EP4667399A1

EP4667399A1 - Spannvorrichtung, wickelvorrichtung sowie anlage

Info

Publication number: EP4667399A1
Application number: EP25183715.9A
Authority: EP
Inventors: Xaver Schwarz; Helmut Gumpinger
Original assignee: Brueckner Maschinenbau GmbH
Current assignee: Brueckner Maschinenbau GmbH
Priority date: 2024-06-21
Filing date: 2025-06-18
Publication date: 2025-12-24
Also published as: KR20250179677A; JP2026002814A; DE102024117565A1; MX2025007133A; US20250388423A1; CN121180757A

Abstract

Eine Spannvorrichtung (42, 44) zum Einspannen einer Wickelhülse (30) hat eine Basis (46), einen Spannkopf (48) und einen Sperrmechanismus (50). Der Sperrmechanismus (50) ist zwischen einer Arretierstellung und einer Freigabestellung verstellbar, wobei der Spannkopf (48) gegenüber der Basis (46) zwischen einer ausgefahrenen Stellung und einer eingefahrenen Stellung axial bewegbar ist. Der Sperrmechanismus (50) arretiert in der Arretierstellung den Spannkopf (48) in der ausgefahrenen Stellung axial und bildet einen Festanschlag für den Spannkopf (48).Ferner werden eine Wickelvorrichtung (24) sowie eine Anlage (10) zur Herstellung einer Materialbahn (B) bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Einspannen einer Wickelhülse, eine Wickelvorrichtung zum Auf- bzw. Abwickeln einer flachen Materialbahn sowie eine Anlage zur Herstellung einer Materialbahn.
Bei der Herstellung von Materialbahnen, beispielsweise Kunststofffolien, wird die hergestellte Materialbahn, beispielsweise die Folie, auf einer Wickelhülse zu einem Wickelballen aufgewickelt. Hierbei muss die Länge der Wickelhülse der Breite der Materialbahn entsprechen, um die Materialbahn am Stück aufwickeln zu können.
Der Fortschritt bei Anlagen zur Herstellung von Materialbahnen führt dazu, dass immer breitere Materialbahnen hergestellt werden können, sodass auch die hierzu notwendigen Wickelhülsen länger werden.
Durch längere Wickelhülsen wird jedoch auch das Gesamtgewicht einer Wickelhülse mit vollständig aufgewickeltem Wickelballen deutlich größer, sodass auch die Anforderungen an Wickelvorrichtungen steigen.
Üblicherweise weisen Wickelvorrichtungen zumindest eine Aufnahme mit zwei Spannköpfen auf, die in die Stirnseiten der Wickelhülsen eingreifen und diese spannen. Üblicherweise ist hierbei einer der Spannköpfe in axialer Richtung unbeweglich, und der zweite der Spannköpfe ist beweglich. Der unbewegliche und daher kompakte Spannkopf ist dabei auf der Bedienerseite der Wickelvorrichtung ausgebildet, um den Bediener bei der Bedienung der Wickelvorrichtung möglichst wenig zu behindern.
Wegen des unbeweglichen Spannkopfes ist beim Einsetzen bzw. Entnehmen einer Wickelhülse in die Wickelvorrichtung eine axiale Bewegung der Wickelhülse notwendig, um die Wickelhülse mit dem festen Spannkopf in Eingriff zu bringen. Diese axiale Bewegung führt jedoch besonders bei schweren Wickelhülsen zu axialen Kräften auf die Wickelvorrichtung bzw. das Gestell, sodass das Gestell versteift und vergrößert werden muss. Hierdurch wird jedoch der Bediener bei der Bedienung der Wickelvorrichtung behindert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung, eine Wickelvorrichtung sowie eine Anlage zur Herstellung einer Materialbahn bereitzustellen, die bei besonders langen Wickelhülsen auf der Bedienerseite kompakt ausgeführt sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung zum Einspannen einer Wickelhülse. Die Spannvorrichtung hat eine Basis, einen Spannkopf und einen Sperrmechanismus. Der Sperrmechanismus ist zwischen einer Arretierstellung und einer Freigabestellung verstellbar, und der Spannkopf ist gegenüber der Basis zwischen einer ausgefahrenen Stellung und einer eingefahrenen Stellung axial bewegbar. Der Sperrmechanismus arretiert in der Arretierstellung den Spannkopf in der ausgefahrenen Stellung axial und bildet einen Festanschlag für den Spannkopf.
Durch den axial beweglichen Spannkopf ist es möglich, eine Wickelhülse in die Wickelvorrichtung einzusetzen bzw. zu entnehmen, ohne dass die Wickelhülse in axialer Richtung bewegt werden muss, da die Spannköpfe beidseits einfach aus der Wickelhülse entnommen bzw. in diese eingefahren werden können. Hierdurch werden Kräfte in axialer Richtung auf das Gestell der Wickelvorrichtung verringert, da die Wickelhülse nicht mehr axial verschoben werden muss.
Durch den Sperrmechanismus, der einen Festanschlag für den Spannkopf bildet, kann die Spannvorrichtung besonders kompakt ausgeführt sein, da keine Hilfsmittel, wie große Federpakete, notwendig sind, um den Spannkopf in seiner ausgefahrenen Position zu halten.
Beispielsweise wird unter einem Festanschlag eine Arretierung ohne permanentes aktives Aufbringen einer Kraft verstanden, wie dies zum Beispiel durch eine Feder oder einen permanent aktivierten Aktuator der Fall wäre.
Der Sperrmechanismus ist beispielsweise axial zwischen der Basis und dem Spannkopf, insbesondere dem Eingriffsabschnitt, angeordnet.
Die Basis kann ein Lager sein, zum Beispiel ein Kugellager.
