EP4619331A1 - Hülse zum aufwickeln eines wickelguts und wickelwelle zur aufnahme einer hülse - Google Patents

Hülse zum aufwickeln eines wickelguts und wickelwelle zur aufnahme einer hülse

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Publication number
EP4619331A1
EP4619331A1 EP23793715.6A EP23793715A EP4619331A1 EP 4619331 A1 EP4619331 A1 EP 4619331A1 EP 23793715 A EP23793715 A EP 23793715A EP 4619331 A1 EP4619331 A1 EP 4619331A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sleeve
winding
holding element
workpiece
shaft
Prior art date
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Pending
Application number
EP23793715.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias KÜKENSHÖNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Windmoeller and Hoelscher KG
Original Assignee
Windmoeller and Hoelscher KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Windmoeller and Hoelscher KG filed Critical Windmoeller and Hoelscher KG
Publication of EP4619331A1 publication Critical patent/EP4619331A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B65H75/04—Kinds or types
    • B65H75/08—Kinds or types of circular or polygonal cross-section
    • B65H75/10—Kinds or types of circular or polygonal cross-section without flanges, e.g. cop tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65H75/18—Constructional details
    • B65H75/24—Constructional details adjustable in configuration, e.g. expansible
    • B65H75/242—Expansible spindles, mandrels or chucks, e.g. for securing or releasing cores, holders or packages
    • B65H75/245—Expansible spindles, mandrels or chucks, e.g. for securing or releasing cores, holders or packages by deformation of an elastic or flexible material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B65H75/30—Arrangements to facilitate driving or braking

Definitions

  • the invention relates to a sleeve for winding a winding material according to the preamble of patent claim 1 and to a winding shaft for receiving a sleeve according to the preamble of claim 11.
  • WO 2019/224370 A1 already discloses a generic winding sleeve for winding a winding material within a winding machine.
  • This sleeve comprises a one-piece workpiece that circumscribes a cylinder, the workpiece comprising two edge regions, each with an edge, the edge regions overlapping.
  • the workpiece is elastically deformable, so that the sleeve can be brought from a relaxed state with a first inner diameter to a tensioned state with a second inner diameter and vice versa.
  • the edge regions move relative to one another.
  • the first inner diameter differs from the second inner diameter, with the first inner diameter in particular being smaller than the second inner diameter.
  • the disadvantage is that when the winding is pulled off the sleeve, the sleeve is occasionally pulled off the shaft as well. This system has therefore proven to be unreliable.
  • the second possibility is that the sleeve has holes through which pins held in the shaft engage. However, the edges of these openings are not sufficient to absorb the axial and circumferential forces that act. The edges therefore become damaged after a short time.
  • the object of the present invention is therefore to propose a sleeve and a winding shaft in which the connection between the sleeve and the winding shaft is reliable and has a long service life without damage.
  • At least one holding element is provided for holding the sleeve on a mandrel of the winding machine, wherein the holding element is fixedly arranged in a fastening region on the workpiece and in particular is non-detachably connected to the workpiece.
  • the sleeve comprises an additional holding element, whereby this holding element is a separate component and is permanently connected to the workpiece in the fastening area.
  • the holding element is connected to the workpiece during the manufacture of the sleeve.
  • this makes it possible to connect a stable holding element to the workpiece, whereby the connection is preferably flat.
  • a more durable connection between the workpiece and the winding shaft can be created using such a holding element.
  • the sleeve is in particular only connected to the winding shaft via the holding element. In particular, the sleeve is only via the holding element, when this is connected to the winding shaft, is rotationally and axially immovably connected to the winding shaft.
  • At least one extension region of the holding element extends beyond an axial end of the workpiece in the axial direction.
  • the axial direction is a direction parallel to the main axis of inertia of the sleeve or of the roll wound on the sleeve.
  • the holding element thus has a free region via which the holding element and thus the sleeve can be connected to the winding shaft.
  • the fastening region in which the holding element is connected to the winding shaft thus borders on the workpiece of the sleeve, the workpiece itself only has contact with the winding shaft via the clamping elements of the winding shaft or via the outer surface of the shaft, whereby this contact does not produce a rotationally fixed connection or axial immovability.
  • the extension region can comprise individual plates, which can have an increased thickness compared to the thickness of the material of the workpiece in order to provide the stability required for the connection to the shaft.
  • the holding element is designed as a ring with an interruption.
  • a ring-shaped design of the holding element ensures that the largest possible connection to the workpiece is possible.
