabstandet sind. Aufgabe der Nockenelemente ist es, einen Kern zu tragen, um ihn mit der Welle genau zentriert zu halten und um den Kern festzuspannen, sodass diese von der Welle auf die Bremsfläche 32 übertragene Drehkraft ohne jeglichen Schlupf auf den Kern übertragen wird. Jedes Nockenelement 40 umfasst einen Nocken 42, der in den 17 bis 20 detaillierter dargestellt wird. Der Nocken hat eine Außenfläche 44, die passend zur Außenfläche des Gehäuses 28 gekrümmt ist. Flansche 46 erstrecken sich von den axialen Rändern des Nockens nach innen und mittig in jedem Flansch befinden sich Drehzapfenlöcher 48 zur Aufnahme von Drehzapfen 50. Im Gehäuse 28 ist eine allgemein rechteckige Öffnung 52 zur Aufnahme jedes Nockenelements gebildet und die Drehzapfen 50 erstrecken sich von Löchern 54, die in den axial voneinander beabstandeten Seitenwänden jeder allgemein rechteckigen Öffnung 52 definiert sind, in die entsprechenden Drehzapfenlöcher 48 im Nocken. Der Nocken wird somit in dem Gehäuse gefangen gehalten, kann sich aber um die Drehzapfen drehen.
An der Innenfläche des Nockens, zwischen den Flanschen 46, ist eine Nockenfläche 56 definiert. Die Nockenfläche wirkt mit einer Kurvenrolle 58 zusammen, die drehbar auf Achsschenkeln 60 zwischen Flanschen 62 gelagert ist, die sich vom inneren Ring 30 des Spannkopfs nach außen erstrecken. Die Achse der Achsschenkel 60 ist, wie die der Drehzapfen 62, parallel zur Achse der Antriebswelle 9.
Im Betrieb, wenn von der Welle eine Linksdrehungs-Drehkraft auf den inneren Ring 30 (wie in den 4 bis 7 illustriert) ausgeübt wird, sodass der innere Ring zum Linksdrehen relativ zum Gehäuse 28 gedrängt wird, rollt in jedem Nockenelement 40 die Kurvenrolle 58 an der Nockenfläche 56 entlang, um das Linksdrehungsende des Nockens 42 über die radial äußere Oberfläche des Gehäuses 28 hinaus anzuheben. Der Nocken ist an jedem Ende seiner Außenfläche 44 mit einer scharfen Ecke 64 versehen und die relative Bewegung der Kurvenrolle und der Nockenfläche hebt die scharfe Ecke 46 so in die Innenfläche eines den Spannkopf umgebenden Kerns. Ein auf diese Weise zur Linksdrehung gehaltener Kern wird in 29 dargestellt.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die Welle eine Drehkraft auf den inneren Ring ausübt, sodass der innere Ring zum Rechtsdrehen relativ zum Gehäuse gedrängt wird, die Rechtsdrehungsecke jedes Nockens angehoben und spannt die Innenfläche eines umgebenden Kerns fest. Diese Position wird in 31 gezeigt.
Der Spannkopf weist ferner vier Schaltelemente 80 auf, die in 90-Grad-Abständen um den Umfang des Spannkopfs herum voneinander beabstandet sind, wobei jedes Schaltelement zwei Nockenelemente trennt. Jedes Schaltelement befindet sich in einer im Gehäuse 28 gebildeten Schaltkammer. 13 zeigt einen vergrößerten Schnitt der Schaltkammer 82. Die Innenwand der Kammer wird von einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rings 30 gebildet, von der sich zwei Flansche 84 aberstrecken. Eine Achse 86 erstreckt sich durch Löcher in den Flanschen, um eine Rastrolle 88 (in 22 illustriert) drehbar zwischen den Flanschen zu tragen. Die Drehachse der Rolle ist parallel zur Achse der Antriebswelle 9. Beim Drehen des inneren Rings 30 relativ zum Gehäuse 28, wie oben zum Schwenken der Nocken 42 beschrieben, bewegt sich jede Rastrolle in ihrer Schaltkammer 82.
In der Kammer jedes Schaltelements ist eine (in den 23 und 24 illustrierte) Rastfeder 90 unverlierbar angeordnet. Die Feder wird zwischen dem inneren Ring und der Rastrolle auf ihrer radial einwärts liegenden Seite und einer radial äußeren Wand 92 der Kammer 82 auf ihrer radial auswärts liegenden Seite gehalten.
Die Rastfeder 90 ist aus einem Streifen Federstahl mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Sie ist um ihre Mitte symmetrisch, wo sie zu einem Auslöser 94 verbogen ist. Gerade Teile 96 der Rastfeder erstrecken sich auf jeder Seite in einem spitzen Winkel vom Auslöser 94 weg. Jedes Ende der Rastfeder ist gebogen, um ein Klinkenelement 98 zu bilden. Wenn die Rastfeder in der Kammer eines Schaltelements untergebracht ist, ist der Auslöser zum Anliegen an der Rastrolle radial einwärts gekehrt und die Klinkenelemente sind radial nach außen gekehrt. Die äußere Wand 92 der Kammer hat eine glatte Umfangsfläche außer dort, wo sich nahe jedem Ende ein winkliger Absatz 100 befindet. Die genaue Position und Trennung der winkligen Absätze wird aus der Funktionsbeschreibung unten deutlich.
