DE19709078A1 - Friktionswickelwelle - Google Patents
FriktionswickelwelleInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einer Wickelwelle zum Auf
wickeln bandförmiger Materialien auf Wickelkerne mit einer
angetriebenen Kernwelle, Friktionselementen, welche die
Kernwelle in ringförmiger Anordnung umgeben, und radial
wirkenden Spannelementen, die in Betriebsstellung einen
Reibschluß zwischen von der Kernwelle mitgenommenen Reib
elementen und den Friktionselementen herstellen, durch den
unter Schlupf Drehmoment von der Kernwelle auf die Frikti
onselemente übertragbar ist, wobei die Friktionselemente
nach außen beweglich sind, um im Betrieb eine drehstarre
Verbindung zwischen den Friktionselementen und dem Wickel
kern herzustellen.
Beim Aufwickeln mehrerer Wickel bandförmiger Materialien
(Polyester-, PP-, Metallfolien u. a.) auf einer Wickelwelle
werden mit Friktionselementen bestückte Kernwellen benö
tigt, um die einzelnen Wickel kinematisch zu entkoppeln und
um definierte Drehmomente aufbringen zu können. Damit soll
erreicht werden, daß alle Wickel, unabhängig von ihrer je
weiligen Bandbreite, mit spezifisch gleichen Bahnzügen be
lastet werden, um Faltenbildung und Verspannung innerhalb
der Schneidemaschine sowie die Zerstörung einzelner Materi
albänder zu vermeiden.
Es sind Lösungen bekannt, bei welchen Friktionselemente auf
einer Welle axial eingespannt und über Reibringe mitge
nommen werden. Jedes einzelne Friktionselement trägt eine
Einrichtung zum Spannen der Wickelkerne. Diese Konstruktio
nen sind oft sehr aufwendig, erfordern viel Raum und können
bei kleinen Kerndurchmessern nur schwer realisiert werden.
Die DE 40 09 849 zeigt eine der Konstruktionen, wobei jedem
Friktionselement auch eine aufwendige Andruckeinrichtung
zugeordnet ist.
Um bei unterschiedlichen Wickelbreiten stets spezifisch
gleiche Bahnzüge zu erhalten, muß die Wickelwelle sehr
dicht mit Friktionselementen bestückt sein. Breite Wickel
müssen dabei von mehreren Friktionselementen angetrieben
werden, wobei die Mitnahme des Wickelkerns über jede ein
zelne mechanische Spanneinrichtung der Friktionselemente
nicht sicher gewährleistet ist. Gewickelte Rollen, die über
mehrere Friktionselemente angetrieben werden, können oft
nur schwer von den Spanneinrichtungen getrennt und von der
Wickelwelle genommen werden. In der DE 38 04 650 ist, um
die Wickelkerne zu spannen, jedes Friktionselement mit ei
nem pneumatisch beaufschlagbaren Ringelement versehen. Dies
führt zu erheblichen Problemen mit der Luftversorgung.
Außerdem kann sich zwischen Ringelement und Wickelkern Ab
rieb bilden, falls bei nur teilweiser Überlappung die
Spannfläche nicht ausreicht, das Drehmoment zu übertragen.
Des weiteren sind Wickelwellen mit Friktionselementen be
kannt, bei denen ein Druckelement in der Welle mit einer
Normalkraft in radialer Richtung beaufschlagt wird, um ein
Reibmoment zu erzeugen. Die DE 35 19 380 zeigt eine Lösung,
bei der das Reibmoment direkt zwischen Wickelkern und
Klemmstück erzeugt wird. Durch die Gleitbewegung direkt am
Wickelkerninnendurchmesser benötigt der Wickelkern auch
eine axiale Führung, z. B. durch die dort beschriebene An
lagestufe. Da die Wickelkerne oft aus Pappe bestehen, ist
mit erheblichem Abrieb zu rechnen, der in vielen Fällen die
Gebrauchstauglichkeit des Wickelgutes zerstören kann. Un
günstig ist auch, daß die Klemmstücke exakt auf die Kern
längen abgestimmt sein müssen. Eine Änderung der zu produ
zierenden Breiten erfordert eine Umbestückung der Wickel
welle.