  • the interruption of the ring enables the holding element, together with the sleeve, to be brought essentially from the inner diameter to the outer diameter. This means that the movements of the sleeve are followed by the holding element, so that there are no unusual mechanical loads between the sleeve and the holding element.
  • the overlap area of the workpiece is at least partially located within the gap in the ring. This particularly refers to the area of the workpiece that is in the fastening area. This measure again improves the mechanical stresses between the sleeve or the workpiece and the holding element are reduced.
  • the holding element comprises through-openings, in particular through-holes, in the fastening area.
  • through-openings in particular through-holes
  • parts of the workpiece reach through the through-openings. This enables a particularly stable and permanent connection between the workpiece and the holding element.
  • the workpiece comprises carbon fiber reinforced plastics with at least two layers, with the fastening area being arranged between the two layers.
  • the workpiece is therefore made of two layers, which comprise, for example, carbon fiber mats, and is inserted between the areas of the holding element. After the holding element has been inserted, the workpiece is coated with a resin, which then hardens, preferably during a heat treatment, whereby a stable connection can be created between the holding element and the workpiece.
  • the overlap area of the workpiece preferably only exists in the outer layer, so that the overlap area causes as little thickening as possible.
  • the workpiece comprises carbon fiber reinforced plastics, whereby the plastics extend through through-openings in the fastening area.
  • the plastic, in particular the resin can therefore also run through the optional through-openings of the holding element before curing, so that after curing there is an even more stable connection between the holding element and the workpiece.
  • radially extending pins are provided on the extension area of the holding element. This makes it particularly easy to create a particularly strong connection between the sleeve and the winding shaft, which provides immovability in both the axial and the circumferential direction.
  • the pins are evenly distributed over the circumference. This makes it possible for the transmission of the holding forces required to attach the sleeve to the winding shaft to be distributed over the circumference of the sleeve.
  • the holding element is at least partially made of a metal, in particular of steel.
  • Spring steel is particularly preferred.
  • such a material provides the elasticity necessary for the diameter changes.
  • this choice of material ensures high stability.
  • the thickness of the holding element in the fastening area is preferably a maximum of 5 mm, preferably a maximum of 3 mm and in particular a maximum of 1 mm.
  • a winding shaft for receiving a sleeve comprising a cylindrical shaft mandrel and a fastening element with which the holding element of the sleeve can be held immovably relative to the shaft mandrel at least in the axial direction.
  • the fastening element is connected to the shaft dome in a rotationally fixed, axially immovable and detachable manner.
  • a detachable connection can thereby be created that the fastening element can be screwed to the shaft mandrel, for example.
  • the shaft mandrel can comprise a flange to which the fastening element can be fastened, for example screwed.
  • the shaft mandrel can comprise several positions, at each of which a fastening element can be fastened. This makes it possible to fasten several sleeves to a winding mandrel or to optimally position a single sleeve on the winding mandrel depending on the width of the winding material.
  • the fastening element has radially extending recesses on its inner surface, which faces the outer circumference of the shaft dome, for receiving the pins of the sleeve.
  • the recesses can therefore at least partially enclose the pins of the holding element, so that at least some of the pins at least partially rest against the walls of the recesses.
  • an individual recess is dimensioned such that the pin accommodated in this recess can be held essentially immobile within the recess. This allows the best possible transmission of force by a single pin, which can be reinforced compared to the other pins, for example due to a larger diameter, taking over a significant part of the transmission of force.
  • all further recesses in the circumferential direction of the shaft dome have a larger extent than the respective pin that is accommodated in the respective recess. This provides a small degree of displaceability for the pins in the circumferential direction when the sleeve is brought in its diameter from the first inner diameter to the second inner diameter or vice versa.
  • these pins also rest at least partially on the walls of the fastening element when the sleeve is in its tensioned state and contribute to the transmission of force.
  • the object is additionally achieved by a winding machine for winding a winding material, in particular a web-shaped winding material, onto a sleeve which can be held for winding on a winding mandrel, wherein the sleeve is designed according to and/or the winding mandrel is designed according to one of the embodiments described above.
  • FIG. 1 Perspective view of a sleeve according to the invention
  • FIG. 2 Perspective view of a winding shaft according to the invention
  • FIG. 4 As figure 3, but with the sleeve in the tensioned state.
  • Figure 1 shows a perspective view of a sleeve 100.
