EP1765707B1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung der haftreibung zwischen haspel und coil - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reduzierung der haftreibung zwischen haspel und coil Download PDF

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EP1765707B1
EP1765707B1 EP05752615A EP05752615A EP1765707B1 EP 1765707 B1 EP1765707 B1 EP 1765707B1 EP 05752615 A EP05752615 A EP 05752615A EP 05752615 A EP05752615 A EP 05752615A EP 1765707 B1 EP1765707 B1 EP 1765707B1
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EP
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coiling mandrel
self
locking effect
strip
mandrel
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Uwe Plociennik
Klaus Küppers
Meinert Meyer
Georg Rebel
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SMS Siemag AG
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SMS Demag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/18—Constructional details
    • B65H75/24—Constructional details adjustable in configuration, e.g. expansible

Definitions

  • the prior art shows examples of solving the self-locking effect of expanding elements by inducing vibrations.
  • the alien document shows DE 21 63 976 A1 a method for reducing the friction between a thread and thread guide parts of textile machines.
  • the thread has been tangentially wound onto a drum and withdrawn axially from the drum by a brake ring, which consists of a surrounding the drum at a distance base ring and extending from this to the storage drum surface, elastic, individually distributed over the base ring circumference with spaces between fingers extend inwardly from the base ring along an imaginary conical surface and, in the sense of the relative circulation of the thread around the drum, are arranged so as to overlap one another circumferentially and with their free ends on one side Shoulder of the drum are supported, so that in the thread when sliding over the fingers vibrations are generated.
  • the document JP 60244764 A discloses an apparatus for loading and holding an empty bobbin between a carrier and a handle.
  • the handle of the carrier is pushed down by a drive to bring the empty spool into contact with a friction roller.
  • a vibration generated thereby is determined by a vibration detector, wherein the detector is arranged on the support arm.
  • the vibration detector is connected to a vibration-shape comparator to compare the amplitude at time A and B with a predetermined reference amplitude. In this way, it can be determined whether or not the empty spool is fixedly installed on the support arm.
  • the document DE 2 223 195 A1 describes a method and apparatus for non-thermally dissolving mechanical joints.
  • one of the connected parts is subjected to mechanical vibrations in the frequency range of the ultrasound until the connection is released.
  • a clamping device for clamping at least one of a plate to be solved element.
  • the jig sits firmly on a cone-shaped mandrel whose other end is connected to the vibration transmission fixed to an amplitude controllable, working in the frequency range of the ultrasonic mechanical encoder.
  • the document US 4,469,288 discloses a stem that can be expanded in the radial direction.
  • the shaft consists of a hollow cylindrical outer housing in which a central operating rod is coaxially mounted.
  • Wedge-shaped elements are associated with the operating rod, which are in contact with wedge surfaces of radially outwardly movable core connectors.
  • the wedge surfaces of the wedge elements of the rod slide on the wedge surfaces of the core elements and push them depending on the direction of movement of the rod either radially outward or grant a Retraction of the core connectors in the interior of the housing.
  • the present invention seeks to provide a method and a device that are suitable to reduce the reeling of cold strip by the internal wedge surfaces hydraulically tensioned coiler mandrel so far that the clamping segments slip back into the starting position and thus loosen or cancel the self-locking effect and allow virtually trouble-free removal of the coils from the mandrel under comparatively uncomplicated and inexpensive means.
  • the method according to the invention provides that the self-locking effect of the spreading elements is at least partially or completely eliminated by applying longitudinal oscillations acting in the axial direction.
  • the device according to the invention provides that on the front side of the coiler mandrel, a vibrator is mounted.
  • the vibrator is supplied via a rotary feeder or a quick-closing coupling to the excitation compressed air.
  • a pneumatic turbine vibrator or a pneumatic impact vibrator can be used.
  • a tensile force of 140 N according to the curve A due to stiction and sliding friction of a tensile force of 100 N according to the curve B.
  • the corresponding tensile forces C are reduced from 140 N or 100 N to a maximum of 50 N in vibration.