In einer Ausführungsform ist der Sperrmechanismus derart ausgeführt, dass er den Spannkopf in der ausgefahrenen Stellung bis zu einer maximalen Spannkraft von wenigstens 25 kN bis hin zu 30kN sperrt, und/oder er in der Arretierstellung eine axiale Bewegung des Spannkopfes aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung durch eine formschlüssige Arretierung sperrt, wodurch eine zuverlässige Arretierung bzw. ein zuverlässiger Festanschlag bereitgestellt wird.
In einem Aspekt ist der Sperrmechanismus derart ausgeführt, dass seine Länge in axialer Richtung in der Arretierstellung länger ist als in der Freigabestellung, insbesondere wobei ein Längenunterschied zwischen der Arretierstellung und der Freigabestellung der axialen Bewegung des Spannkopfes zwischen ausgefahrener Stellung und eingefahrener Stellung entspricht. Durch die Längenänderung in axialer Richtung kann der Sperrmechanismus zudem äußerst kompakt ausgeführt sein.
Für einen einfachen und kompakten Sperrmechanismus kann der Sperrmechanismus ein erstes Arretierelement und ein zweites Arretierelement aufweisen, wobei das erste Arretierelement und das zweite Arretierelement in der Arretierstellung des Sperrmechanismus in axialer Richtung miteinander formschlüssig verbunden sind, insbesondere wobei sich das erste Arretierelement in Arretierstellung am zweiten Arretierelement in axialer Richtung abstützt.
Beispielsweise liegt das erste Arretierelement in Freigabestellung in axialer Richtung an der Basis an bzw. stützt sich an der Basis axial ab.
In einer Ausgestaltung ist das erste Arretierelement eine Keilwelle und das zweite Arretierelement eine Keilnabe, oder umgekehrt, die in Arretierstellung ineinander eingreifen, insbesondere wobei die Keilwelle und die Keilnabe koaxial zueinander und/oder koaxial zum Spannkopf ausgerichtet sind. Durch die Verwendung einer Welle-Nabe-Verbindung wird eine äußerst beanspruchbare Verbindung und damit Arretierung erreicht.
Die Keilnabe ist insbesondere komplementär zur Keilwelle ausgeführt.
Beispielsweise sind Mitnehmer der Keilwelle bzw. Vorsprünge der Keilnabe in axialer Richtung zum jeweils anderen Arretierelement (in Arretierstellung) hin abgeflacht.
In einer Ausführungsform ist das erste Arretierelement in axialer Richtung am Spannkopf fixiert und/oder drehfest mit dem Spannkopf verbunden, und/oder das zweite Arretierelement stützt sich in axialer Richtung an der Basis ab, wodurch der Spannkopf besonders sicher arretiert werden kann.
Zur vereinfachten Betätigung des Spannkopfes kann die Spannvorrichtung einen Zylinder aufweisen, an dem der Spannkopf fixiert ist, wobei sich der Zylinder durch den Sperrmechanismus, insbesondere durch das erste Arretierelement und das zweite Arretierelement erstreckt.
Der Zylinder ist insbesondere koaxial zum ersten und zweiten Arretierelement und/oder erstreckt sich durch die Basis.
In einer Ausführungsform weist die Spannvorrichtung einen ersten Aktuator zur Betätigung des Sperrmechanismus auf, wobei der Sperrmechanismus durch den ersten Aktuator zwischen der Arretierstellung und der Freigabestellung verstellbar ist, insbesondere wobei der erste Aktuator derart mit dem ersten Arretierelement oder dem zweiten Arretierelement verbunden ist, dass er das entsprechende Arretierelement mit einem Drehmoment beaufschlagen kann. Durch den Aktuator kann der Sperrmechanismus automatisch arretiert werden.
Zur automatischen Betätigung des Spannkopfes kann die Spannvorrichtung einen zweiten Aktuator aufweisen, der mit dem Spannkopf, insbesondere mittels des Zylinders, derart verbunden ist, dass er den Spannkopf mit einer Kraft in axialer Richtung beaufschlagen kann, insbesondere einer Kraft von mehr als 20 kN und/oder bis zu 25 kN.
Beispielsweise kann der zweite Aktuator den Spannkopf zwischen der ausgefahrenen Stellung und der eingefahrenen Stellung bewegen.
Der zweite Aktuator kann ein Hydraulik- oder Elektrozylinder sein.
In einer Ausgestaltung hat der Spannkopf einen konischen Eingriffsabschnitt. Der konische Eingriffsabschnitt führt dazu, dass sich die Wickelhülse auf dem Spannkopf selbst zentriert.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Wickelvorrichtung zum Auf- bzw. Abwickeln einer flachen Materialbahn, insbesondere einer Folie. Die Wickelvorrichtung hat ein Gestell, das wenigstens eine Aufnahme für eine Wickelhülse aufweist. Die wenigstens eine Aufnahme weist eine erste Spannvorrichtung und eine zweite Spannvorrichtung auf, wobei zumindest die erste Spannvorrichtung eine Spannvorrichtung wie zuvor beschrieben ist.
Die zur Spannvorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für die Wickelvorrichtung und umgekehrt.
Die erste und die zweite Spannvorrichtung, insbesondere die jeweiligen Spannköpfe, sind insbesondere koaxial zueinander.
Beispielsweise weist die Wickelvorrichtung wenigstens eine Wickelhülse auf, die von den Spannvorrichtungen drehbar in der Aufnahme gehalten ist.
Die Wickelhülse hat beispielsweise eine Länge von wenigstens 10 m, insbesondere wenigstens 12 m, weiter insbesondere wenigstens 14 m, und/oder ein Gewicht von über 20.000 kg, insbesondere von über 25.000 kg. Daher können auch besonders große bzw. schwere Wickelhülsen verwendet werden. Beispielsweise hat ein Wickelballen, also eine Wickelhülse mit darauf aufgewickelter Materialbahn, ein Gewicht von über 30 t bis zu 34 t oder mehr.