  • This comprises a workpiece with an outer layer 101, which preferably consists of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Its edges 102 and 103 overlap one another so that they can be displaced against one another when the sleeve is subjected to a radially outwardly directed force from the inside, so that the sleeve and in particular the outer layer 101 of the workpiece have a second inner diameter which is larger than the first inner diameter which the layer 101 assumes when said force is not acting.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the workpiece comprises an inner layer 104, which, however, preferably does not have an overlap, but rather an interruption 105 running in the axial direction A, the width of which is selected such that, when the sleeve is not subjected to the force, the edges of the inner layer 104 just do not touch.
  • a holding element designed as a ring 106 is inserted between the inner layer 104 and the outer layer 101, which essentially occupies the fastening area 107 that extends between the front edge 108 of the workpiece and the broken line 109.
  • the ring 106 also has an interruption 110 in order to be able to follow the changes in the inner diameter, similar to the inner layer.
  • the ring is firmly incorporated between the inner layer 104 and the outer layer and can no longer be moved without causing damage or even removed.
  • a number of plates 112 extend beyond the front edge 108 of the workpiece, which are preferably formed in one piece with the ring 106.
  • Each plate 112 carries a pin 113 extending radially outwards. These pins 113 are firmly connected to the plates, preferably welded, in order to ensure the greatest possible force transmission.
  • FIG. 2 now shows a winding shaft 200 according to the invention, which is suitable for receiving a sleeve 100 according to the invention.
  • This winding shaft 200 comprises a shaft dome 201, on which a flange 202 is fixed, i.e. immovable and non-rotatable relative to the shaft dome.
  • a fastening element 203 is provided, which can be connected to the Flange 202 can be detachably connected, for example by means of screws 204.
  • the fastening element 203 can, as shown, be designed in steps, with the connecting step 205 serving to connect to the flange 202, whereas the receiving step 206 serves to receive the pins 113 of the holding element.
  • the fastening element also comprises a holding step 207.
  • the sleeve 100 To attach the sleeve 100 to the winding shaft, the sleeve is first pushed onto the shaft mandrel 201 in the opposite direction to A. The fastening element 203 is then pushed over the sleeve 100 in the same direction until the fastening element 203 rests against the flange 202. Both are now connected to one another. The pins come into contact with the flange 202 and with the holding step 207, so that movement of the sleeve 100 in or against the axial direction A is avoided.
  • the connecting stage 205 comprises a further connecting ring 301, which is shown in Figure 3.
  • the connecting ring 301 is a fixed, i.e. non-movable, component of the fastening element 203.
  • the pins 113 are located in recesses 302 and 303 of the connecting ring 301.
  • the recesses 303 have a greater extension in the circumferential direction R than the recess 302, the extension of which in the circumferential direction is selected such that it can accommodate the relevant pin 113, in particular with minimal play. This prevents the sleeve from twisting in the circumferential direction of the winding shaft.
  • the fastening element is preferably positioned relative to the sleeve 100 such that the recess 302 is opposite the interruption 110 of the ring 106. As a result, the sleeve expands essentially symmetrically when it is transferred to the tensioned state.
  • the recesses 303 have a greater extent in order to enable a radial displacement of the pins 113.
  • the pins In the relaxed state, which is shown in Figure 3, the pins are positioned close to the first walls of the recesses.
  • Figure 4 shows the situation in which the sleeve has been brought into the tensioned state. Since the individual elements correspond to those in Figure 3, the reference symbols have been omitted for the sake of clarity. It can be seen that the interruption 110 has increased in size and that the pins 113 have moved within the recesses 303 and are now positioned close to the second wall, which is located opposite the first wall.
  • the pins to the left of the interruption and to the right of the interruption also move symmetrically with respect to the axis of symmetry that runs from the interruption to the pin in the recess 302. This means that, regardless of the direction of rotation of the winding shaft, the sleeve cannot move in the circumferential direction relative to the winding shaft.

Landscapes

  • Winding Of Webs (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Hülse (100) zum Aufwickeln eines Wickelguts innerhalb einer Wickelmaschine zu einem Wickel, welche ein einen Zylinder umschreibendes, einstückiges Werkstück umfasst, welches zwei Randbereiche mit jeweils einem Rand (102, 103) umfasst, wobei sich die Randbereiche in einem Überlappungsbereich überlappen, wobei die Hülse (100) von einen entspannten Zustand mit einem ersten Innendurchmesser in einen gespannten Zustand mit einem zweiten Innendurchmesser und umgekehrt bringbar ist, wobei sich der erste Innendurchmesser vom zweiten Innendurchmesser unterscheidet. Zumindest ein Halteelement (106) zum Halten der Hülse (100) an einem Dorn (201) der Wickelmaschine ist vorgesehen, wobei das Halteelement (106) in einem Befestigungsbereich (107) an dem Werkstück fest angeordnet und insbesondere mit dem Werkstück unlösbar verbunden ist.