  • a weight Fg of 425 N has been specified.
  • the curve A static friction
  • the ratio of the weight force to the tensile forces achieved with it has a nearly linear course between approximately 115 N and 250 N with an increase in the tensile force by 70 N.
  • the traction With a further increase in weight from 250 N to 425 N, the traction only increases by 30 N.
  • FIG. 2 shows a coiler mandrel 1 in a half-open state.
  • a number of four wedge surfaces S are shown in the present case, which cause a self-locking effect in axial movement of the mandrel.
  • a vibrator V is mounted on the front side 2 of the reel dome 1.
  • vibrations generated by this are guided in the longitudinal direction along the axis xx through the mandrel 1, thereby causing the impact on the inclined surfaces S a disinhibition of the spreading forces of the coiler mandrel.
  • With such a relief is achieved that the spreading slip back into the starting position and thus loosen or cancel the self-locking effect and allow a virtually easy removal of the coils from the mandrel 1 under relatively simple and inexpensive means.
  • a pneumatic impact vibrator 1 is preferably used. Whose vibration sets the friction between the wedge surfaces S of the spreading so far down that the coiler mandrel 1 is released from the wrap of the coiled band and the spreading collapse irrespective of their lubrication state and release the coil.
  • the in FIG. 3 vibrator V shown in section has a housing 1 'with a terminal flange 9, with which it is fixedly connected to the reel shaft 4 of the reel mandrel 1 by means of a screw connection.
  • it is a pneumatic impact vibrator for generating longitudinal impact pulses. Its function is similar to that of a so-called compressed-air hammer, whereby a tool loosely guided in the housing like a hammer is shot back and forth by exposure to air.
  • the vibrator comprises a flying piston 2 with intersecting edges for interaction.
  • the interior of the vibrator 1 is closed with the lid 3. At this there is a valve assembly 5, 6, 7, which can be opened or closed in order to initiate the impact work of the impactor 2.
  • Compressed air flows from the supply channel 8 through the body of the vibrator 1 and escapes after excitement of the impactor 2, as indicated in the drawing, through an opening of the valve 6 in the free atmosphere.
  • the inventive method and the corresponding device solve in an ideal way the task.

Landscapes

  • Winding, Rewinding, Material Storage Devices (AREA)
  • Winding Of Webs (AREA)
  • Straightening Metal Sheet-Like Bodies (AREA)
  • Winding Filamentary Materials (AREA)
  • Replacing, Conveying, And Pick-Finding For Filamentary Materials (AREA)
  • Magnetic Treatment Devices (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Folding Of Thin Sheet-Like Materials, Special Discharging Devices, And Others (AREA)
  • Replacement Of Web Rolls (AREA)

Description

  • In vielen Bereichen des Anlagebaus treten aufgrund von unerwünschter Haftreibung Negativeffekte auf, die oftmals nur mit großem technischen Aufwand kompensiert werden können.
  • Beispielsweise wird beim Haspeln von Kaltband der Haspeldom durch innen liegende Keilflächen hydraulisch verspannt. Nach dem Haspeln sollen durch den Umschlingungsdruck des gecoilten Bandes die Spannsegmente wieder in die Ausgangslage zurückrutschen und damit den Haspeldorn freigeben. Weil jedoch die Neigung der Keilflächen in der Nähe des Haftreibungswinkels liegen, kommt es häufig vor, dass durch ungenügende Schmierung die Segmente nicht kollabieren und das Coil daher nicht frei geben.
  • Der Stand der Technik zeigt Beispiele, den Selbsthemmungseffekt von Spreizelementen durch Induzierung von Schwingungen zu lösen.