Der Betrieb eines Schaltelements ist wie folgt. Jedes Schaltelement kann zwischen drei stabilen Positionen geschaltet werden. In einer ersten Position, wie sie in den 7, 25 und 29 gezeigt wird, wird der innere Ring 30 entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zum Gehäuse 28 gedreht, sodass die Rastrolle nahe dem Linksdrehungsende ihrer Kammer 82 ist. Die Rastfeder wird von der Rastrolle in der Kammer im Uhrzeigersinn verschoben, sodass das Klinkenelement 98 am Rechtsdrehungsende der Rastfeder an die Rechtsdrehungsendfläche 102 der Kammer anstößt. Wenn das Schaltelement in dieser Position ist, hat die Kurvenrolle 58 jedes Nockenelements 40 ihren Nocken 42 so geschwenkt, dass das Linksdrehungsende des Nockens aus der Oberfläche des Gehäuses ragt. Bei in dieser Position befindlichem Schaltelement kann der Spannkopf daher einen Kern tragen und entgegen dem Uhrzeigersinn antreiben.
Im Folgenden wird auf die 25 bis 28 Bezug genommen, die ein Schaltelement und ein benachbartes Nockenelement in verschiedenen Positionen illustrieren. 25 zeigt die gleiche Position wie 7.
Wenn das Schaltelement in dieser Position ist, falls eine entgegengesetzte Drehkraft ausgeübt wird, die zum Rechtsdrehen des inneren Rings relativ zum Gehäuse neigt, presst die Rastfeder gegen die Rastrolle und widersteht der Rechtsdrehung des inneren Rings, wodurch die Rolle zurück auf das Linksdrehungsende der Schaltkammer zu gedrängt wird. Wenn das Schaltelement in dieser Linksdrehungs-Antriebsposition ist, muss der innere Ring aber relativ zum Gehäuse auf eine Position bewegt werden können, wo die Kurvenrolle unter dem Nocken in jedem Nockenelement zentriert ist. An diesem Punkt ist das Nockenelement mit der Außenfläche des Gehäuses bündig und ein Kern kann über den Spannkopf geschoben werden. 26 zeigt den Spannkopf in dieser Position. An diesem Punkt ist die Rastfeder im Schaltelement in Richtung auf das Rechtsdrehungsende der Schaltkammer versetzt, sodass sie mit dem geraden Teil 96 der Rastfeder auf der Linksdrehungsseite des Auslösers 94 in Berührung ist, obwohl die Rastrolle zentral in der Kammer positioniert ist. Wenn das Spannkopfgehäuse (oder der innere Ring) an diesem Punkt ausgelöst wird, drängt die Rastfeder daher die Rastrolle entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zum Gehäuse und neigt so zum Anheben des Linksdrehungsendes des Nockens in jedem Nockenelement, wie in 25 gezeigt. Diese Tendenz wird selbstverständlich verstärkt, wenn während des Wickelns von der Welle 9 eine Drehkraft entgegen dem Uhrzeigersinn auf den inneren Ring 30 ausgeübt wird.
In der Praxis, wenn das Schaltelement in dieser ersten Position zum Antreiben eines Kerns entgegen dem Uhrzeigersinn ist, wenn ein Kern über den Spannkopf geschoben wurde, neigt der Kern dazu, das vorstehende Ende jedes Nockens mit der Unterstützung einer Schrägung 47 an jedem äußeren Ende jedes Nockens niederzudrücken und neigt daher zum Linksdrehen des Gehäuses relativ zum inneren Ring in Richtung auf die in 26 gezeigte Position. Dies erlaubt das leichte Aufschieben und Positionieren von Kernen auf der Differentialwelle.
Wenn ein Kern im Uhrzeigersinn (nach rechts) angetrieben werden soll, ist eine zweite Schaltposition des Schaltelements erforderlich, die in 28 illustriert wird. Um diese Position von der Linksdrehungs-Antriebsposition aus zu erreichen, werden die Friktionssegmente 34 in der Antriebswelle 9 gegen den inneren Ring 30 gepresst, um den inneren Ring in seiner Position zu arretieren, während eine Bedienperson das Gehäuse 30 des Spannkopfs entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Dieser Vorgang zwingt die Rastrolle am Auslöser vorbei und in Richtung auf das Rechtsdrehungsende der Kammer 92. Die Anwesenheit der Rastrolle in dieser Position drängt die Rastfeder in der Kammer entgegen dem Uhrzeigersinn (nach links), bis sie an der Linkslenkungsendfläche 102 anstößt. Der anschließende Betrieb des Spannkopfs ist ein Spiegelbild seines Betriebs in der oben beschriebenen Linksdrehungs-Antriebsposition.