Description

Hülse zum Aufwickeln eines Wickelguts und Wickelwelle zur Aufnahme einer
Hülse
Die Erfindung betrifft eine Hülse zum Aufwickeln eines Wickelguts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Wickelwelle zur Aufnahme einer Hülse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11 .
Die WO 2019/224370 A1 offenbart bereits eine gattungsgemäße Wickelhülse zum Aufwickeln eines Wickelguts innerhalb einer Wickelmaschine. Diese Hülse umfasst ein einen Zylinder umschreibendes, einstückiges Werkstück, wobei das Werkstück zwei Randbereiche mit jeweils einem Rand umfasst, wobei sich die Randbereiche überlappen. Das Werkstück ist elastisch verformbar, so dass die Hülse von einem entspannten Zustand mit einem ersten Innendurchmesser in einen gespannten Zustand mit einem zweiten Innendurchmesser und umgekehrt bringbar ist. Dabei verschieben sich die Randbereiche relativ zueinander. Der erste Innendurchmesser unterscheidet sich vom zweiten Innendurchmesser, wobei insbesondere der erste Innendurchmesser kleiner ist als der zweite Innendurchmesser. Damit ist es möglich, die Hülse durch in einer Wickelwelle, auf die die Hülse aufgeschoben ist, integrierte Spannelemente vom ersten auf den zweiten Innendurchmesser zu bringen, anschließend das Wickelgut zu einem Wickel aufzuwickeln. Danach kann die Hülse wieder auf den ersten Innendurchmesser gebracht und der Wickel abgezogen werden. Es entsteht dabei ein Wickel ohne Hülse, so dass für eine Hülse, die oft eine Einweghülse ist, keine Kosten anfallen. Die genannte WO 2019/224370 A1 offenbart auch Arten, wie die Hülse an einer Wickelwelle befestigbar ist. Demnach kann die Hülse klemmend an der Welle gehalten werden. Nachteilig ist jedoch, dass beim Abziehen des Wickels von der Hülse gelegentlich auch die Hülse von der Welle abgezogen wird. Dieses System hat sich demnach als nicht betriebssicher herausgestellt. Die zweite Möglichkeit ist, dass die Hülse Bohrungen aufweist, durch welche in der Welle gehalterte Stifte greifen. Jedoch reichen die Ränder dieser Öffnungen nicht aus, um die wirkenden Axialkräfte und Umfangskräfte aufzunehmen. Die Ränder tragen somit nach kurzer Zeit Beschädigungen davon.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hülse und eine Wickelwelle vorzuschlagen, bei denen die Verbindung zwischen Hülse und Wickelwelle betriebssicher ist und eine hohe Standzeit ohne Beschädigungen aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind mögliche Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Halteelement zum Halten der Hülse an einem Dorn der Wickelmaschine vorgesehen, wobei das Halteelement in einem Befestigungsbereich an dem Werkstück fest angeordnet und insbesondere mit dem Werkstück unlösbar verbunden ist.
Demnach umfasst die Hülse neben dem eigentlichen Werkstück, welches der Aufnahme des Wickelguts dient, ein zusätzliches Halteelement, wobei dieses Halteelement ein separates Bauteil ist und dauerhaft mit dem Werkstück in dem Befestigungsbereich verbunden ist. Eine Verbindung des Halteelements mit dem Werkstück erfolgt dabei während der Herstellung der Hülse. Insbesondere ist es damit möglich, ein stabiles Halteelement mit dem Werkstück zu verbinden, wobei die Verbindung vorzugsweise flächig ist. Über ein solches Halteelement kann eine haltbarere Verbindung zwischen dem Werkstück und der Wickelwelle geschaffen werden. Die Hülse ist insbesondere nur über das Halteelement mit der Wickelwelle verbunden. Insbesondere ist die Hülse nur über das Halteelement, wenn dieses mit der Wickelwelle verbunden ist, drehtest und axial unverschieblich mit der Wickelwelle verbunden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich zumindest ein Fortsetzungsbereich des Halteelements über ein axiales Ende des Werkstücks hinaus in die axiale Richtung erstreckt. Die axiale Richtung ist dabei eine Richtung parallel zur Hauptträgsheitsachse der Hülse bzw. des auf der Hülse aufgewickelten Wickels. Das Halteelement hat damit einen freien Bereich, über welchen das Halteelement und damit die Hülse mit der Wickelwelle verbindbar ist. Der Befestigungsbereich, in welchem das Halteelement mit der Wickelwelle verbunden ist, grenzt somit an dem Werkstück der Hülse an, das Werkstück selbst hat lediglich über die Spannelemente der Wickelwelle oder über die Außenoberfläche der Welle Kontakt mit der Wickelwelle, wobei dieser Kontakt keine drehfeste Verbindung und auch keine axiale Unverschieblichkeit erzeugt. Der Fortsetzungsbereich kann einzelne Platten umfassen, welche im Vergleich zur Dicke des Materials des Werkstücks vergrößerte Dicke umfassen kann, um die für die Verbindung mit der Welle notwendige Stabilität bereitzustellen.