  • So zeigt das artfremde Dokument DE 21 63 976 A1 ein Verfahren zum Verringern der Reibung zwischen einem Faden und Fadenführungsteilen von Textilmaschinen. Dabei hat man den Faden tangential auf eine Trommel aufgewickelt und axial von der Trommel durch einen Bremsring abgezogen, der aus einem die Trommel im Abstand umgebenden Basisring und sich von diesem zur Speichertrommeloberfläche erstreckenden, elastischen, einzeln über den Basisringumfang mit Zwischenabständen verteilten Fingern besteht, die sich vom Basisring aus entlang einer gedachten Kegelfläche nach Innen erstrecken und im Sinne des relativen Umlaufs des Fadens um die Trommel sich in Umfangsrichtung überdeckend geneigt angeordnet sind und mit ihren freien Enden auf einer Schulter der Trommel abgestützt sind, so dass im Faden beim Übergleiten der Finger Vibrationen erzeugt werden.
  • Das Dokument JP 60244764 A offenbart eine Vorrichtung zum Einlegen und Halten eines leeren Spulenkörpers zwischen einem Träger und einem Griff. Der Griff des Trägers wird durch einen Antrieb abwärts gedrückt, um die leere Spule mit einer Friktionsrolle in Kontakt zu bringen. Eine dabei erzeugte Schwingung wird durch einen Schwingungsdetektor ermittelt, wobei der Detektor am Trägerarm angeordnet ist. Dabei steht der Schwingungsdetektor mit einem Schwingungs-Form-Vergleicher in Verbindung, um die Amplitude zur Zeit A und B mit einer vorgegebenen Referenzamplitude zu vergleichen. Auf diese Weise kann ermittelt werden, ob die leere Spule auf dem Trägerarm fest installiert ist, oder nicht.
  • Das Dokument DE 2 223 195 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum nichtthermischen Lösen mechanischer Verbindungen. Hierzu wird eines der verbundenen Teile bis zum Lösen der Verbindung mechanischen Schwingungen im Frequenzbereich des Ultraschalls ausgesetzt. Es ist eine Aufspannvorrichtung zum Aufspannen mindestens eines von einer Platte zu lösenden Elementes vorgesehen. Die Aufspannvorrichtung sitzt fest auf einem konusförmigen Dorn, dessen anderes Ende zur Vibrationsübertragung fest mit einem Amplituden steuerbaren, im Frequenzbereich des Ultraschalls arbeitenden mechanischen Geber verbunden ist.
  • Das Dokument US 4,469,288 offenbart einen Schaft, der in radialer Richtung ausgedehnt werden kann. Der Schaft besteht aus einem hohlen zylindrischen äußeren Gehäuse in dem zentral eine Betriebsstange koaxial gelagert ist. Auf der Betriebsstange sind keilförmige Elemente angebracht, die mit Keilflächen von radial nach außen beweglichen Kernverbindern in Verbindung stehen. Bei einer axialen Bewegung der Stange gleiten die Keilflächen der Keilelemente der Stange auf den Keilflächen der Kernelemente und drücken diese je nach Bewegungsrichtung der Stange entweder radial nach außen oder gewähren einen Rückzug der Kernverbinder in das Innere des Gehäuses. Insofern offenbart das Dokument US 4,469,288 eine Art Haspeldorn der geeignet ist zum Aufwickeln eines Bandes mit Spreizelementen, wobei die Spreizelemente innere Keilflächen aufweisen zum Verspannen eines Haspeldorns oder zum Entlasten eines verspannten Haspeldorns.
  • Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die geeignet sind, beim Haspeln von Kaltband den durch innenliegende Keilflächen hydraulisch verspannten Haspeldorn soweit zu entlasten, dass die Spannsegmente wieder in die Ausgangslage zurück rutschen und damit den Selbsthemmungseffekt lockern bzw. aufheben und ein praktisch problemloses Abziehen der Coils vom Dorn unter vergleichsweise unkomplizierter und preisgünstiger Mittel ermöglichen.
  • Zur Lösung der Aufgabe sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, dass der Selbsthemmungseffekt der Spreizelemente durch Aufbringen von in Achsrichtung wirkenden longitudinalen Schwingungen mindestens teilweise oder vollständig aufgehoben wird.