Das Schaltelement kann eine dritte Betriebsposition einnehmen, in der der Nocken jedes Nockenelements mit der Außenfläche des Gehäuses bündig gehalten wird. Diese Position wird in 27 illustriert, in der die Rastrolle zentral in der Schaltkammer positioniert ist und im Auslöser 94 gehalten wird. Auch liegen die Klinkenelemente an jedem Ende der Rastfeder an den winkligen Absätzen 100 in der Nähe jedes Endes der Kammer an. In dieser Position hält der Auslöser die Rastrolle in ihrer zentralen Position fest und hält die Kurvenrolle in jedem Nockenelement entsprechend in einer zentralen Position. Dies wiederum hält jeden Nocken mit der Außenfläche des Gehäuses bündig, sodass er nicht mit einem Kern in Eingriff kommen kann. Um das Schaltelement auf diese dritte Position zu stellen, wird der innere Ring mithilfe der Friktionssegmente 34 in der Antriebswelle 9 arretiert. Dann dreht eine Bedienperson das Gehäuse des Spannkopfs entgegen dem Uhrzeigersinn, bis die Rastrolle im Auslöser einrastet, wobei angenommen wird, dass das Schaltelement in der in 25 illustrierten Linksdrehungs-Antriebsposition ist mit der Rastrolle nahe dem Linksdrehungsende seiner Kammer. Es ist zu beachten, dass das Gehäuse entgegen dem Uhrzeigersinn über die in 26 illustrierte mittlere Position hinaus gedreht werden muss, die erreicht wird, wenn Kerne bei in der Linksdrehungs-Antriebsposition befindlichem Schaltelement aufgeschoben werden. Wenn die Rolle im Auslöser eingerastet ist, dreht die Bedienperson dann das Gehäuse im Uhrzeigersinn, bis die Klinkenelemente an jedem Ende der Rastfeder an den Absätzen 100 nahe jedem Ende jeder Kammer zur Anlage kommen; während dieses Schrittes bleibt die Rastfeder relativ zur Rastrolle stationär. Dann wird die in 27 illustrierte Position erreicht, in der alle Komponenten der Schaltelemente und Nockenelemente zentriert sind. Es ist zu beachten, dass die Trennung der winkligen Absätze 100 in der radial äußeren Oberfläche der Kammer zum Festhalten der Rastfeder zwischen den Schritten, wenn die Rastrolle im Auslöser eingerastet ist, ausgewählt ist.
In dieser Position, in der der Spannkopf effektiv ausgeschaltet ist, kann der Spannkopf während des Wickelns einen Kern nicht in Eingriff nehmen, selbst wenn sich ein Kern über ihm in Position befindet, weil der Nocken mit der Außenfläche des Gehäuses bündig gehalten wird. Daher kann über diesen Spannkopf kein Antrieb von der Welle auf den Kern übertragen werden.
29, 30 und 31 sind Querschnitte eines einen Spannkopf umgebenden Kerns, die den Spannkopf in der Linksdrehungs-Antriebsposition, der Aus-Position beziehungsweise der Rechtsdrehungs-Antriebsposition zeigen.
Im Gebrauch kann, bevor Kerne auf einer die Erfindung ausgestaltenden Differentialwelle positioniert werden, eine Bedienperson die inneren Ringe aller Spannköpfe arretieren, indem sie den Luftdruck in den ausdehnbaren Röhren in der Welle erhöht und die Friktionssegmente 34 anhebt, sodass sie mit jedem inneren Ring in Berührung stehen. Die Bedienperson kann dann das äußere Gehäuse jedes Spannkopfs wie oben beschrieben drehen, um jeden Spannkopf entweder in die Linksdrehungs-Antriebsposition oder die Aus-Position oder die Rechtsdrehungs-Antriebsposition zu schalten. Beim Handhaben jedes Spannkopfs kann die Bedienperson die Positionen der Schaltelemente deutlich fühlen und sehen. Um einen Spannkopf auf die Linksdrehungs- oder Rechtsdrehungs-Antriebsposition einzustellen, dreht sie das Gehäuse des Spannkopfs einfach so weit wie möglich in der erforderlichen Richtung und kann als Folge dessen die Nocken sehen, die in der entsprechenden Richtung vorstehen. Um die Aus-Position einzustellen, dreht sie das Gehäuse, bis sie das Einrasten der Rastrolle in den Auslöser fühlt, wobei sie an diesem Punkt sieht, dass ein Ende jedes Nockens leicht über die Gehäuseoberfläche erhaben ist. Sie dreht das Gehäuse dann in die entgegengesetzte Richtung, bis sie die Klinkenelemente der Rastfeder an den Absätzen in der Kammerwand in Anlage kommen fühlt, wobei sie an diesem Punkt sehen kann, dass die Nocken mit der Gehäuseoberfläche bündig sind.
Der Spannkopf der Ausgestaltung ist daher leicht und schnell zwischen den drei Positionen umschaltbar, ohne dass ein Zerlegen wie bei konventionellen Systemen erforderlich ist.
Drehkraftregelung
Für jedweden Wickelvorgang ist es gewöhnlich erwünscht, die Bahn mit einer vorbestimmten Bahnspannung aufzuwickeln, um die beste Wickelqualität zu erzielen. Bei zunehmendem Durchmesser einer Spule während des Wickelns kann eine Welle wie die oben beschriebene Antriebswelle 9 zum Variieren der jedem Spannkopfs zugeführten Drehkraft verwendet werden. Dies wird erreicht, indem die Welle mit einer gewünschten Überdrehzahl relativ zur Spulendrehzahl angetrieben wird und der Luftdruck in den ausdehnbaren Röhren 36, die die Friktionssegmente 34 gegen den inneren Ring 30 jedes Spannkopfs drücken, geregelt wird. In der Praxis kann der Luftdruck nur zwischen gewissen Grenzen geregelt werden und daher die von den Friktionssegmenten auf die inneren Ringe ausgeübte Kraft und die auf die inneren Ringe ausgeübte Drehkraft nur zwischen gewissen Grenzen geregelt werden. Es ist daher zu beachten, dass es eine Mindestdrehkraft gibt, die zufriedenstellend auf jeden Spannkopf ausgeübt werden kann.