Eine andere Lösung beschreibt die europäische Patentanmel
dung 0 429 876. Die Einspannung des Wickelkerns wird durch
Klemmkörper bewirkt, die infolge der Drehbewegung der Kern
welle sich auf einer exzentrisch verlaufenden Bahn bewegen
und an den Kern gedrückt werden. Die Höhe der radialen An
preßkraft ist dabei von der Höhe des übertragenen Drehmo
ments abhängig. Je nach Auslegung des Exzenters ist die
Mitnahme nicht sicher gewährleistet, oder es treten durch
Selbsthemmung Schwierigkeiten beim Lösen des Wickels auf.
Oftmals sind diese Systeme auch nur für eine Drehrichtung
verwendbar.
Eine weitere Ausführungsform mit radialen Friktionselemen
ten ist in dem G 89 09 225.2 gezeigt. Auch hier wird der
Wickelkern über Klemmkörper (Kugeln) mitgenommen. Die Pro
blematik der Drehmomentübertragung und der Entnahme der
fertigen Rolle stellt sich wie oben dar. Das System ist nur
für eine Drehrichtung geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine im Aufbau
einfache Wickelwelle zu schaffen, die zuverlässig eine
schlupffreie Mitnahme des Wickelkerns mit einem bestimmten
Drehmoment gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wickelwelle der
eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welcher die Spann
elemente mittels der von ihnen aufgebrachten Radialkräfte
über die Reibelemente die Friktionselemente radial nach
außen bewegen und in Anlage an den Wickelkern bringen, und
unter den in Betriebsstellung wirkenden Radialkräften der
Spannelemente das durch die Reibpaarung Reibelement/Frik
tionselement übertragene Drehmoment unter dem von der Paa
rung Friktionselement/Wickelkern übertragbaren Drehmoment
liegt, so daß zwischen Friktionselement und Wickelkern eine
drehstarre Mitnahme erfolgt.
Der Vorteil der Erfindung liegt zunächst darin, daß mittels
eines einzigen Spannvorgangs sowohl die Drehmomentübertra
gung von der Kernwelle auf die Friktionselemente als auch
das Einspannen des Wickelkerns auf den Friktionselementen
bewerkstelligt wird. Damit wird gleichzeitig sicherge
stellt, daß alle Friktionselemente, die im Bereich eines
Wickelkerns liegen, an der Drehmomentübertragung teilnehmen
und sich unabhängig von der Länge der Wickelkerne spezi
fisch gleiche Bahnzüge ergeben. Die drehstarre Mitnahme des
Wickelkerns erfolgt nicht über Selbsthemmeffekte zwischen
dem Wickelkern und relativ in Drehrichtung zu diesem beweg
ten Mitnehmern, sondern einzig und allein durch das Anpres
sen der Friktionselemente an den Wickelkern in radial er
Richtung. Daher kann es auch nicht zu einem Festklemmen des
Wickelkerns kommen, welches das Abnehmen der Wickelkerne
nach abgeschlossenem Wickelvorgang von der Wickelwelle er
schwert. Das Einspannen des Wickelkerns erfordert auch
keine zusätzlichen Spannmittel, die den Aufbau der Wickel
welle erheblich verkomplizieren und verteuern würden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wickelwelle be
steht darin, daß das von der Kernwelle über die Reibele
mente auf die Friktionselemente übertragbare Drehmoment
über die von den Spannelementen ausgeübten Radialkräfte un
mittelbar steuerbar ist, ohne daß man bei höheren Drehmo
menten ein unkontrolliertes Verklemmen des Wickelkerns be
fürchten müßte.