  • Die Vorrichtung nach der Erfindung sieht vor, dass an der Stirnseite des Haspeldoms ein Vibrator angebracht ist. Zweckmäßig wird dem Vibrator über eine Drehzuführung oder eine Schnell-Schluss-Kupplung zu dessen Anregung Druckluft zugeführt. Als Vibratoren können ein Pneumatik-Turbinen-Vibrator oder ein Pneumatik-Schlag-Vibrator zum Einsatz kommen.
  • Durch diese Vibration wird aus der Haftreibung zwischen den Keilflächen der Spreizelemente Gleitreibung mit einem deutlich geringerem Reibkoeffizienten, so dass der Haspeldom vom Umschlingungsdruck des gecoilten Bandes freigegeben wird und die Spreizelemente unbeachtlich des Schmierungszustandes kollabieren und das Coil freigeben.
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles einer zu seiner Durchführung geeigneten Vorrichtung beschrieben.
    In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    Im Diagramm den Verlauf von Reibkräften mit und ohne Vibration, den Verlauf von Gewichtskräften in Abhängigkeit von den Zugkräften sowie den Verlauf von Vibrationskräften im Verhältnis zu den damit verlaufenden Haft- bzw. Gleitkräften.
    Figur 2
    Einen Haspeldom im Schnitt einer Mittelebene mit dem am Ende aufgesetzten Vibrator.
    Figur 3
    im Schnitt eine Drehzuführung für Druckluft zum Antrieb des in longitudinaler Richtung angesetzten Vibrators V.
  • Nach Figur 1 ergibt sich eine Zugkraft von 140 N gemäß der Kurve A infolge Haftreibung und bei Gleitreibung eine Zugkraft von 100 N gemäß der Kurve B. Die entsprechenden Zugkräfte C reduzieren sich von 140 N bzw. von 100 N auf maximal 50 N bei Vibration. In allen Fällen ist eine Gewichtskraft Fg von 425 N vorgegeben worden.
  • Entsprechend Figur 1 hat die Kurve A (Haftreibung) für das Verhältnis der Gewichtskraft zu den damit erreichten Zugkräften einen nahezu linearen Verlauf zwischen ca. 115 N und 250 N mit einem Anstieg der Zugkraft um 70 N.
    Bei einem weiteren Anstieg der Gewichtskraft von 250 N auf 425 N steigt die Zugkraft lediglich um 30 N.
  • Die Kurve B (Gleitreibung) steigt im Bereich der Gewichtskraft zwischen 115 und 250 um ca. 60 N, während im anschließenden Bereich der Gewichtskräfte zwischen 250 und 425 die Zugkräfte lediglich um den geringen Betrag von 10 N steigen. Doch auch hier liegt der Reibkoeffizient deutlich über µ = 0,2.
  • Die entsprechenden Werte der Kurve C (Vibration) zeigen demgegenüber einen annähernd linearen Kurvenverlauf, mit einem fast konstanten Reibkoeffizienten von µ = 0,12.
  • Die Figur 2 zeigt einen Haspeldom 1 in halb geöffnetem Zustand. Darin sind auf jeder Seite eine Reihe von im vorliegendem Falle vier Keilflächen S gezeigt, die bei Achsialbewegung des Dornes einen Selbsthemmungseffekt hervorrufen. An der Stirnseite 2 des Haspeldoms 1 ist ein Vibrator V angebracht.
    Durch dessen Anordnung in axialer Richtung an dem Haspeldorn 1 werden von diesem erzeugte Vibrationen in longitudinaler Richtung entlang der Achse x-x durch den Dorn 1 geleitet und verursachen dabei im Auftreffen auf die Schrägflächen S eine Enthemmung der Spreizkräfte des Haspeldorns. Mit einer derartigen Entlastung wird erreicht, dass die Spreizelemente wieder in die Ausgangslage zurück rutschen und damit den Selbsthemmungseffekt lockern bzw. aufheben und ein praktisch problemloses Abziehen der Coils vom Dorn 1 unter vergleichsweise unkomplizierten und preisgünstigen Mitteln ermöglichen.