Ist erwünscht, dass eine breite Bahn mit niedriger Bahnspannung gewickelt wird, kann beim Verwenden einer konventionellen Differentialwelle ein Problem entstehen, weil der für die breite Bahn erforderliche Kern viele Spannköpfe überspannt. Da jeder Spannkopf keine Drehkraft unter einer gewissen Mindestdrehkraft übertragen kann, wird die Mindestdrehkraft, die auf den breiten Kern ausgeübt werden kann, durch die Zahl der Spannköpfe in ihm multipliziert. Diese Mindestdrehkraft kann die gewünschte Bahnspannung übersteigen, besonders nahe dem Wickelanfang, wenn der Spulendurchmesser klein ist.
Bei Verwendung der Ausgestaltung der Erfindung kann die Bedienperson vor dem Aufstecken des Kerns so viele der Spannköpfe, die vom Kern bedeckt sein werden, wie gewünscht ausschalten, um die Mindestdrehkraft, die auf den Kern ausgeübt werden kann, zu verringern. Normalerweise würden wenigstens zwei Spannköpfe eingeschaltet bleiben, je einer nahe jedem Ende des Kerns.
Die während eines Wickelvorgangs erforderliche Höchstdrehkraft muss ebenfalls berücksichtigt werden. Um eine konstante Bahnspannung aufrecht zu erhalten, muss die Drehkraft während des Wickelns im Verhältnis zum zunehmenden Durchmesser der Spule erhöht werden. Dies wird durch Vergrößern des Luftdrucks in den ausdehnbaren Röhren in der Welle erreicht, es müssen aber genug Spannköpfe unter einem Kern eingeschaltet bleiben, um die maximale erforderliche Zugspannung anzuwenden.
Es ist daher zu sehen, dass in der Ausgestaltung der Erfindung die Zahl der eingeschalteten Spannköpfe auf jeden beliebigen Wickelvorgang spezifisch abgestimmt werden kann, sodass der erforderliche Drehkraftbereich auf den oder jeden Kern ausgeübt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Drehkraft während des Wickelns genauer geregelt werden kann, weil die Bedienperson durch Auswählen einer geeigneten Zahl von Spannköpfen zum Übertragen der Drehkraft sicherstellen kann, dass der während des Wickelns erforderliche Luftdruckbereich bequem im Luftdruck-Regelbereich der Wickelmaschine liegt. Wenn beispielsweise ein erforderlicher Drehkraftbereich durch eine kleine Variation des auf eine große Zahl von Spannköpfen ausgeübten Luftdrucks oder durch eine große Variation des auf weniger Spannköpfe ausgeübten Luftdrucks angewendet wird, ist es wahrscheinlich, dass die zweite Option wegen des verwendeten breiteren Luftdruckbereichs eine genauere Drehkraftregelung ergeben wird.
Eine Folge der minimalen Übertragung von Drehkraft über die Kugellagerringe jedes Spannkopfs ist, dass im Wesentlichen sämtliche Drehkraft durch die Friktionssegmente anstatt die Spannkopflager (wie es häufig der Fall ist, wenn Gleitlager verwendet werden) übertragen wird, und daher, dass die übertragene Drehkraft direkt proportional zum Luftdruck in den ausdehnbaren Röhren ist (wobei angenommen wird, dass die übertragene Drehkraft proportional zur Kraft zwischen den Friktionssegmenten und den inneren Spannkopfringen ist). Daher kann zum Beispiel der Luftdruck im Verhältnis zum Spulendurchmesser geregelt werden, um ein Wickeln mit genau konstanter Zugspannung zu ergeben. Selbstverständlich kann auch jede andere gewünschte Spannungsvariation erreicht werden. Bei konventionellen Spannköpfen mit Gleitlagern wird eine bedeutende Drehkraft durch die Lager übertragen, was die Mindestdrehkraft, die ein einzelner Spannkopf einem Kern zuführen kann, weiter anhebt und verhindert, dass die Drehkraft mit dem Luftdruck in Bezug steht oder proportional zu ihm ist.
In der Ausgestaltung erfordern die Kugellagerringanordnungen keine Schmierung, da die Kugeln aus Stahl sind und der innere Laufring und das Spannkopfgehäuse aus geformtem Acetal oder dergleichen sind.
Die Verwendung von Kugellagerringen bedeutet auch, dass die Reibung zwischen der Welle und den Spannkopfgehäusen vom Gewicht der Spulen während des Wickelns und von eventuellen Andrückrollenkräften nicht beeinflusst wird, die zu einer Vergrößerung der Reibung neigen, wenn konventionelle Gleitlager verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung ist die Bereitstellung von vier gleichmäßig voneinander beabstandeten Nockenelementen, die von einem einzelnen inneren Ring gleichzeitig betätigt werden, was eine konzentrische Kernaufspannung sicherstellt. Außerdem ist der Spannkopf vorteilhafterweise schaltbar, um bidirektionalen Betrieb zu ermöglichen.