In einer Ausgestaltung ist die zweite Spannvorrichtung eine Spannvorrichtung mit einem axial verstellbaren Spannkopf, insbesondere eine Spannvorrichtung wie zuvor beschrieben.
Beispielsweise weist das Gestell zwei einander gegenüberliegende drehbare Räder auf, wobei zumindest der Spannkopf und der Sperrmechanismus der ersten Spannvorrichtung an einem ersten der Räder und zumindest der Spannkopf der zweiten Spannvorrichtung an einem zweiten der Räder befestigt ist.
Wenn die zweite Spannvorrichtung wie zuvor beschrieben ausgeführt ist, kann auch der Sperrmechanismus am zweiten Rad angeordnet sein.
Um eine Wickelvorrichtung bereitzustellen, die ununterbrochen eine Materialbahn aufnehmen oder abgeben kann, weist das Gestell wenigstens zwei der Aufnahmen auf, insbesondere wobei zumindest die Spannköpfe und die Sperrmechanismen der ersten Spannvorrichtungen der Aufnahmen am ersten Rad und zumindest die Spannköpfe der zweiten Spannvorrichtungen der Aufnahmen am zweiten Rad befestigt sind.
In einer Ausgestaltung ist die erste Spannvorrichtung auf einer Bedienerseite der Wickelvorrichtung angeordnet, wodurch eine noch einfachere Bedienung gewährleistet wird.
Die Basis kann am Gestell, insbesondere am jeweiligen Rad, unbeweglich fixiert und/oder ein Teil des Gestells, insbesondere des jeweiligen Rads, sein, wodurch die Wickelvorrichtung besonders stabil ist.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Anlage zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere eine Folienherstellungsanlage, mit einer Wickelvorrichtung wie zuvor beschrieben.
Die zur Spannvorrichtung und/oder zur Wickelvorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für die Anlage und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht einer Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Wickelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Spannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2: eine schematische Ansicht der Wickelvorrichtung der Anlage gemäß Figur 1 mit einer Spannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3, 4: eine Schnittansicht durch die Spannvorrichtung gemäß Figur 2 mit dem Spannkopf in ausgefahrener bzw. eingefahrener Stellung,
Fig. 5, 6: eine Schnittansicht durch die Spannvorrichtung gemäß Figur 2 mit dem Sperrmechanismus in Arretierstellung bzw. Freigabestellung,
Fig. 7: eine isolierte Explosionsansicht des Sperrmechanismus der Spannvorrichtung gemäß Figur 2, und
Fig. 8: eine nicht erfindungsgemäße Spannvorrichtung der Wickelvorrichtung gemäß Figur 2.

In Figur 1 ist äußerst schematisch eine Anlage 10 zur Herstellung einer Materialbahn B dargestellt, die mehrere verschiedene Anlagen und Vorrichtungen umfasst.
Im gezeigten Beispiel ist die Anlage 10 eine Folienherstellungsanlage, anhand der - ohne Beschränkung des Schutzbereichs - die Erfindung beispielhaft erläutert wird.
In diesem Fall ist die Materialbahn B eine Kunststofffolie. Denkbar ist auch, dass die Materialbahn B eine Papierbahn, eine Textilbahn oder eine Bahn aus einem anderen Gewirk oder Material ist, das verstreckt werden kann.
Im gezeigten Beispiel weist die Anlage 10 eine Extrusionsanlage 12, eine Gießwalzenanlage 14, zumindest eine Reckanlage - wie eine Längsreckanlage 16 (MDO, "Machine Direction Orienter") oder eine Querreckanlage 18 (TDO, "Transverse Direction Orienter") - eine Zugrollenanlage und/oder Randbehandlungseinrichtung 22 sowie eine Wickelvorrichtung 24 auf.
Die hergestellte Folie ist beispielsweise eine biaxial verstreckte Folie, wie Polypropylenfolie (BO-PP), Polyethylenterephthalatfolie (BO-PET), Polyamidfolie (BOPA), Polyethylenfolie (BO-PE), Polyactidfolie (BO-PLA), Kondensatorfolie (BOPP-C) oder Batterieseparatorfolie (BSF).
Zur Herstellung der Kunststofffolie wird mittels der Extrusionsanlage 12 ein Film auf der Kühlwalze einer Gießwalzenanlage 14 erzeugt. Hierzu erzeugt die Extrusionsanlage 12 aus Ausgangsprodukten, wie Granulaten, eine Schmelze, die auf die Kühlwalze aufgetragen wird, wodurch der Film erzeugt wird.
Dieser Film wird als Materialbahn B von der Gießwalzenanlage 14 zur Längsreckanlage 16 gefördert. In der Längsreckanlage 16 wird der Film in Längsrichtung gereckt, um eine Folie zu erhalten.
In der Längsreckanlage 16 läuft der Film über eine Vielzahl an Rollen, die beheizt sind, um den Film auf die gewünschte Temperatur zu bringen, um ihn verstrecken zu können.
Zwischen mindestens zwei der in der Längsreckanlage 16 vorhandenen Rollen findet die Reckung in Längsrichtung, d. h. in Abzugsrichtung, statt, sodass aus dem Film eine Folie wird.
Die erhaltene Folie wird von der Längsreckanlage 16 zur Querreckanlage 18 gefördert und in der Querreckanlage 18 in Querrichtung gereckt.
Die Querreckanlage 18 hat entlang der Abzugsrichtung der Anlage 10 einen Ofen 20 mit verschiedenen (Behandlung-)Zonen zur Behandlung der Folie.