Vorteilhaft ist es, wenn das Halteelement als ein eine Unterbrechung umfassender Ring ausgestaltet ist. Eine ringförmige Ausgestaltung des Halteelements sorgt dafür, dass eine möglichst großflächige Verbindung mit dem Werkstück möglich ist. Die Unterbrechung des Rings ermöglicht es, dass das Halteelement zusammen mit der Hülse im Wesentlichen von dem Innendurchmesser auf den Außendurchmesser bringbar ist. Damit werden die Bewegungen der Hülse von dem Halteelement nachvollzogen, so dass es keine außergewöhnlichen mechanischen Belastungen zwischen der Hülse und dem Halteelement gibt.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Überlappungsbereich des Werkstücks zumindest teilweise innerhalb der Unterbrechung des Rings angeordnet ist. Insbesondere ist damit der Bereich des Werkstücks gemeint, der im Befestigungsbereich liegt. Mit dieser Maßnahme werden nochmals die mechanischen Belastungen zwischen der Hülse bzw. dem Werkstück und dem Halteelement reduziert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Haltelement im Befestigungsbereich Durchgangsöffnungen umfasst, insbesondere Durchgangsbohrungen. Insbesondere ist vorgesehen, dass Teile des Werkstücks durch die Durchgangsöffnungen hindurchgreifen. Damit wird eine besonders stabile und dauerhafte Verbindung zwischen dem Werkstück und dem Halteelement ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkstück kohlenstofffaserverstärke Kunststoffe mit zumindest zwei Schichten umfasst, wobei der Befestigungsbereich zwischen den beiden Schichten angeordnet ist. Das Werkstück wird also aus zwei Schichten, die beispielsweise Kohlefasermatten umfassen, zwischen die Bereiche des Halteelements eingebracht sein. Nach dem Einbringen des Halteelements wird das Werkstück mit einem Harz belegt, welches anschließend, vorzugsweise während einer Wärmebehandlung, aushärtet, wodurch eine stabile Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Werkstück erzeugbar ist. Der Überlappungsbereich des Werkstücks besteht vorzugsweise nur in der äußeren Schicht, so dass der überlappende Bereich nur eine möglichst geringe Aufdickung verursacht.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Werkstück kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe umfasst, wobei die Kunststoffe durch Durchgangsöffnungen des Befestigungsbereiches hindurchreichen. Der Kunststoff, insbesondere das Harz, kann also vor der Aushärtung auch in die optionalen Durchgangsöffnungen des Halteelements hindurchlaufen, so dass nach dem Aushärten eine nochmals stabilere Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Werkstück besteht.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn an dem Fortsetzungsbereich des Halteelements sich radial erstreckende Stifte vorgesehen sind. Damit ist es besonders einfach möglich, eine besonders feste Verbindung zwischen der Hülse und der Wickelwelle zu realisieren, die eine Unverschieblichkeit sowohl in axialer als auch in Umgangsrichtung bereitstellt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Stifte gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Damit ist es möglich, dass die Übertragung der Haltekräfte, die für die Befestigung der Hülse an der Wickelwelle notwendig sind, über den Umfang der Hülse verteilt erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halteelement zumindest teilweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Stahl besteht. Besonders bevorzugt ist hierbei ein Federstahl. Mit einem solchen Material ist einerseits eine Elastizität gegeben, die für die Durchmesseränderungen notwendig sind. Andererseits ist durch diese Materialwahl eine hohe Stabilität gewährleistet. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass eine geringe Wandstärke des Metalls bei hoher Festigkeit gewählt werden kann. Dadurch kann die Aufdickung des Werkstücks im Befestigungsbereich reduziert werden. Die Dicke des Halteelements im Befestigungsbereich beträgt vorzugsweise maximal 5 mm, bevorzugt maximal 3 mm und insbesondere maximal 1 mm.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Wickelwelle zur Aufnahme einer erfindungsgemäßen Hülse, umfassend einen zylinderförmigen Wellendom und ein Befestigungselement, mit welchem das Halteelement der Hülse zumindest in axialer Richtung unbeweglich relativ zum Wellendorn haltbar ist.