Die Radialdicke jedes Spannkopfs in der Ausgestaltung ist vorteilhaft kleiner als die konventioneller Spannköpfe, was die Verwendung eines größeren Wellendurchmessers erlaubt. In der Ausgestaltung beträgt der Wellendurchmesser für einen Kern mit drei Zoll Innendurchmesser 55 mm, was höhere Belastbarkeiten als konventionelle 50 mm Wellen bietet.
WEITERE AUSGESTALTUNGEN
Eine Anzahl von Variationen der Ausgestaltung der 9 bis 31 ist möglich. Beispielsweise können verschiedene Zahlen von Nockenelementen 40 und Schaltelementen 80 verwendet werden. Grundsätzlich braucht nur ein Nockenelement zum Festspannen des Inneren eines Kerns erforderlich zu sein, wenn der Kern aber nicht sehr eng am Gehäuse anliegt, würde der Kern dann nicht koaxial mit dem Spannkopf und der Antriebswelle getragen, was unerwünschte Vibrationen während des Wickelns verursachen kann. Vorzugsweise werden deshalb drei oder mehr Nockenelemente verwendet, die gleichmäßig voneinander beabstandet um den Spannkopf angeordnet sind, sodass der Kern selbst während des Wickelns unter Belastung symmetrisch getragen wird.
Auch die Zahl der Schaltelemente kann variiert werden. In der Ausgestaltung ist es praktisch, die gleiche Zahl von Schaltelementen wie Nockenelementen bereitzustellen, wobei die Schaltelemente und die Nockenelemente um den Spannkopf herum abwechselnd angeordnet sind. Die Verwendung einer Mehrzahl von Schaltelementen sorgt für einen ruhig arbeitenden Spannkopf, bei dem die kombinierte Wirkungsweise der Schaltelemente für eine Bedienperson ausreichend formschlüssig ist, um leicht fühlbar zu sein, zum Beispiel das „Einklicken" der Rastrollen in die Auslöser, wobei jedes einzelne Schaltelement relativ leicht konstruiert ist. Alternativ könnte zum Senken der Kosten ein einzelnes Schaltelement 80 verwendet werden, wobei der Spannkopf nur eine einzelne Rastfeder und Rastrolle verwendet. Die Rastfeder müsste dann steifer sein als die in der oben beschriebenen Ausgestaltung verwendeten Rastfedern, um eine ähnliche formschlüssige Schaltfunktion zu erreichen. Dies kann zu größerem Verschleiß und geringerer Laufruhe führen, weil die zur relativen Drehung des inneren Rings und des Gehäuses drängende Drehkraft wegen der Wirkungsweise der Rastfeder auf die Rastrolle dann nur an einem Punkt am Umfang des Spannkopfs angewendet würde. Eine Kostensenkung kann aber eindeutig durch Verringern der Anzahl von Schaltelementen und/oder Nockenelementen erreicht werden.
In den 33, 34 und 35 wird eine weitere Variation der oben beschriebenen Ausgestaltungen gezeigt. In dieser Ausgestaltung ist die Schaltelementkammer kürzer, sodass sie ungefähr an der Position der Absätze 100 in der radial äußeren Oberfläche der Kammer der ersten Ausgestaltung endet. Auch ist die Außenfläche 200 des Nockens 202 stärker gekrümmt als die Außenfläche des Gehäuses 28. Die Funktionsweise der Ausgestaltung ist wie folgt. In der Rechtsdrehungs- oder Linksdrehungs-Antriebsposition funktioniert diese Ausgestaltung wie die erste Ausgestaltung. Im Besonderen stößt die Klinke an einem Ende der Rastfeder an einer Endfläche 204 der Schaltelementkammer an. Die Rastfeder drängt das Rastelement zur entgegengesetzten Seite der Kammer und drängt somit ein Ende 206 des Nockens 202 in Eingriff mit der Innenfläche eines umgebenden Kerns 208. 33 zeigt ein Schaltelement und ein benachbartes Nockenelement in der Linksdrehungs-Antriebsposition des Spannkopfs.
Wenn ein Kern über einen Spannkopf geschoben wird, der auf eine seiner Antriebspositionen geschaltet worden ist, muss der Kern das erhabene Ende 206 des Nockens niederdrücken können, bis es mit der Außenfläche des Gehäuses bündig ist, ohne ausreichend relative Drehung des Gehäuses und des inneren Rings zum Einrasten der Rastrolle im Auslöser zu verursachen. In der ersten Ausgestaltung wurde dies dadurch erzielt, dass die Rastfeder sich in der Schaltelementkammer in Umfangsrichtung außermittig bewegen durfte. In dieser weiteren Ausgestaltung wird das gleiche Ziel durch die größere Krümmung der Außenfläche 200 des Nockens erreicht. Dies erlaubt, dass das Ende 206 des Nockens mit der Außenfläche des Gehäuses bündig niedergedrückt werden kann, ohne die Kurvenrolle zur Mitte des Nockens zu bewegen. Diese Position wird in 34 illustriert. Weil sich in dieser Position die Kurvenrolle nicht auf eine zentrale Position bewegt hat, hat sich auch die Rastrolle nicht auf eine zentrale Position bewegt und sie kommt daher nicht mit dem Auslöser in Eingriff.