Die starre Mitnahme der Wickelwelle kann entweder durch
Formschluß oder durch Kraftschluß zwischen den Frik
tionselementen und dem Wickelkern bewirkt werden. Um über
eine Reibpaarung zwischen Friktionselementen und Wickelkern
einen zur drehstarren Mitnahme ausreichenden Kraftschluß zu
erzeugen, ist es meist erforderlich, daß die Reibpaarung
Friktionselement/Wickelkern einen Reibkoeffizienten be
sitzt, der deutlich über dem der Reibpaarung Reibelement/Frik
tionselement liegt. Unproblematisch ist dabei der Fall,
daß man durch Erhöhung der Radialkräfte das von der Kern
welle über die Reibelemente auf die Friktionselemente über
tragene Drehmoment erhöht. Eine Erhöhung der Radialkräfte
erhöht nämlich gleichzeitig das maximal übertragbare Dreh
moment an beiden Reibpaarungen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung bilden die in
gleicher axialer Stellung angeordneten Friktionselemente
einen Friktionsring, der zweckmäßigerweise zwischen sich
mit der Kernwelle mitdrehenden Stützringen axial geführt
ist. Hierdurch wird ein axiales Wandern des Friktionsringes
und des Wickelkerns vermieden.
Um das Abnehmen der Wickelkerne nach dem Wickeln zu er
leichtern, ist eine elastische Rückstellung des Friktions
rings aus der Betriebsstellung von Vorteil. Eine Möglich
keit der elastischen Rückstellung besteht darin, daß der
Friktionsring ohne oder mit einer Trennfuge einstückig ist
und aus elastischem Material besteht. Wenn der Friktions
ring aus wenigstens zwei weniger elastischen Teilringen be
steht, sind diese vorzugsweise durch elastische Rückstell
mittel in Richtung ihrer Ruhestellung vorbelastet.
Die elastischen Rückstellmittel können beispielsweise aus
einem elastischen Ring bestehen, der in einer Umfangsnut
die Teilringe umschlingt. Der elastische Ring kann einen
Teil der Reibfläche zwischen Friktionsring und Wickelkern
bilden. Dabei macht man sich zunutze, daß viele eigenela
stische Materialien, wie z. B. Kautschuk, neben guten und
dauerhaften Elastizitätseigenschaften auch hohe Reibwerte
besitzen.
Zur Verbesserung der Rückstellung ist es von Vorteil, wenn
auch die Reibelemente durch elastische Mittel in Richtung
ihrer Ruhestellung vorbelastet sind. Diese elastischen Mit
tel können z. B. Federbügel sein, die zwischen den Reibele
menten und dem Stützring vorgesehen und drehstarr mit letz
terem verbunden sind. Eine unmittelbar auf die Reibelemente
ausgeübte Rückstellkraft hat den Vorteil, daß sie ohne Ein
fluß auf die Kräfteverhältnisse in den beiden Reibpaarungen
des Friktionsrings ist.
In weiterer bevorzugt er Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß statt der Federbügel zur Rückstellung der
Reibelemente ein elastischer Ring in einer Umfangsnut eines
Rückstellrings verläuft, der in der Betriebsstellung nur
auf die Reibelemente eine radiale Rückstellkraft ausübt und
beim Übergang in die Ruhestellung die geteilten Friktions
ringe radial nach innen mitnimmt. Eine derartige Lösung hat
den Vorteil, daß die separaten Rückstellmittel für die
Friktionsringe entfallen können. Diese sind mit dem Nach
teil behaftet, daß sie die Normalkraft an der Reibpaarung
Friktionselemente/Wickelkern relativ zur Normalkraft an der
Reibpaarung Reibelemente/Friktionselemente verringern. Die
ser Normalkraftunterschied bei auf die Friktionselemente