In der ersten Zone, auch Vorheizzone genannt, wird die Folie erwärmt. In der anschließenden zweiten Zone ("Reckzone") wird die Folie in Querrichtung gereckt, sodass sie zum Ende der zweiten Zone eine größere Breite und geringere Dicke aufweist als zu Beginn.
Nach erfolgter Reckung durchläuft die Folie dann die dritte und weitere Zonen ("Wärmebehandlungszone", "Weiterheizzone" und/oder "Annealingzone" genannt), bei der beispielsweise eine Relaxierung der Folie bei hohen Temperaturen erfolgen kann.
Anschließend verläuft die Folie durch eine weitere Zone ("Kühlzone"), wobei die Folie in der letzten Zone abgekühlt wird.
Eine weitere Zone wird Neutralzone genannt und dient zur Trennung von Zonen. Die Neutralzone ist beispielsweise ein leerer Raum ohne Belüftung und befindet sich optionalerweise zwischen den verschiedenen Behandlungszonen.
Die Zonen der Querreckanlagen 18 können auch anders aufgeteilt sein und/oder in ihrer Länge anders ausgeführt sein. Zum Beispiel können weniger oder kürzere Neutralzonen vorgesehen sein oder die Neutralzonen können an anderen Stellen, auch zusätzlich, angeordnet sein. Auch Änderungen an den übrigen Zonen sind denkbar.
Nach der Querreckanlage 18 verläuft die nun biaxial gereckte Folie durch die Zugrollenanlage und/oder Randbehandlungseinrichtung 22 und wird mittels der Wickelvorrichtung 24 aufgewickelt.
Denkbar ist auch, dass die Anlage 10 auf andere Weise ausgebildet ist, beispielsweise dass sie eine Simultanreckanlage 26 als Reckanlage alternativ oder zusätzlich zur Längsreckanlage 16 und/oder zur Querreckanlage 18 mit einem Ofen 20 aufweist.
Figur 2 zeigt die Wickelvorrichtung 24 isoliert und in schematischer Ansicht.
Die gezeigte Wickelvorrichtung 24 dient zum Aufwickeln der Materialbahn B, kann jedoch ebenfalls für das Abwickeln einer solchen Materialbahn B verwendet werden.
Die Wickelvorrichtung 24 hat ein Gestell 28 sowie zwei Wickelhülsen 30, die in dem Gestell 28 eingesetzt sind.
Die Wickelhülse 30 hat beispielsweise jeweils eine Länge von wenigstens 10 m, insbesondere wenigstens 12 m, weiter insbesondere wenigstens 14 m, und/oder ein Gewicht von über 20.000 kg, insbesondere von über 25.000. Beispielsweise hat ein Wickelballen, also eine Wickelhülse mit darauf aufgewickelter Materialbahn B, ein Gewicht von über 30 t bis zu 34 t, oder sogar mehr.
Das Gestell 28 hat zwei Abschnitte, nämlich einen ersten Abschnitt 32 und einen zweiten Abschnitt 34.
Die Abschnitte 32, 34 sind auf verschiedenen Seiten der Materialbahn B angeordnet, wobei der erste Abschnitt 32 auf der Bedienerseite (in Figur 2, links) der Wickelvorrichtung 24 bzw. der Anlage 10 angeordnet ist und der zweite Abschnitt 34 dem ersten Abschnitt 32 gegenüber auf der Antriebsseite der Wickelvorrichtung 24 bzw. der Anlage 10.
Das Gestell 28 hat zudem ein erstes Rad 36, das am ersten Abschnitt 32 vorgesehen ist, und ein zweites Rad 38, das am zweiten Abschnitt 34 vorgesehen ist. Die Räder 36, 38 sind koaxial zueinander ausgerichtet und gegenüber dem übrigen Gestell 28 drehbar.
Durch die Räder 36, 38 werden zwei Aufnahmen 40 für die Wickelhülsen 30 gebildet, wobei jede Aufnahme 40 eine erste Spannvorrichtung 42 und eine zweite Spannvorrichtung 44 aufweist. Die erste Spannvorrichtung 42 jeder der Aufnahmen 40 ist dabei am ersten Rad 36 des ersten Abschnitts 32 befestigt, und die jeweils zweite Spannvorrichtung 44 ist am zweiten Rad 38 des zweiten Abschnitts 34 des Gestells 28 befestigt.
Die ersten Spannvorrichtungen 42 sind somit auf der Bedienerseite vorgesehen und die zweiten Spannvorrichtungen 44 auf der Antriebsseite der Wickelvorrichtung 24.
Nachfolgend wird lediglich eine der ersten Spannvorrichtungen 42 beispielhaft beschrieben. Die übrigen ersten Spannvorrichtungen 42 sind identisch ausgeführt.
Die erste Spannvorrichtung 42 weist eine Basis 46, einen Spannkopf 48, einen Sperrmechanismus 50, einen ersten Aktuator 52, einen zweiten Aktuator 54, einen Zylinder 56 sowie eine Abdeckung 58 auf.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Basis 46, der Spannkopf 48, der Sperrmechanismus 50, der Zylinder 56 und die Abdeckung 58 am ersten Rad 36 vorgesehen. Der erste Aktuator 52 und der zweite Aktuator 54 können ebenfalls am ersten Rad 36 befestigt sein oder aber fest mit den statischen Teilen des Gestells 28 verbunden sein.
Die Figuren 3 und 4 zeigen die erste Spannvorrichtung 42 in einer Schnittansicht am ersten Rad 36 in ausgefahrener Stellung des Spannkopfes 48 bzw. in eingefahrener Stellung des Spannkopfes 48.
Wie in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist, weist das erste Rad 36 im Bereich der ersten Spannvorrichtung 42 eine Öffnung auf.
Die Öffnung des ersten Rads 36 bzw. die Rotationsachse des ersten Rads 36 definiert die Axialrichtung A der Wickelvorrichtung 24.