Um einen Spannkopf auf die Position „Aus" zu schalten, braucht eine Bedienperson nur Luftdruck auf die ausdehnbaren Röhren in der Antriebswelle 9 auszuüben, um den inneren Ring des Spannkopfs zu arretieren und das Gehäuse zu drehen, bis die Rastrolle mit dem Auslöser in Eingriff kommt. An diesem Punkt sind sowohl die Rastrolle als auch der Auslöser zentriert und der Nocken ist am Umfang ausgerichtet. Diese Position wird in 35 gezeigt und es ist zu beachten, dass in dieser Position wegen der größeren Krümmung der Außenfläche 200 des Nockens 202 beide Enden 206 des Nockens unterhalb der Gehäuseaußenfläche sind.
Um die andere Antriebsposition zu erreichen, bewegt die Bedienperson einfach das Gehäuse, bis sich die Rastrolle über den Auslöser hinaus bewegt.
Wie bei der ersten Ausgestaltung kann diese weitere Ausgestaltung jede geeignete Anzahl von Schaltelementen und Nockenelementen aufweisen.
Vorteilhaft kann die Konstruktion dieser Ausgestaltungen, wie die jeder beliebigen der hierin beschriebenen Ausgestaltungen, leicht modifiziert werden, um einen unidirektional schaltbaren Spannkopf herzustellen, der z. B. nur eine Linksdrehungs-Antriebsposition und eine Aus-Position und keine Rechtsdrehungs-Antriebsposition hat.
32 illustriert einen schaltbaren Spannkopf nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. 32 ist ein Axialquerschnitt, der eine Antriebswelle 9 ähnlich der in der ersten Ausgestaltung zeigt, die durch ausdehnbare Röhren 36 gesteuerte Friktionssegmente 34 hat. Der Spannkopf weist einen inneren Ring 100 auf, auf den die Friktionssegmente wirken. Außerdem weist er ein äußeres Gehäuse 102 auf, das auf Lagern (vorzugsweise Kugellagern) relativ zur Welle frei drehbar ist. Der Spannkopf der zweiten Ausgestaltung weist fünf Nockenelemente 104 zum Festspannen eines Kerns auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet um den Spannkopf angeordnet sind. Jedes Nockenelement umfasst eine Kugel 106, die zwischen einer Öffnung 108 in der Außenfläche des Gehäuses und einem flachen Nockenabschnitt 110, der in einer Außenfläche des inneren Rings 100 gebildet ist, unverlierbar angeordnet ist. Daher wird die unverlierbare Kugel, wenn sich der innere Ring relativ zum Gehäuse dreht, radial nach außen gedrängt, wobei ein Teil der Kugel über die Außenfläche des Gehäuses übersteht, um den Kern festzuspannen.
In einer weiteren Ausgestaltung könnte ein Nockenelement dieser Art anstelle der Schwenknocken-Nockenelemente der ersten Ausgestaltung verwendet werden. Wie in der ersten Ausgestaltung ist zu sehen, dass das Nockenelement der zweiten Ausgestaltung bidirektional ist zum Übertragen der Drehkraft entgegen dem Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn.
Der Spannkopf der Ausgestaltung von 32 weist ferner ein Schaltelement auf wie folgt. Zwei Kammern 110, 111 im Gehäuse enthalten jeweils eine umfangsmäßig ausgerichtete Schraubenfeder 112. Jede Kammer wird an einem Ende von einer Wand 119 der Kammer und am anderen von einem Stift 116 begrenzt, der sich aus dem inneren Ring in die Kammer erstreckt. In jeder Kammer drückt die Feder die Wand 114 und den Stift 116 auseinander. Die Kammern sind aber so ausgerichtet, dass die Feder in einer Kammer 110 das Gehäuse relativ zum inneren Ring entgegen dem Uhrzeigersinn drängt und die Feder in der anderen Kammer 111 das Gehäuse relativ zum inneren Ring im Uhrzeigersinn drängt.
Das Schaltelement der zweiten Ausgestaltung weist ferner einen Schalter 118 auf, der im Gehäuse montiert ist und zwischen zwei Positionen bewegt werden kann. In einer ersten Position rastet der Schalter einen Stift in einem von zwei Schlitzen im inneren Ring ein, wodurch der Bereich der relativen Drehung des inneren Rings und des Gehäuses über einen von zwei Bereichen eingeschränkt wird. Über einen der resultierenden Drehbereiche ist die Feder in einer der Kammern 110 relativ zur Feder in der anderen Kammer 111 immer zusammengedrückt. Der äußere Ring wird folglich relativ zum inneren Ring entgegen dem Uhrzeigersinn gedrängt, was dazu neigt, die Kugeln 106 in den Nockenelementen anzuheben. Diese Situation eignet sich für das Übertragen von Linksdrehungs-Drehkraft von der Welle auf einen von der Kupplung festgehaltenen Kern. Wenn der Schalter 118 die relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses auf den zweiten verfügbaren Bereich begrenzt, wird die Feder in der anderen Kammer 111 immer in einem zusammengedrückten Zustand relativ zur Federkammer 110 gehalten. Dies drängt das Gehäuse relativ zum inneren Ring im Uhrzeigersinn, was dazu neigt, die Kugeln der Nockenelemente anzuheben, wenn von der Antriebswelle eine Rechtsdrehungs-Drehkraft ausgeübt wird. Eine Bedienperson rastet eine dieser zwei Positionen ein, indem sie zuerst die Position des inneren Rings durch Anwenden von Luftdruck auf die ausdehnbaren Röhren in der Welle arretiert, dann bei auf Aus-Position geschaltetem Schalter das Gehäuse zum Vorspannen der zutreffenden Feder 112 dreht und schließlich den Schalter auf die Antriebsposition bewegt, um die relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses über den erforderlichen Bewegungsbereich zu beschränken.