Damit wird erreicht, dass die Hülse auch beim Abziehen des Wickels in seiner axialen Position verbleibt. Insbesondere wird erreicht, dass die Halterung der Hülse an dem Wellendom auch keinem übermäßigen Verschleiß unterliegt und damit haltbarer ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Befestigungselement drehfest, axial unverschieblich und lösbar mit dem Wellendom verbindbar ist. Eine lösbare Verbindung kann dadurch erzeugt werden, dass das Befestigungselement beispielsweise mit dem Wellendorn verschraubbar ist. Der Wellendom kann einen Flansch umfassen, an welchem das Befestigungselement befestigbar, beispielsweise verschraubbar ist. Insbesondere kann der Wellendom mehrere Positionen umfassen, an welchen jeweils ein Befestigungselement befestigbar ist. Dies ermöglicht es, an einem Wickeldom mehrere Hülsen zu befestigen oder eine einzelne Hülse je nach Breite des Wickelguts optimal auf dem Wickeldom zu platzieren.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Befestigungselement an seiner Innenoberfläche, welche dem Außenumfang des Wellendoms zugewandt ist, sich radial erstreckende Vertiefungen zur Aufnahme der Stifte der Hülse umfasst. Die Vertiefungen können also zumindest zum Teil die Stifte des Halteelements umschließen, so dass sich zumindest ein Teil der Stifte wenigstens teilweise an den Wänden der Vertiefungen anlegt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine einzelne Vertiefung so bemessen ist, dass der in diese Vertiefung aufgenommene Stift im Wesentlichen unbeweglich innerhalb der Vertiefung haltbar ist. Damit kann eine Kraftübertragung bestmöglich dadurch erfolgen, dass ein einzelner Stift, welcher gegenüber den anderen Stiften verstärkt ausgebildet sein kann, beispielsweise aufgrund eines größeren Durchmessers, einen wesentlichen Teil der Kraftübertragung übernimmt.
Ferner ist es vorgesehen, dass alle weiteren Vertiefungen in Umfangrichtung des Wellendoms eine größere Ausdehnung aufweisen als der jeweilige Stift, der in der jeweiligen Vertiefung aufgenommen ist. Damit wird eine kleine Verschiebbarkeit für die Stifte in Umfangsrichtung bereitgestellt, wenn die Hülse in ihrem Durchmesser vom ersten Innendurchmesser auf den zweiten Innendurchmesser gebracht wird oder umgekehrt. Insbesondere ist in diesem Fall vorgesehen, dass auch diese Stifte, wenn die Hülse in ihrem gespannten Zustand sich befindet, zumindest teilweise an den Wänden des Befestigungselements anliegen und zur Kraftübertragung beitragen. Die Aufgabe wird zusätzlich gelöst durch eine Wickelmaschine zum Aufwickeln eines Wickelguts, insbesondere eines bahnförmigen Wickelguts, auf eine Hülse, welche zum Aufwickeln auf einem Wickeldom haltbar ist, wobei die Hülse gemäß und/oder der Wickeldom gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet ist. Damit werden dieselben Vorteile erreicht, die bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hülse und mit der erfindungsgemäßen Wickelwelle beschrieben worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der unter Bezugnahme auf die Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen erläutert sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder beliebige Kombinationen erwähnter Merkmale erfindungswesentlich sein. Im Rahmen der gesamten Offenbarung gelten Merkmale und Einzelheiten, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hülse beschrieben sind, auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wickelwelle und jeweils umgekehrt. Gleiches gilt in Bezug auf die erfindungsgemäße Wickelmaschine, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Aspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Die einzelnen Figuren zeigen:
Fig. 1 Perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hülse
Fig. 2 Perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wickelwelle
Fig. 3 Schnitt durch ein Befestigungselement der Wickelwelle und ein Halteelement der Hülse
Fig. 4 Wie Figur 3, jedoch mit der Hülse in gespanntem Zustand.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Hülse 100. Diese umfasst ein Werkstück mit einer äußere Lage 101 , welche vorzugsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) besteht. Dessen Ränder 102 und 103 überlappen einander, so dass sie gegeneinander verschiebbar sind, wenn die Hülse von innen her mit einer radial nach außen gerichteten Kraft beaufschlagt wird, so dass die Hülse und insbesondere die äußere Lage 101 des Werkstücks einen zweiten Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als der erste Innendurchmesser, den die Lage 101 einnimmt, wenn besagte Kraft nicht wirkt.