Durch die Öffnung erstreckt sich die Basis 46, die als Lager, z.B. Kugellager, ausgeführt ist und die mit dem ersten Rad 36 verbunden ist, insbesondere drehfest.
Denkbar ist auch, dass die Basis 46 ein Teil des ersten Rads 36, also ein Teil des Gestells 28 ist.
Durch die Öffnung und die Basis 46 hindurch erstreckt sich der Zylinder 56 in axialer Richtung A.
An dem dem zweiten Rad 38 zugewandten Ende ist am Zylinder 56 der Spannkopf 48 befestigt, insbesondere drehfest.
Der Spannkopf 48 hat an seinem dem zweiten Rad 38 zugewandten Ende einen konischen Eingriffsabschnitt 60, dessen Durchmesser zum ersten Rad 36 hin zunimmt.
Der Eingriffsabschnitt 60 ist in an sich bekannter Weise dazu ausgebildet, in eine der Wickelhülsen 30 einzugreifen und mit dieser verspannt zu werden.
Der Spannkopf 48 kann mittels des zweiten Aktuators 54 in axialer Richtung bewegt werden. Hierzu ist der zweite Aktuator 54 mit dem Zylinder 56 verbunden und kann diesen in axialer Richtung vor- und zurückbewegen, sodass sich auch der Spannkopf 48 vor- und zurückbewegt. Auf diese Weise kann der Spannkopf 48 eine ausgefahrene Stellung sowie eine eingefahrene Stellung einnehmen, wobei der Abstand a zwischen der Stirnfläche des Spannkopfes 48 und dem ersten Rad 36 in der ausgefahrenen Stellung größer ist als in der eingefahrenen Stellung.
Der Hub, d.h. der Unterschied des Abstandes a zwischen der ausgefahrenen Stellung und der eingefahrenen Stellung, beträgt zwischen 5 und 20 cm, insbesondere 10 cm.
Der zweite Aktuator 54 ist beispielsweise ein Hydraulikzylinder oder ein Elektrozylinder.
Axial zwischen dem Spannkopf 48 und dem ersten Rad 36 ist der Sperrmechanismus 50 angeordnet.
Der Sperrmechanismus 50 weist ein erstes Arretierelement 62 und ein zweites Arretierelement 64 auf.
Das zweite Arretierelement 64 stützt sich in axialer Richtung A an der Basis 46 ab und ist drehbar gegenüber der Basis 46 gelagert.
Die Abdeckung 58 der ersten Spannvorrichtung 42 deckt das zweite Arretierelement 64 in radialer Richtung ab. Diese ist ebenfalls an der Basis 46 oder am ersten Rad 36 befestigt.
Der Sperrmechanismus 50, also das erste Arretierelement 62 und das zweite Arretierelement 64 sind ebenfalls hohl ausgeführt, und der Zylinder 56 erstreckt sich durch das erste Arretierelement 62 und das zweite Arretierelement 64, insbesondere koaxial.
Der Sperrmechanismus 50 kann eine Arretierstellung und eine Freigabestellung einnehmen, wobei der Sperrmechanismus 50 in axialer Richtung in der Arretierstellung eine größere Länge in axialer Richtung hat als in der Freigabestellung. Dieser Längenunterschied entspricht insbesondere dem Hub des Spannkopfes 48, also der Länge der axialen Bewegung des Spannkopfes zwischen ausgefahrener Stellung und eingefahrener Stellung.
Die Figuren 5 und 6 zeigen einen Schnitt durch den Sperrmechanismus 50 entlang der Linien V-V der Figur 3 bzw. der Linie VI-VI der Figur 4, wobei sich der Sperrmechanismus 50 in der in Figur 5 gezeigten Stellung in der Arretierstellung und in Figur 6 in der Freigabestellung befindet.
Figur 7 zeigt den Sperrmechanismus 50, im Beispiel also das erste Arretierelement 62 und das zweite Arretierelement 64 isoliert in einer Explosionsansicht.
Gut zu erkennen ist in Figur 7, dass in dieser Ausführungsform das erste Arretierelement 62 eine Keilwelle 66 und das zweite Arretierelement 64 eine Keilnabe 68 ist. Denkbar ist auch, dass das erste Arretierelement die Keilnabe ist und das zweite Arretierelement die Keilwelle.
Die Keilwelle 66 weist mehrere Mitnehmer 70 auf, die sich über ihren Umfang verteilt in radialer Richtung nach außen erstrecken. Im gezeigten Beispiel weist die Keilwelle 66 sechs Mitnehmer 70 auf, die gleichmäßig über ihren Umfang verteilt sind.
Die Mitnehmer 70 der Keilwelle 66 sind zur Keilnabe 68 hin abgeflacht.
Die Keilnabe 68 ist komplementär zur Keilwelle 66 ausgeführt.
Die Keilnabe 68 weist an ihrer Innenwandung Nuten 72 auf, die komplementär zu den Mitnehmern 70 ausgebildet sind. Die Nuten 72 erstrecken sich in axialer Richtung A durch die Keilnabe 68. Im gezeigten Beispiel weist die Keilnabe 68 sechs Nuten 72 auf.
Zwischen den Nuten 72 ist in Umfangsrichtung jeweils einen Vorsprung vorgesehen, der zur Keilwelle 66 hin, d.h. in Richtung zum zweiten Rad 38 hin, abgeflacht ist.
Das erste Arretierelement 62, hier also die Keilwelle 66, ist in axialer Richtung mit dem Spannkopf 48 verbunden. Dies kann direkt erfolgen, beispielsweise durch eine Verschraubung oder auch indirekt durch eine Befestigung am Zylinder 56.
Das erste Arretierelement 62, im Beispiel also die Keilwelle 66, und der Spannkopf 48 sind insbesondere drehfest aneinander befestigt.