Wenn der Schalter auf die Aus-Position bewegt wird, ist der Bewegungsbereich des inneren und des äußeren Rings nicht begrenzt. Die Federn in der Kammer 110, 111 neigen daher dazu, das Gehäuse in einer Position relativ zum inneren Ring zu halten, sodass die Kugeln 106 der Nockenelemente auf den Nockenflächen 110 des inneren Rings zentriert sind. Die Kugeln heben sich daher nicht, um den Kern festzuspannen, und es kann keine Drehkraft auf den Kern übertragen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung arretiert das Bewegen des Schalters auf die Aus-Position den inneren Ring in einer zentralen Position am Gehäuse, sodass alle Kugeln zurückgezogen sind.
Weitere Einzelheiten der Arbeitsweise der zweiten Ausgestaltung sind ähnlich denen der ersten Ausgestaltung und werden daher nicht weiter beschrieben.
Es ist zu beachten, dass die Schaltelemente dieser weiteren Ausgestaltungen, falls gewünscht, mit dem Nockenelement der ersten Ausgestaltung kombiniert werden können.
In weiteren Ausgestaltungen wäre es im Prinzip möglich, Gleitlager anstelle von Kugellagerringen einzusetzen, um die Kosten zu senken. Wie oben beschrieben, würde dies aber die Leistung durch Vergrößern der Reibung zwischen dem Gehäuse und der Welle vermindern, besonders unter Last. Es ist aber zu beachten, dass durch die Verwendung des Schaltelements der Ausgestaltung zum Ausschalten einzelner Spannköpfe die Probleme der Drehkraftübertragung als eine Folge von Reibung zwischen der Welle und den Spannkopfgehäusen reduziert werden können.

Claims

Aufspannvorrichtung (20), die auf einer Antriebswelle einer Wickelvorrichtung zum Tragen und Antreiben eines Kerns einer Rolle aufnehmbar ist, umfassend: einen inneren Ring (30, 100) zum Umgeben der Antriebswelle, auf den während des Gebrauchs Drehkraft von der Antriebswelle ausgeübt werden kann; ein Gehäuse (28, 102), das den inneren Ring umgibt und einen Außendurchmesser hat, der kleiner oder gleich dem Innendurchmesser eines Kerns ist und ein Kernantriebselement (40, 104) mit einem Kerneingriffselement zum Ineingriffnehmen einer Innenfläche eines die Aufspannvorrichtung umgebenden Kerns während des Gebrauchs, um eine relative Drehung des Gehäuses und des Kerns zu verhindern, wobei das Kerneingriffselement die Innenfläche des Kerns in Reaktion auf relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses in Eingriff nimmt; gekennzeichnet durch ein Schaltelement (80, 118) zum Steuern relativer Drehung des inneren Rings und des Gehäuses, sodass bei in einem ersten Zustand befindlichem Schaltelement auf den inneren Ring ausgeübte Drehkraft bewirkt, dass das Kerneingriffsmittel den Kern in Eingriff nimmt, und bei in einem zweiten Zustand befindlichem Schaltelement eine relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses begrenzt ist, sodass das Kerneingriffsmittel den Kern nicht in Eingriff nimmt.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend drei oder mehr um das Gehäuse herum angeordnete Kernantriebselemente zum Zentrieren eines auf den Kerneingriffselementen gehalterten Kerns.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Kernantriebselement den Kern rechtsdrehend oder linksdrehend antreiben kann und der erste Zustand des Schaltelements einen Linksdrehungs-Antriebszustand und einen Rechtsdrehungs-Antriebszustand hat.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Kerneingriffselement einen Nocken umfasst, der schwenkbar am Gehäuse angebracht ist, wobei ein Ende oder jedes Ende des Nockens von einer von dem inneren Ring getragenen Nockenbetätigung, die auf eine Nockenfläche des Nockens wirkt, über das Gehäuse angehoben werden kann, um einen Kern in Eingriff zu nehmen.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Nockenbetätigung eine Kurvenrolle ist.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der eine Seite des oder jedes Ende des Nockens abgeschrägt ist, damit ein Kern über die Aufspannvorrichtung aufgeschoben werden kann, wenn das Ende des Nockens angehoben ist, wobei ein erhabenes Ende des Nockens durch Erzwingen einer relativen Drehung des inneren Rings und des Gehäuses niedergedrückt wird.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Kerneingriffselement eine Kugel umfasst, die zwischen einer Öffnung in einer radial äußeren Fläche des Gehäuses und einer Nockenfläche des inneren Rings unverlierbar gehalten wird, wobei relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses bewirkt, dass die Nockenfläche die Kugel teilweise durch die Öffnung hebt, um mit einem die Aufspannvorrichtung umgebenden Kern in Eingriff zu kommen.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement eine Rastfeder, die in einer Kammer im Gehäuse gehalten wird, und ein entsprechendes mit dem inneren Ring verbundenes Rastelement umfasst, wobei das Rastelement im zweiten Zustand des Schaltelements mit einem Auslöser der Rastfeder in Eingriff ist und die Rastfeder im zweiten Zustand des Schaltelements auf das Rastelement wirkt, um die relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses und die Betätigung des Kerneingriffselements dringend zu bewirken.