wirkenden Rückstellmitteln muß durch eine Erhöhung der Dif
ferenz der Reibungskoeffizienten der beiden Reibpaarungen
kompensiert werden. Der Rückstellring belasten in der Be
triebsstellung hingegen nur die Reibelemente radial nach
innen. Dennoch ist sichergestellt, daß die Friktionsele
mente beim Übergang von der Betriebsstellung in die Ruhe
stellung radial nach innen mitgenommen werden. Vorzugsweise
erreicht man dies dadurch, daß in der Betriebsstellung zwi
schen dem Rückstellring und den geteilten Friktionsringen
ein radiales Spiel besteht, das kleiner als der Rückstellweg
der Friktionsringe ist, wobei zweckmäßigerweise der
Rückstellring zwischen zwei paarweise betätigbaren Frikti
onsringen liegt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin
vorgesehen, daß mehrere Friktionsringe axial hintereinander
auf der Wickelwelle angeordnet sind. Dies trägt dem Umstand
Rechnung, daß auf einer Wickelwelle meist mehrere Wickel
kerne parallel gewickelt werden sollen. Dabei ist es erfor
derlich, daß Drehzahlunterschiede benachbarter Kerne, die
von unterschiedlichen Wickeldurchmessern herrühren können,
unabhängig voneinander ausgleichbar sind. Außerdem sollen
breite Wickelkerne über mehrere Friktionselemente angetrie
ben werden, um zu verhindern, daß das auf die Bandbreite
bezogene Wickelmoment zu klein wird und das Band unter zu
geringer Spannung aufgewickelt wird.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Spannelemente aus einer oder mehreren
Druckkammern bestehen, die unter Druckbeaufschlagung in Be
triebsstellung eine radial nach außen gerichtete Kraft auf
die Reibelemente ausüben. Eine derartige Ausgestaltung der
Spannelemente bietet den Vorteil, daß sich Druckluft oder
Druckflüssigkeit leicht in bekannter Weise in die z. B.
hohlgebohrte Welle einleiten läßt. Über den Druck der Luft
bzw. Flüssigkeit läßt sich auch die auf die Friktions
elemente ausgeübte Radialkraft und somit das übertragbare
Drehmoment leicht steuern.
In bevorzugter Weiterbildung der Spannelemente ist vorgese
hen, daß mehrere über den Umfang verteilte elastische
schlauchförmige Druckkammern in axialer Richtung zwischen
der Kernwelle und den Reibelementen angeordnet sind. Der
Vorteil einer derartigen Anordnung liegt darin, daß axial
nebeneinanderliegende Friktionselemente parallel über die
elastischen Schläuche ansteuerbar sind, so daß keine sepa
raten Spannelemente für jeden Friktionsring erforderlich
sind.
Die elastischen Druckkammern können beispielsweise in axia
len Nuten in der Kernwelle angeordnet sein und über radial
in der Nut geführte Druckelemente die radiale Spannkraft
auf die Reibelemente abgeben. Eine radiale Verdrehsicherung
der Reibelemente in Bezug auf die Kernwelle ist obligato
risch, z. B. indem die Druckelemente und die Reibelemente
starr miteinander verbunden oder die Reibelemente in radia
len Vertiefungen in der Kernwelle gehalten sind.
Eine besonders einfache Lösung, die mit nur einer elasti
schen Druckkammer auskommt, sieht vor, daß die Welle als
Hohlwelle ausgeführt ist und in ihrem Hohlraum die elasti
sche Druckkammer angeordnet ist, die in Betriebsstellung
über in radialen Durchgangsöffnungen in der Hohlwellenwand
geführte Druckelemente die radiale Spannkraft auf die Reib
elemente ausübt. Auch die Fertigung der Welle wird bei ei
ner derartigen Ausgestaltung erheblich vereinfacht.