Im Folgenden wird zur Vereinfachung teilweise nur auf die Keilwelle 66 bzw. Keilnabe 68 Bezug genommen, wobei hierunter allgemeiner das erste Arretierelement 62 bzw. zweite Arretierelement 64 zu verstehen sind, auch wenn diese nicht als Nabe bzw. Welle ausgeführt sind.
Der erste Aktuator 52 ist derart mit der Keilnabe 68 verbunden, dass er die Keilnabe 68 gegenüber der Basis 46 und damit auch gegenüber der Keilwelle 66 verdrehen kann. Hierzu kann an der Keilnabe 68 ein radialer Stift 74 befestigt oder ausgeformt sein, wie er in den Figuren 5 und 6 zu sehen ist.
Die Verdrehung der Keilnabe 68 gegenüber der Keilwelle 66 erfolgt zwischen der Arretierstellung und der Freigabestellung.
In der Arretierstellung, die in den Figuren 3 und 5 zu sehen ist, fluchten die Mitnehmer 70 der Keilwelle 66 mit den Vorsprüngen der Keilnabe 68. Zudem ist die Keilwelle 66 aus der Keilnabe 68 axial herausgefahren. In dieser Stellung kann die Keilwelle 66 nicht in die Keilnabe 68 eingeführt werden, da zwischen den Mitnehmern 70 der Keilwelle 66 und den Vorsprüngen der Keilnabe 68 nun eine formschlüssige Verbindung besteht.
Werden nun das erste Arretierelement 62 und das zweite Arretierelement 64 gegeneinander verdreht, beispielsweise durch Drehung der Keilnabe 68, fluchten die Mitnehmer 70 der Keilwelle 66 nun mit den Nuten 72 der Keilnabe 68.
Die formschlüssige Verbindung ist aufgehoben, und die Keilwelle 66 kann nun in axialer Richtung in die Keilnabe 68 hineinbewegt werden. Dabei greifen die Mitnehmer 70 in die Nuten 72 ein.
Dies entspricht der Freigabestellung, da eine axiale Relativbewegung zwischen dem ersten Arretierelement 62 und dem zweiten Arretierelement 64, also zwischen der Keilwelle 66 und der Keilnabe 68, nun möglich ist.
Mithilfe des Sperrmechanismus 50 kann der Spannkopf 48 wie folgt in seiner ausgefahrenen Stellung arretiert werden, um eine Wickelhülse 30 einzuspannen.
Ausgehend von der in Figur 4 gezeigten eingefahrenen Stellung wird zunächst eine Wickelhülse koaxial zum Spannkopf 48 vor dem Spannkopf 48, d.h. zwischen der ersten und der zweiten Spannvorrichtung 42, 44, platziert.
Anschließend wird der Spannkopf 48 mittels des zweiten Aktuators 54 mit einer Kraft in axialer Richtung A beaufschlagt, sodass sich der Spannkopf 48 auf die Wickelhülse 30 zubewegt und in die Wickelhülse 30 eingreift. Der zweite Aktuator 54 kann den Spannkopf 48 mit einer Kraft von mehr als 20 kN und/oder mit einer Kraft bis zu 25 kN beaufschlagen.
Hierbei zentriert der konische Eingriffsabschnitt 60 die Wickelhülse 30 gegenüber dem Spannkopf 48 und dem Zylinder 56. Nun ist die ausgefahrene Stellung des Spannkopfes 48 erreicht.
Bei der axialen Bewegung des Spannkopfes 48 wird auch das erste Arretierelement 62, also die Keilwelle 66, in axialer Richtung bewegt und aus dem zweiten Arretierelement 64, d.h. der Keilnabe 68, herausgefahren.
Aufgrund des Gewichtes der Wickelhülse 30 muss der zweite Aktuator 54 zunächst die notwendige Kraft aufbringen, um den Spannkopf 48 in seiner ausgefahrenen Position zu halten.
Zur Arretierung des Spannkopfes 48 in der ausgefahrenen Position wird nun der Sperrmechanismus 50 betätigt.
Hierbei verdreht der erste Aktuator 52 das erste Arretierelement 62 und das zweite Arretierelement 64, d.h. die Keilwelle 66 und die Keilnabe 68 relativ zueinander.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beaufschlagt der erste Aktuator 52 die Keilnabe 68 mit einem Drehmoment, sodass sich diese gegenüber der Keilwelle 66 verdreht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verdrehung um etwa 30°.
Die Mitnehmer 70 der Keilwelle 66 fluchten nun mit den Vorsprüngen der Keilnabe 68, und der zweite Aktuator 54 wird ausgeschaltet.
Anschließend beaufschlagt die andere der Spannvorrichtungen 44, 42, beispielsweise die zweite Spannvorrichtung 44 auf der Antriebsseite, die Wickelhülse 30 mit einer axialen Kraft in Richtung der gegenüberliegenden Spannvorrichtung 42, 44 hin. Dadurch wird auch der Spannkopf 48 und damit das erste Arretierelement 62, also die Keilwelle 66, mit einer axialen Kraft in Richtung der Keilnabe 68 beaufschlagt.
Dadurch bewegt sich die Keilwelle 66 auf die Keilnabe 68 zu, wodurch die Nuten 72 an die Vorsprünge anschlagen und ein Einschieben der Keilwelle 66 in die Keilnabe 68 verhindern.
Die Keilwelle 66 stützt sich somit an der Keilnabe 68 in axialer Richtung ab, wodurch sich auch der Spannkopf 48 an der Keilnabe 68 abstützt. Der Spannkopf 48 ist somit in seiner ausgefahrenen Stellung arretiert. Auf diese Weise können Spannkräfte von wenigstens 25 kN bis hin zu 30kN durch den Sperrmechanismus 50 aufgenommen werden.