Weiterhin umfasst das Werkstück eine innere Lage 104, die jedoch vorzugsweise keine Überlappung aufweist, sondern einen eine in axialer Richtung A verlaufende Unterbrechung 105, dessen Breite so gewählt ist, dass, wenn die Hülse nicht mit der Kraft beaufschlagt ist, sich die Kanten der inneren Lage 104 noch gerade nicht berühren.
Zwischen der inneren Lage 104 und der äußeren Lage 101 ist ein als Ring 106 ausgebildetes Halteelement eingelegt, welcher im Wesentlichen den Befestigungsbereich 107 belegt, der sich zwischen der vorderen Kante 108 des Werkstücks und der unterbrochenen Linie 109 erstreckt. Auch der Ring 106 weist eine Unterbrechung 110 auf, um, ähnlich wie die innere Lage die Änderungen des Innendurchmessers nachvollziehen zu können. Der Ring ist zwischen der inneren Lage 104 und der äußeren Lage fest eingearbeitet und nicht mehr zerstörungsfrei beweglich oder gar entfernbar.
Im Bereich 111 , der sich jenseits des Befestigungsbereichs in Richtung A erstreckt, kann sich noch wenigstens eine weitere Zwischenlage, welche nicht sichtbar ist, befinden.
Über die vordere Kante 108 des Werkstücks hinaus erstrecken sich mehrere, im gezeigten Fall fünf, Platten 112, welche vorzugsweise einstückig mit dem Ring 106 ausgebildet sind. Jede Platte 112 trägt einen sich radial nach außen erstreckenden Stift 113. Diese Stifte 113 sind fest mit den Platten verbunden, vorzugsweise verschweißt, um eine größtmögliche Kraftübertragung sicherstellen zu können.
Die Figur 2 zeigt nun eine erfindungsgemäße Wickelwelle 200, welche geeignet ist, eine erfindungsgemäße Hülse 100 aufzunehmen. Diese Wickelwelle 200 umfasst einen Wellendom 201 , an welchem ein Flansch 202 fest, also relativ zum Wellendom unverschieblich und unverdrehbar, angeordnet ist. Weiterhin ist ein Befestigungselement 203 vorgesehen, welche sich mit dem Flansch 202 lösbar verbinden lässt, beispielsweise mittels Schrauben 204. Das Befestigungselement 203 kann, wie gezeigt, stufenartig ausgebildet sein, wobei die Verbindungsstufe 205 der Verbindung mit dem Flansch 202 dient, wogegen die Aufnahmestufe 206 zur Aufnahme der Stifte 113 des Halteelements. Schließlich umfasst das Befestigungselement noch eine Haltestufe 207.
Zur Befestigung der Hülse 100 auf der Wickelwelle wird die Hülse zunächst entgegen der Richtung A auf den Wellendorn 201 aufgeschoben. Sodann wird das Befestigungselement 203 in gleicher Richtung über die Hülse 100 geschoben, bis das Befestigungselement 203 an dem Flansch 202 anliegt. Beide werden nun miteinander verbunden. Hierbei gelangen die Stifte in Kontakt mit dem Flansch 202 und mit der Haltestufe 207, so dass eine Bewegung der Hülse 100 in oder gegen die axiale Richtung A vermieden wird.
Die Verbindungsstufe 205 umfasst einen weiteren Verbindungsring 301 , welcher in der Figur 3 gezeigt ist. Der Verbindungsring 301 ist fester, also unverschieblicher Bestandteil des Befestigungselements 203. Wenn das Befestigungselement 203 über die Hülse 100 geschoben worden ist, befinden sich die Stifte 113 in Ausnehmungen 302 und 303 des Verbindungsrings 301. Dabei weisen die Ausnehmungen 303 eine größere Erstreckung in Umfangrichtung R auf als die Ausnehmung 302, deren Erstreckung in Umfangsrichtung so gewählt ist, dass sie den betreffenden Stift 113 insbesondere mit minimalem Spiel aufnehmen kann. Damit wird eine Verdrehung der Hülse in Umfangsrichtung der Wickelwelle vermieden. Bevorzugt ist das Befestigungselement so relativ zur Hülse 100 positioniert, dass die Ausnehmung 302 gegenüber der Unterbrechung 110 des Rings 106 liegt. Dadurch dehnt sich die Hülse im Wesentlichen symmetrisch auf, wenn sie in den gespannten Zustand überführt wird.
