EP2499075B1

EP2499075B1 - Spannvorrichtung für eine welle und verfahren zum einspannen einer solchen

Info

Publication number: EP2499075B1
Application number: EP10776107.4A
Authority: EP
Inventors: Tim Oberdalhoff
Original assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Current assignee: Windmoeller and Hoelscher KG
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: WO2011058073A1; EP2499075A1; US9272871B2; US20120200023A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Welle und ein Verfahren zum Einspannen einer solchen.
Die Vorrichtung und Verfahren können zunächst in allen möglichen Bereichen der Technik benutzt werden. Besonders geeignet sind sie jedoch beim Lagern und Halten von Wickelwellen. Hier ist ein besonderer Einsatzort die Wickelwellenziehvorrichtung.
Um Wickelwellen in der Wickelwellenziehvorrichtung einseitig zu halten, werden Spannfutter mit hohen Spannkräften benötigt.
Dafür benutzt man bisher z.B. Keilhakenfutter, welche hydraulisch bzw. mit sehr großen Pneumatikzylindern betätigt werden.
Alternativ dazu werden Spannvorrichtungen eingesetzt, die motorisch über Spindeln geschlossen werden.

Nachteile:

Keilhakenfutter können zwar große Spannkräfte aufbringen, haben dafür aber nur einen kleinen Hub. Weiterhin sind diese sehr teuer.
Wenn diese hydraulisch betätigt werden, ist zusätzlich ein Hydraulikaggregat erforderlich. Außerdem werden Hydraulikaggregate bei der Herstellung von z. B. Lebensmittelfolien, die in der betreffenden Wickelvorrichtung aufgewickelt werden, nicht gerne gesehen.
Alternativ zu verwendende große Pneumatikzylinder sind sehr teuer.
Bei der Verwendung von Spannvorrichtungen mit Spindeltrieben hat man zwar große Verfahrwege, erreicht aber bei normaler Baugröße relativ geringe Spannkräfte. Ein weiteres Problem ist hierbei der Verschleiß an den Spindeltrieben infolge der Benutzung und das Öffnen der Spannvorrichtung aufgrund der Haftreibung.
Die DE 1270917 B zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zum Halten einer Wickelwelle, wobei die Wickelwelle durch die Anstellung zumindest eines Körpers in einer Aufnahme festlegbar ist.
Die Kraft für die Anstellung wird mit einem Hebel auf den Körper übertragen, der um eine erste Achse drehbar gelagert ist. Bei solchen Vorrichtungen hat der Fachmann durch die Abstimmung der Hebelverhältnisse einen Optimierungsbereich zwischen einem kleinen Stellweg und einer großen Anstellkraft und einem großen Stellweg und einer kleinen Anstellkraft.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, welche die geschilderten Nachteile der bekannten Vorrichtung behebt oder zumindest vermindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 11 gelöst. Demnach ist in der Vorrichtung ein Hebel vorzusehen, der um eine erste Achse drehbar gelagert ist. Mit dieser Maßnahme lassen sich die Kräfte erhöhen und es ist möglich, auch große Stellbereiche zu erhalten.
Eine ortsfeste Positionierung und/oder eine erste Achse, die parallel zu der Halteposition der zu haltenden Welle in ihrer Aufnahme ist, sind vorteilhaft.
Es ist besonders vorteilhaft, eine Vorrichtung zur Definition einer zweiten Drehachse, mit welcher sich nach Bedarf eine zweite Drehachse für den Hebel definieren lässt, vorzusehen. Diese Vorrichtung umfasst also Bauteile, die notwendig sind, um dem Hebel eine zweite Drehachse quasi zuzuschalten. Dies kann geschehen, indem ein Körper, der über einen runde beziehungsweise kurvenförmige Oberfläche verfügt, mit dieser Oberfläche gegen den Hebel angestellt wird.
Alternativ oder ergänzend kann eine Bohrung oder Ausnehmung in dem Hebel vorgesehen sein, in die ein Körper greift, der dann die zweite Achse definiert.
Insbesondere bei der zweiten Achse kann es vorkommen, dass keine vom Betrag her nennenswerten Drehbewegungen mehr um die zweite Achse stattfinden, sondern dass diese lediglich zur Herbeiführung von Hebelverhältnissen dient, mit denen adäquate Klemmkräfte aufgebracht werden können.
Es können Anschläge, die ihrerseits bewegbar sind, vorgesehen sein. Wenn diese in dem Wirkbereich des Hebels fixierbar sind, können sie die mit dem
Hebel ausführbaren Schwenkbewegungen beeinflussen. Vorteilhaft ist es, wenn der Hebel gegen einen Spannbacken drückt, der seinerseits die Welle festlegt.
Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn der Hebel, der um eine erste Achse drehbar gelagert ist, relativ zur Welle bewegt wird. In der Regel wird er beim Festlegen der Welle auf diese zu bewegt und von ihr wegbewegt werden, wenn die Welle wieder freigegeben wird. Vor der Ausführung der Drehbewegung um den Hebel kann der Hebel eine Linearbewegung relativ zu der Welle ausführen.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus der gegenständlichen Beschreibung und den Ansprüchen hervor.
Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1: Eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Arbeitsstellung
Fig. 2: Eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur 1 in einer zweiten Arbeitsstellung
Fig. 3: Eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur 1 in einer dritten Arbeitsstellung
Fig. 4: Eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur 1 in einer vierten Arbeitsstellung
Fig. 5: Eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur 1 in der bereits in Figur 4 gezeigten vierten Arbeitsstellung, wobei weitere Pfeile eingezeichnet sind