Die Abflachungen der Mitnehmer 70 bzw. Vorsprünge vergrößern hierbei die Verspannung und sorgen so für mehr Stabilität.
Es besteht somit ein Formschluss zwischen dem ersten Arretierelement 62 und dem zweiten Arretierelement 64, der verhindert, dass der Spannkopf 48 von seiner ausgefahrenen Stellung zurück in die eingefahrene Stellung bewegt werden kann. Der Sperrmechanismus 50 bildet dabei einen Festanschlag für den Spannkopf 48, der ohne aktives Aufbringen einer permanenten Kraft, beispielsweise durch den zweiten Aktuator 54 oder durch Federn, den Spannkopf 48 zuverlässig in der ausgefahrenen Position hält.
Auf diese Weise wird eine besonders zuverlässige, passive und auch zugleich platzsparende erste Spannvorrichtung 42 bereitgestellt.
Die zuvor beschriebene erste Spannvorrichtung 42 kann in der Wickelvorrichtung 24 auch als zweite Spannvorrichtung 42 am zweiten Rad 38 ausgebildet sein.
Jeweils eine erste Spannvorrichtung 42 und eine zweite Spannvorrichtung 44 bilden eine der Aufnahmen 40, wobei die Spannköpfe 48 der Spannvorrichtungen 42, 44 der gleichen Aufnahme 40 koaxial zueinander ausgebildet sind.
Die in einer Aufnahme 40 aufgenommene Wickelhülse 30 wird somit von den Spannköpfen 48 der jeweiligen ersten Spannvorrichtung 42 und der zweiten Spannvorrichtung 44 drehbar in der Aufnahme gehalten. Zugleich sind die Spannköpfe 48 beide in axialer Richtung bewegbar, sodass zum Entnehmen und Einsetzen einer Wickelhülse 30 in die Aufnahme 40 beide Spannköpfe 48 aus der Wickelhülse 30 hinaus- bzw. hineingefahren werden können, ohne dass die Wickelhülse 30 selbst in axialer Richtung bewegt werden muss.
Auf diese Weise wird das Wechseln der Wickelhülse 30 stark vereinfacht, insbesondere wenn diese mit einem Wickelballen der Materialbahn B beladen ist.
In einer anderen Ausführungsform können die zweiten Spannvorrichtungen 44 wie in Figur 8 dargestellt ausgebildet sein. Die zweite Spannvorrichtung 44 gemäß Figur 8 weist ebenfalls einen axial verstellbaren Spannkopf 48 mit Zylinder 56 auf, der am zweiten Rad 38 befestigt ist, wobei sich der Zylinder 56 durch das zweite Rad 38 erstreckt.
Die zweite Spannvorrichtung 44 weist zusätzlich einen Hydraulikzylinder 78 mit einer Kolbenstange 80 auf, an dem ein Federpakt 76 befestigt ist. Im Hydraulikzylinder 78 ist zudem eine Klemmvorrichtung 82 vorgesehen, die die Kolbenstange 80 in einer Position arretieren kann.
Der Kolben 80 ist mit dem Zylinder 56 verbunden, sodass der Zylinder 56 und somit auch der Spannkopf 48 durch den Hydraulikzylinder 78 der Spannvorrichtung 44 in axialer Richtung verstellt werden können.
Zum Spannen wird der Hydraulikzylinder 78 betätigt, um den Spannkopf 48 in die Wickelhülse 30 zu fahren.
Nachdem der Spannkopf 48 vollständig in die Wickelhülse 30 eingefahren ist, bleibt der Hydraulikzylinder 78 weiter betätigt, wodurch das Federpaket 76 nun gegen den Zylinder 56 bzw. eine Befestigung des Zylinders gepresst wird und dadurch gespannt wird. Der Hydraulikzylinder 78 bleibt betätigt, bis das Federpaket 76 so weit gespannt ist, bis es eine voreingestellte Kraft aufweist.
Ist die vorbestimmte Kraft erreicht, wird die Klemmvorrichtung 82 betätigt und die Kolbenstange 80 arretiert. Der Hydraulikzylinder 78 kann nun abgeschaltet werden, sodass die Spannkraft nur über das Federpaket 76 aufrecht erhalten wird.
Die Spannvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform hat somit keinen Sperrmechanismus, der einen Festanschlag für den Spannkopf bildet, da das Federpaket 76 keinen Festanschlag bildet. Vielmehr bringt das Federpaket 76 permanent aktiv eine Kraft auf, um den Spannkopf 48 in seiner ausgefahrenen Position zu halten und um die Kraft in axialer Richtung aufrecht zu erhalten, die erforderlich ist, um ein Drehmoment über die (Konus-)Verbindung zwischen dem Spannkopf 48 und der Wickelhülse 30 übertragen zu können.
Wenn der Spannkopf 48 vollständig in die Wickelhülse 30 eingefahren ist, kann ein Drehmoment mittels des Spannkopfs 48 auf die Wickelhülse 30 übertragen werden. Die Wickelhülse 30 kann dann mittels eines Motors 84, beispielsweise einem Elektromotor, rotiert werden.
Der Motor 84 ist mit dem Spannkopf 48 drehfest verbunden und dazu eingerichtet, den Spannkopf 48 in Rotation zu versetzen, sodass die darauf gespannte Wickelhülse 30 in Rotation versetzt wird.
Beispielsweise ist der Spannkopf 48 drehbar auf dem Zylinder 56 gelagert.
Auf gleiche Weise kann die Wickelhülse 30 der ersten Ausführungsform rotiert werden.