Die Ausnehmungen 303 weisen dagegen eine größere Erstreckung auf, um eine radiale Verschiebung der Stifte 113 zu ermöglichen. Im entspannten Zustand, der in der Figur 3 gezeigt ist, sind die Stifte nahe erster Wandungen der Ausnehmungen positioniert. Die Figur 4 zeigt die Situation, in der die Hülse in den gespannten Zustand gebracht worden ist. Da die einzelnen Elemente denjenigen der Figur 3 entsprechen, wurde auf die Bezugszeichen der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Zu erkennen ist, dass sich die Unterbrechung 110 vergrößert hat und dass die Stifte 113 sich innerhalb der Ausnehmungen 303 verschoben haben und nun nahe der jeweils zweiten Wandung, welche sich gegenüber der jeweils ersten Wandung befindet, positioniert sind. Aufgrund der bevorzugten symmetrischen Anordnung verschieben sich die Stifte links der Unterbrechung und rechts der Unterbrechung ebenfalls symmetrisch bezogen auf die Symmetrieachse, die von der Unterbrechung zu dem Stift in der Ausnehmung 302 verläuft. Daraus folgt, dass unabhängig von der Drehrichtung der Wickelwelle eine Unverschieblichkeit der Hülse relativ zur Wickelwelle in Umfangsrichtung sichergestellt ist.

Claims

Patentansprüche Hülse zum Aufwickeln eines Wickelguts innerhalb einer Wickelmaschine zu einem Wickel, welche ein einen Zylinder umschreibendes, einstückiges Werkstück umfasst, welches zwei Randbereiche mit jeweils einem Rand umfasst, wobei sich die Randbereiche in einem Überlappungsbereich überlappen, wobei die Hülse von einen entspannten Zustand mit einem ersten Innendurchmesser in einen gespannten Zustand mit einem zweiten Innendurchmesser und umgekehrt bringbar ist, wobei sich der erste Innendurchmesser vom zweiten Innendurchmesser unterscheidet, gekennzeichnet durch zumindest ein Halteelement zum Halten der Hülse an einem Dorn der Wickelmaschine, wobei das Halteelement in einem Befestigungsbereich an dem Werkstück fest angeordnet und insbesondere mit dem Werkstück unlösbar verbunden ist. Hülse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Fortsetzungsbereich des Halteelements über ein axiales Ende des Werkstücks hinaus in die axiale Richtung erstreckt. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement als ein eine Unterbrechung umfassender Ring ausgestaltet ist. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlappungsbereich des Werkstücks zumindest teilweise innerhalb der Unterbrechung des Rings angeordnet ist. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltelement im Befestigungsbereich Durchgangsöffnungen umfasst, insbesondere Durchgangsbohrungen. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück kohlenstofffaserverstärke Kunststoffe mit zumindest zwei Schichten umfasst, wobei der Befestigungsbereich zwischen den beiden Schichten angeordnet ist. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe umfasst, wobei die Kunststoffe durch Durchgangsöffnungen des Befestigungsbereiches hindurchreichen. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fortsetzungsbereich des Halteelements sich radial erstreckende Stifte vorgesehen sind. Hülse nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte gleichmäßig über den Umfang des Halteelements verteilt sind. Hülse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Halteelement zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus einem Stahl besteht. Wickelwelle zur Aufnahme einer Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend einen zylinderförmigen Wellendom und ein Befestigungselement, mit welchem das Halteelement der Hülse zumindest in axialer Richtung unbeweglich relativ zum Wellendom haltbar ist. Wickelwelle nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement drehfest, axial unverschieblich und lösbar mit dem Wellendom verbindbar ist. Wickelwelle nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement an seiner Innenoberfläche, welche dem Außenumfang des Wellendoms zugewandt ist, sich radial erstreckende Vertiefung zur Aufnahme der Stifte der Hülse umfasst. Wickelwelle nach einem der drei vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Vertiefung so bemessen ist, dass der in diese Vertiefung aufgenommene Stift im Wesentlichen unbeweglich innerhalb der Vertiefung haltbar ist. Wickelwelle nach dem vorstehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass alle weiteren Vertiefungen in Umfangrichtung des Wellendom eine größere Ausdehnung aufweisen als der jeweilige Stift, der in der jeweiligen Vertiefung aufgenommen ist. Wickelmaschine zum Aufwickeln eines Wickelgut, insbesondere eines bahnförmigen Wickelguts, auf eine Hülse, welche zum Aufwickeln auf einem Wickeldorn haltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder der Wickeldom nach einem der Ansprüche 11 bis 15 ausgestaltet ist.
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