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltelement eine Rastfeder, die in einer Kammer im inneren Ring gehalten wird, und ein entsprechendes mit dem Gehäuse verbundenes Rastelement umfasst, wobei im zweiten Zustand des Schaltelements das Rastelement mit einem Auslöser der Rastfeder in Eingriff ist und im ersten Zustand des Schaltelements die Rastfeder auf das Rastelement wirkt, um die relative Drehung des inneren Rings und des Gehäuses und die Betätigung des Kerneingriffselements dringend zu bewirken.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei der im ersten Zustand des Schaltelements das Rastelement auf einer beliebigen Seite des Auslösers positioniert sein kann und entsprechend getrieben werden kann, um entweder eine Rechtsdrehungs-Antriebsposition oder eine Linksdrehungs-Antriebsposition des Schaltelements bereitzustellen.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 10, bei der Klinken an jedem Ende der Rastfeder lösbar mit Stufen an einer entsprechenden Fläche der Kammer in Eingriff gebracht werden können, um die Rastfeder und den Auslöser im zweiten Zustand des Schaltelements zentral in der Kammer zu halten, während im ersten Zustand des Schaltelements eine der Klinken über ihre Stufe bewegt wird, um an einer Endwand der Kammer anzustoßen, und der Auslöser sich entsprechend in Richtung auf dieses Ende der Kammer bewegt, sodass das Rastelement in der Mitte der Kammer positioniert werden kann, um die Kerneingriffselemente zurückzuziehen, ohne mit dem Auslöser in Eingriff zu kommen.
Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der das Rastelement eine Rolle ist.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl von Rastelementen.
Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Schaltelement eine Kammer, die eine Feder zum dringenden Bewirken einer relativen Drehung des inneren Rings und des Gehäuses enthält, und einen Schalter zum schaltbaren Begrenzen der relativen Drehung umfasst, wobei der Schalter im ersten Zustand des Schaltelements in einer ersten Stellung ist, die es der Feder erlaubt, relative Drehung und Betätigung des Kerneingriffselements dringend zu bewirken, und der Schalter im zweiten des Schalteelements in einer zweiten Stellung ist, die die relative Bewegung begrenzt, um die Betätigung des Kerneingriffselements zu verhindern.
Aufspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Schaltelement zwei Kammern, die Federn enthalten, die eine relative Drehung des inneren Rings bzw. des Gehäuses in entgegengesetzte Richtungen dringend bewirken, und einen Schalter zum schaltbaren Begrenzen der relativen Drehung umfasst, wobei der Schalter im ersten Zustand des Schaltelements eingestellt ist, um eine der Federn relativ zur anderen zusammenzudrücken, um die relative Drehung in der durch die stärker zusammengedrückte Feder bedingten Richtung und die Betätigung des Kerneingriffselements für diese Richtung dringend zu bewirken, und der Schalter im zweiten Zustand des Schaltelements eingestellt ist, um die zwei Federn gleiche und entgegengesetzte Kräfte ausüben zu lassen, um den inneren Ring und das Gehäuse auf eine relative Position zu drängen, in der das Kerneingriffselement zurückgezogen ist.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse von Kugellagern auf der Antriebswelle getragen wird.
Aufspannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die von einer Bedienperson in den ersten Zustand oder den zweiten Zustand geschaltet werden kann, ohne die Aufspannvorrichtung von ihrer Antriebswelle zu entfernen.
Aufspannvorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Schalten der Aufspannvorrichtung in den ersten Zustand ihr Schalten in einen Rechtsdrehungs-Wickelzustand oder einen Linksdrehungs-Wickelzustand beinhaltet.
Differentialwelle für eine Wickelmaschine, die eine Reihe von Aufspannvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 trägt.
Verfahren zum schaltbaren Übertragen von Drehkraft von einer Antriebswelle auf einen Wickelkern mit Hilfe einer Aufspannvorrichtung, umfassend den Schritt des Bereitstellens eines Kernantriebselements (40, 104) der Aufspannvorrichtung, das ein Kerneingriffselement zum Antreiben und Tragen des die Aufspannvorrichtung umgebenden Kerns hat, und dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (80, 118) der Aufspannvorrichtung bereitgestellt wird, um die Betätigung des Kerneingriffselements zu steuern, und Schalten des Schaltelements vor einem Wickelvorgang entweder in einen ersten Zustand, in dem das Kerneingriffselement funktionell ist und Drehkraft von der Antriebswelle auf den Kern übertragen werden kann, oder in einen zweiten Zustand, in dem die Betätigung des Kerneingriffselements verhindert wird und keine Drehkraft von der Antriebswelle auf den Kern übertragen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Schaltelement im ersten Zustand auf einen Rechtsdrehungs-Wickelzustand oder einen Linksdrehungs-Wickelzustand geschaltet werden kann.