Fig. 1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Arbeitsstellung, in der die Welle 8 in der Aufnahme 3 liegt, ohne gehalten zu werden. Bei der Spannvorrichtung 19 sind Schienen 1 vorgesehen, auf denen der Schlitten 2 in vertikaler Richtung hin und her gleiten kann. Mit diesem Schlitten sind die Anschläge 4, der Spannbacken 3 und die erste Achse 10 des Hebels 5 bewegbar. Mit entsprechend langen Schienen 1 dieser Art lassen sich bei der gezeigten Vorrichtung lange Öffnungswege erreichen. Der Hebel 5 kann von dem Zylinder 7, welcher vorzugsweise ein Pneumatikzylinder ist, über den Kolben 14 und den Anlenkpunkt 13 des Kolbens seine Arbeitskraft vermittelt bekommen.
In Figur 2 ist bereits zu sehen, wie der Kolben 14 des Zylinders 7 in den Zylinder eingefahren wird (Pfeil 15). Hierbei kommt es zu der durch den Pfeil 16 angedeuteten Bewegung des Schlittens 2, bei der auch der Spannbacken 3 gegen die Welle 8 angestellt wird. In Figur 3 ist dargestellt, wie sich die Situation durch das Andauern der durch den Pfeil 15 dargestellten Bewegung des Kolbens 14 in den Zylinder 8 ändert: Nachdem die Translation des Schlittens zu einem Ende gekommen ist, da der Spannbacken 3 die Welle erreicht hat, kommt es zu einer durch den Pfeil 17 dargestellten kurzen weiteren Rotation um die erste Achse 9, bis der Hebel 5 auf dem linken Anschlag 4' ankommt. Die in dieser Situation erzeugbaren Klemmkräfte auf die Welle 8 sind jedoch aufgrund der Hebelverhältnisse begrenzt.
In dieser Situation wird die Spannscheibe 6 um die Achse 12 - wie durch den Pfeil 18 dargestellt - in eine Arbeitsposition geschwenkt. Hier definiert sie eine zweite Drehachse 10, die hier durch den Kreis 10 dargestellt ist und die 10 sich allerdings durch die Abrollbewegung des Hebels 5 an der Kurvenscheibe 6 entlang der Berührungsfläche zwischen den beiden Körpern 5, 6 bewegen würde. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden also der Hebel 5, die Spannscheibe 6 und deren Anlenkung 12 die Vorrichtung zur Definition einer Drehachse 11. Die Anlenkung 12 ist in der Regel fest am Maschinengestell der Wickelvorrichtung befestigt und hält großen Kräften stand.
Jedoch ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Bewegung um einen größeren Betrag beabsichtigt, sondern die Einführung der zweiten Drehachse 10 führt zur signifikanten Änderung der Hebelverhältnisse gegenüber der Situation in Figur 3. Aufgrund dieses Umstandes wird die Wickelwelle 8 mit großer Kraft geklemmt, wenn der Kolben 14 wieder aus dem Zylinder 7 herausfährt, wie es durch den Pfeil 20 in Figur 5 dargestellt wird. Die Kräfte haben etwas mit den Abstand 21 zwischen der zweiten Drehachse 10 und dem Anlenkpunkt 14 sowie mit dem Abstand 22 der zweiten Drehachse 10 und der ersten Achse 9 orthogonal zu der Wirkrichtung der Kraft F zu tun.
Zum Freilegen der Welle 8 laufen die Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab. Aus darstellerischen Gründen wurde der Hebel 5, der vor dem Schlitten 2 liegt, durchsichtig - also ohne Flächenfarbe - dargestellt, während Bauteile wie der Schlitten mit Flächenfarbe dargestellt wurden.
Zusammenfassend lässt sich also Folgendes zu der beschriebenen Ausführungsform der Spannvorrichtung 19 sagen:
Bei der gezeigten Spannvorrichtung 19 erreicht man mit einem relativ kleinen pneumatischen Antrieb (Zylinder 7) große Verfahrwege mit großen Spannkräften.
Hierbei macht sich diese Spannvorrichtung 19 folgende Umstände zu nutze:

1. Zunächst werden große Verfahrwege zum Schließen bzw. Öffnen der Spannvorrichtung über das einfache Verfahren des Pneumatikzylinders erreicht (Figuren 1 bis 3).
2. Dann werden hohe Spannkräfte über das "Hinzuführen oder Hinzufügen" eines zusätzlichen Drehpunktes 10 und das daraus resultierende Hebelverhältnis erreicht.