Claims

Spannvorrichtung zum Einspannen einer Wickelhülse (30), mit einer Basis (46), einem Spannkopf (48) und einem Sperrmechanismus (50),
wobei der Sperrmechanismus (50) zwischen einer Arretierstellung und einer Freigabestellung verstellbar ist,

wobei der Spannkopf (48) gegenüber der Basis (46) zwischen einer ausgefahrenen Stellung und einer eingefahrenen Stellung axial bewegbar ist, und

wobei der Sperrmechanismus (50) in der Arretierstellung den Spannkopf (48) in der ausgefahrenen Stellung axial arretiert und einen Festanschlag für den Spannkopf (48) bildet.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (50) derart ausgeführt ist, dass er den Spannkopf (48) in der ausgefahrenen Stellung bis zu einer maximalen Spannkraft von wenigstens 25 kN bis zu 30 kN sperrt; er in der Arretierstellung eine axiale Bewegung des Spannkopfes (48) aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung durch eine formschlüssige Arretierung sperrt; und/oder dass seine Länge in axialer Richtung (A) in der Arretierstellung länger ist als in der Freigabestellung, insbesondere wobei ein Längenunterschied zwischen der Arretierstellung und der Freigabestellung der axialen Bewegung des Spannkopfes (48) zwischen ausgefahrener Stellung und eingefahrener Stellung entspricht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrmechanismus (50) ein erstes Arretierelement (62) und ein zweites Arretierelement (64) aufweist, wobei das erste Arretierelement (62) und das zweite Arretierelement (64) in der Arretierstellung des Sperrmechanismus (50) in axialer Richtung (A) miteinander formschlüssig verbunden sind, insbesondere wobei sich das erste Arretierelement (62) in Arretierstellung am zweiten Arretierelement (64) in axialer Richtung abstützt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arretierelement (62) eine Keilwelle (66) und das zweite Arretierelement (64) eine Keilnabe (68) ist, oder umgekehrt, die in Arretierstellung ineinander eingreifen, insbesondere wobei die Keilwelle (66) und die Keilnabe (68) koaxial zueinander und/oder koaxial zum Spannkopf (48) ausgerichtet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arretierelement (62) in axialer Richtung (A) am Spannkopf (48) fixiert ist und/oder drehfest mit dem Spannkopf (48) verbunden ist, und/oder dass sich das zweite Arretierelement (64) in axialer Richtung (A) an der Basis (46) abstützt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (42, 44) einen Zylinder (56) aufweist, an dem der Spannkopf (48) fixiert ist, wobei sich der Zylinder (56) durch den Sperrmechanismus (50), insbesondere durch das erste Arretierelement (62) und das zweite Arretierelement (64) erstreckt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (42, 44) einen ersten Aktuator (52) zur Betätigung des Sperrmechanismus (50) aufweist, wobei der Sperrmechanismus (50) durch den ersten Aktuator (52) zwischen der Arretierstellung und der Freigabestellung verstellbar ist, insbesondere wobei der erste Aktuator (52) derart mit dem ersten Arretierelement (62) oder dem zweiten Arretierelement (64) verbunden ist, dass er das entsprechende Arretierelement (62, 64) mit einem Drehmoment beaufschlagen kann.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (42, 44) einen zweiten Aktuator (54) aufweist, der mit dem Spannkopf (48), insbesondere mittels des Zylinders (56), derart verbunden ist, dass er den Spannkopf (48) mit einer Kraft in axialer Richtung (A) beaufschlagen kann, insbesondere einer Kraft von mehr als 20 kN und/oder bis zu 25 kN.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (48) einen konischen Eingriffsabschnitt (60) hat.
Wickelvorrichtung zum Auf- bzw. Abwickeln einer flachen Materialbahn (B), insbesondere einer Folie, mit einem Gestell (28), das wenigstens eine Aufnahme (40) für eine Wickelhülse (30) aufweist,
wobei die wenigstens eine Aufnahme (40) eine erste Spannvorrichtung (42) und eine zweite Spannvorrichtung (44) aufweist, wobei zumindest die erste Spannvorrichtung (42) eine Spannvorrichtung (42) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelvorrichtung (24) wenigstens eine Wickelhülse (30) aufweist, insbesondere wobei die Wickelhülse (30) eine Länge von wenigstens 10 m, insbesondere wenigstens 12 m, weiter insbesondere wenigstens 14 m hat, und/oder ein Gewicht von über 20.000 kg, insbesondere von über 25.000 kg hat.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannvorrichtung (44) eine Spannvorrichtung (44) mit einem axial verstellbaren Spannkopf ist, insbesondere eine Spannvorrichtung (42, 44) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (28) zwei einander gegenüberliegende drehbare Räder (36, 38) aufweist, wobei zumindest der Spannkopf (48) und der Sperrmechanismus (50) der ersten Spannvorrichtung (42) an einem ersten der Räder (36) befestigt sind, und zumindest der Spannkopf (48) der zweiten Spannvorrichtung (44) an einem zweiten der Räder (38) befestigt ist,
insbesondere wobei das Gestell (28) wenigstens zwei der Aufnahmen (40) aufweist, insbesondere wobei zumindest die Spannköpfe (48) und die Sperrmechanismen (50) der ersten Spannvorrichtungen (42) der Aufnahmen (40) am ersten Rad (36) und zumindest die Spannköpfe (48) der zweiten Spannvorrichtungen (44) der Aufnahmen (40) am zweiten Rad (38) befestigt sind.
Wickelvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannvorrichtung (42) auf einer Bedienerseite der Wickelvorrichtung (24) angeordnet ist, und/oder wobei die Basis (46) am Gestell (28), insbesondere am jeweiligen Rad (36, 38), unbeweglich fixiert ist und/oder ein Teil des Gestells (28), insbesondere des jeweiligen Rads (36, 38), ist.
Anlage zur Herstellung einer Materialbahn (B), insbesondere Folienherstellungsanlage, mit einer Wickelvorrichtung (24) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14.