  • Als Vibrationsvorrichtung wird bevorzugt ein Pneumatik-Schlag-Vibrator 1 verwendet. Dessen Vibration setzt die Reibung zwischen den Keilflächen S der Spreizelemente soweit herab, dass der Haspeldorn 1 vom Umschlingungsdruck des gecoilten Bandes freigegeben wird und die Spreizelemente unbeachtlich ihres Schmierungszustandes kollabieren und das Coil freigeben.
  • Der in Figur 3 im Schnitt gezeigte Vibrator V besitzt ein Gehäuse 1' mit einem endständigen Flansch 9, mit welchem er an der Haspelwelle 4 des Haspeldom 1 mittels einer Schraubverbindung fest verbunden ist.
    Im vorliegendem Falle handelt es sich um einen Pneumatik-Schlag-Vibrator zur Erzeugung von longitudinalen Schlagimpulsen. Dessen Funktion ähnelt derjenigen eines sogenannten Pressluft-Hammers wobei ein im Gehäuse lose geführtes Werkzeug wie ein Hammer durch Beaufschlagung mit Luft hin- und hergeschossen wird.
    Der Vibrator umfasst einen fliegenden Kolben 2 mit Überschneidungskanten zur Wechselwirkung.
  • Der Innenraum des Vibrators 1 ist mit dem Deckel 3 verschlossen. An diesem befindet sich eine Ventilanordnung 5, 6, 7, die zwecks Ingangsetzung der Schlagarbeit des Schlagkörpers 2 geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
  • Druckluft strömt aus dem Zufuhrkanal 8 durch den Körper des Vibrators 1 und entweicht nach Erregung des Schlagkörpers 2, wie zeichnerisch angedeutet, durch eine Öffnung des Ventils 6 in die freie Atmosphäre.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung lösen in idealer Weise die gestellte Aufgabe.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Entlastung eines mittels innen liegender Keilflächen (S) von Spreizelementen hydraulisch durch Selbsthemmungseffekt verspannten Haspeldorns (1) zum Aufwickeln eines Bandes,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Selbsthemmungseffekt der Spreizelemente durch Aufbringen von in Achsrichtung des Haspeldorns (1) wirkenden longitudinalen Schwingungen an der Stirnseite (2) des Haspeldorns (1) mindestens teilweise oder vollständig aufgehoben wird, wenn das aufgewickelte Band
    von dem Haspeldorn (1) freigegeben werden soll.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Bestimmen eines besonders geeigneten Frequenzbereiches der Schwingungen die Spreizelemente in einem Frequenzband zwischen einer relativ niedrigen Frequenz und einer relativ hohen Frequenz in Schwingungen erregt werden, bis der Selbsthemmungseffekt aufgehoben ist.
  3. Haspelvorrichtung mit einem Haspeldorn (1) zum Aufwickeln eines Bandes, wobei der Haspeldorn (1) Spreizelemente mit Keilflächen (S) aufweist zum hydraulischen Verspannen des Haspeldorns (1) beim Aufwickeln des Bandes aufgrund eines Selbsthemmungseffektes zwischen den Keilflächen (S) der Spreizelemente,
    gekennzeichnet durch,
    einen an der Stirnseite (2) des Haspeldorns (1) angebrachten Vibrator (V) zum mindestens teilweisen Aufheben des Selbsthemmungseffektes zwischen den Keilflächen (S) durch Aufbringen von in Achsrichtung des Haspeldorns (1) wirkenden longitudinalen Schwingungen, wenn das aufgewickelte Band von dem Haspeldorn (1) freigegeben werden soll.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Vibrator (V) mittels einer Drehzuführung oder einer Schnell-Schluss-Kupplung an eine Druckluftversorgung (9) angeschlossen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als geeignete Vibratoren Pneumatic-Turbinen-Vibratoren oder Pneumatic-Schlag-Vibratoren einsetzbar sind.
EP05752615A 2004-07-15 2005-06-21 Verfahren und vorrichtung zur reduzierung der haftreibung zwischen haspel und coil Not-in-force EP1765707B1 (de)

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