Bei einem sich über mehrere nebeneinanderliegende Frik
tionsringe erstreckenden Wickelkern kann es vorkommen, daß
der am Rande des Wickelkerns liegende Friktionsring nicht
mehr in eine definierte Anlage an die Innenseite des
Wickelkerns gebracht werden kann. In solchen Fällen ist es
wünschenswert, den betreffenden Friktionsring stillzuset
zen, um zu verhindern, daß er bei dem Versuch, seine Be
triebsstellung einzunehmen, die Kante des Wickelkerns be
schädigt. In noch weiterer bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß jeder Stützring gegen
die Kernwelle in eine Stellung verdrehbar ist, in welcher
die zugehörigen Reibelemente auch bei aktivierten Spannele
menten blockiert sind. Dies kann z. B. mit Hilfe eines
Stützrings geschehen, der auf seinem Innenumfang eine der
Anzahl der über den Umfang verteilten Druckelemente ent
sprechende Zahl von Ausnehmungen besitzt, in welche Teile
der Druckelemente zum Erreichen der Betriebsstellung ein
führbar sind. Um ein relatives Verdrehen zwischen Stützring
und Kernwelle im Betrieb zu vermeiden, ist in bevorzugter
Weiterbildung vorgesehen, daß sich zwischen den Ausnehmun
gen im Stützring flache Nuten befinden, in welche Teile der
Druckelemente in blockierter Stellung einrasten. Zur Ver
einfachung der Bedienung und besseren Übersicht ist es
zweckmäßig, wenn die äußere Umfangsfläche jedes Stützrings
mit einer Markierung versehen ist, welche die Relativstel
lung bezüglich der benachbarten Stützringe oder, wenn die
Markierung ein Loch ist, bezüglich der Kernwelle anzeigt.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß
über die Länge der Wickelwelle auf der Außenseite der
Stützringe wenigstens zwei Führungsringe drehbar gelagert
sind, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner als der
Innendurchmesser der Wickelkerne, jedoch größer als der ma
ximale Außendurchmesser der Stützringe ist. Die Führungs
ringe bieten den Vorteil, daß die Wickelkerne auch bei in
Ruhestellung befindlichen Friktionselementen bereits recht
exakt auf der Wickelwelle zentriert werden können. Anson
sten kann es vorkommen, daß beim Übergang in die Betriebs
stellung nicht alle Friktionselemente den gleichen radialen
Weg zurücklegen, bevor sie sich gegen die Innenfläche des
Wickelkerns verspannen, was zu einem exzentrischen Aufspan
nen der Wickelkerne führen kann. Zweckmäßigerweise ist zwi
schen zwei Friktionsringen jeweils ein Führungsring vorge
sehen, wobei aus Platzgründen zur Lagerung der Führungs
ringe Nadellager zweckmäßig sind.
Mögliche Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Halbschnitt mit Seitenan
sicht einer Friktionswickelwelle mit
aufgespannter Produktrolle mit Wickel
kern;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Friktions
wickelwelle mit Produktrolle in Ebene
I-I in Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Friktions
wickelwelle in Ebene II-II in Fig. 1;
Fig. 4 einen Querschnitt einer Ausführungsform
zur Arretierung eines Spannelements;
Fig. 5 einen vergrößerten Teilausschnitt in
Friktionswellenlängsrichtung mit weite
ren Ausführungsformen eines Friktions
rings und eines Stützrings;
Fig. 6 einen Teilschnitt einer weiteren Aus
führungsform eines Reib- und Druckele
ments;
Fig. 7 einen Teilschnitt einer weiteren Aus
führungsform eines Druckelements mit
reduzierter Nuttiefe;
Fig. 8 einen Teilschnitt einer Ausführungsform
zur Gestaltung der Nut des Druckele
ments und der Druckkammer;
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der
Druckkammer;
Fig. 10 einen Teilschnitt einer Friktions
wickelwelle mit einer Druckkammer in
Wellenmitte und
Fig. 11 eine schematische Schrägansicht einer
Längsschneidmaschine mit Friktions
wickelwellen.
In Fig. 1 ist ein Abschnitt einer Friktionswickelwelle 10
voll bestückt mit Friktionsringen 12 dargestellt. Eine
Produktrolle 14 besteht aus einem Wickelkern 16 und bahn
förmigem Wickelgut 18 und kann in beliebiger Position - je
nach Schneideinteilung - auf der Längsachse der Friktions
wickelwelle 10 angeordnet sein. In dem gezeigten Beispiel
schließt die Rolle 14 auf der rechten Seite nicht mit der
Grenze des dortigen Friktionsrings 12.1 ab.