Zu den Vorteilen der Vorrichtung 19 gehören damit:

hohe Spannkräfte sind zu erreichen;
große Verfahrwege sind zu erreichen;
kleine pneumatische Antriebe 7 sind einsetzbar (z. B. kleine Stellwege);
es herrscht eine mechanische Sicherung gegen Öffnen der Spannvorrichtung 19 bei Energieabfall durch den zusätzlichen Drehpunkt 10;
die Vorrichtung 19 vergleichsweise kostengünstig darstellbar.

Weitere Vorteile sind zu erreichen, wenn die Steigung der Kurvenscheibe an ihrer Umfangsfläche 23 variiert wird. Wenn diese Steigung z. B. unmittelbar in der Umgebung des Punktes, an dem die Welle 8 festgelegt wird (oft dort, wo der Abstand der Umfangsfläche 23 von dem Drehpunkt 12 der Kurvenscheibe 6 am Größten ist) klein ist (vorteilhafterweise gegenüber der restlichen Umfangsfläche am Kleinsten), kann auch mit der Kurvenscheibe eine große Schließkraft erreicht werden.

Bezugszeichenliste
1	Führungsschienen
2	Führungsschlitten
3	Spannbacken/Aufnahme für die Welle 8
4 4'	Anschläge
5	Spannhebel
6	Kurvenscheibe (spiralförmig)
7	Zylinder
8	Wickelwelle
9	Erste Achse
10	Zweite Achse
11	Vorrichtung zur Definition einer Drehachse
12	Drehpunkt/-achse der Spannscheibe
13	Anlenkung Kolben an Hebel
14	Kolben
15	Pfeil
16	Pfeil
17	Pfeil
18	Pfeil
19	Spannvorrichtung
20	Pfeil
21	Abstand zwischen 13 und 10
22	Abstand horizontal zwischen 10 und 9
23	Umfang der Kurvenscheibe 6
24	Abstand zwischen dem Umfang 23 der Kurvenscheibe 6 und dem Drehpunkt/-achse 12 der Kurvenscheibe 6
F	Wirkrichtung der Klemmkraft auf die Welle 8

Claims

Vorrichtung (19) zum Halten einer Wickelwelle (8).
- mit welcher die Welle (8) durch die Anstellung zumindest eines Körpers (3) in einer Aufnahme (3) festlegbar ist,

- und mit einem Hebel (5), der um eine erste Achse (9) drehbar gelagert ist
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Achse (9) verschieblich zu der Aufnahme (3) positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Achse (9) parallel zu der Halteposition der Wickelwelle (8) verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung (11) zur Definition einer zweiten Drehachse (10),
mit welcher sich nach Bedarf eine zweite Drehachse (10) für den Hebel (5) definieren lässt.
Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (11) zur Definition einer zweiten Drehachse (12) eine Kurvenscheibe (6) umfasst.
Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kurvenscheibe (6) ihrerseits um eine Achse (12) schwenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vorrichtung (11) zur Definition einer zweiten Drehachse (10) eine Bohrung in dem Hebel (5) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
zumindest einen Anschlag (4, 4'), gegen den der Hebel (5) bei seiner Arbeitsbewegung wirkt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
zumindest einen Spannbacken (3), der mit dem Hebel (5) mit einer Kraft beaufschlagbar ist und mit dem (3) die Wickelwelle (8) festlegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
zumindest einen Zylinder (7), vorzugsweise einen Pneumatikzylinder.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Transportvorrichtung (1, 2), mit welcher die erste Achse (9) relativ zur Welle (8) bewegbar ist.
Verfahren zum Halten einer Wickelwelle (8),
- bei welchem die Wickelwelle (8) In einer Aufnahme (3) festgelegt wird,

- indem zumindest ein Körper (3) in Richtung auf die Wickelwelle (8) angestellt wird,

- wobei eine Drehbewegung eines Hebels (5) um eine erste Achse (9) ausgeführt wird,
gekennzeichnet durch

- die Definition einer zweiten Achse (10)

- und eine Drehbewegung des Hebels (5) um die zweite Achse (10).
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor der Drehbewegung des Hebels (5) um die erste Achse (9) eine Bewegung der ersten Achse (9) in Richtung auf die Wickelwelle (8) erfolgt.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Bewegung der ersten Achse (9) in Richtung auf die Wickelwelle (8) zumindest ein Anschlag (4, 4') und zumindest ein Spannbacken (3) mitbewegt wird.