Die Friktionswickelwelle 10 besitzt eine Kernwelle 20 und
mehrere jeweils in eine Nut 22 eingelegte, ausdehnbare,
elastische Druckkammern 24 (Fig. 2). Diese elastischen
Druckkammern 24 wirken auf die Friktionsringe 12, indem die
radialen Druckkräfte über Druckelemente 26 auf Reibelemente
28 übertragen werden. Die Reibelemente 28 geben diesen
Radialdruck ihrerseits an die Friktionsringe 12 nach außen
weiter und klemmen den Wickelkern 16 fest. Die Friktions
ringe 12 besitzen am Umfang wenigstens eine Teilungsfuge
30, damit sie bzw. im Beispielsfall die Teilringe 32 unter
der Radialkraft nach außen bewegbar sind.
Die Teilungsfuge 30 sollte schräg zur Stirnfläche der Reib
elemente 28 verlaufen, damit die Drehmomentübertragung von
den Reibelementen 28 auf die Friktionsringe 12 möglichst
ruckfrei erfolgt. Die Friktionsringe 12 werden durch wei
tere elastische Ringe 34 (z. B. O-Ringe) am Außenumfang zu
sammengehalten. Damit kann auch die Reibung zwischen Frik
tionsring 12 und Wickelkern 16 erhöht werden. Die Frikti
onsringe 12 sind in Stützringen 36 axial geführt. Die
Stützringe 36 sind drehbar mit der Kernwelle 20 verbunden.
An den Stützringen 36 sind elastische Elemente 38 (z. B. Fe
derbügel) vorgesehen (siehe auch Fig. 3), die beim Entspan
nen der Druckkammern 24 über die Reibelemente die Druck
elemente 26 zurückdrücken und die Luft aus den Druckkammern
verdrängen. Damit können die elastischen Ringe 34 die Frik
tionsringe 12 auf den minimalen Durchmesser zusammendrücken
und den Wickelkern 16 zum Be- und Entladen der Produkt
rolle 14 freigeben.
Die zur Rückstellung notwendige radiale Druckkraft kann
auch allein durch die elastischen Ringe 34 aufgebracht wer
den. Dabei ist allerdings ein Teil der Radialkraft nicht
zur Festklemmung des Wickelkerns 16 verfügbar, sondern
wirkt nur zwischen den Reibelementen 28 und den Friktions
ringen 12.
Die Stützringe 36 bewirken eine axiale Fixierung der Frik
tionsringe 12 und dienen als Widerlager für die elastischen
Elemente 38.
In der gezeichneten Position der Rolle 14 ergibt sich zwi
schen dem Friktionselement 12.1 und dem Wickelkern 16 eine
zu geringe Überlappung. Es besteht die Gefahr, daß die
Drehmomentübertragung zwischen diesem Friktionselement 12.1
und dem Wickelkern 16 nicht sicher gewährleistet ist. Durch
eine Relativbewegung könnte sich Wickelkernabrieb bilden,
der in der Anwendung des Wickelgutes 18 sehr störend sein
kann. Um dies zu verhindern, wurden die zum Friktionsele
ment 12.1 gehörenden Stützringe 36 um einen Winkelbetrag
verdreht (siehe auch Fig. 3). Damit werden die Druckele
mente 26 radial festgelegt und können das Friktionselement
12 nicht nach außen gegen den Wickelkern 16 drücken. Das
Spannelement ist damit abgeschaltet.
Um die Stellung der Stützringe 36 in bezug auf die benach
barten Stützringe und damit den Funktionszustand der
Friktionselemente 12 erkennen zu können, sind alle Stütz
ringe 36 mit einer Markierung 40 versehen.
Zur Vereinfachung können die Stützringe 36 benachbarter
Friktionsringe 12 auch zu einem Stützring 136 zusammenge
faßt sein.
Die Friktionsringe 12, die außerhalb des vom Wickelkern 16
überlappten Bereichs positioniert sind, müssen nicht ab
geschaltet werden. Bei Beaufschlagung der Druckkammern 24
werden die Druckelemente 26 gegen die Stützringe 36 ge
drückt. Die Friktionsringe 12 erweitern sich auf maximalen
Durchmesser, werden aber nach Ablassen des Drucks in den
Druckkammern 24 wieder auf minimalen Durchmesser zurückbe
wegt und geben den Weg zur Entnahme der fertig gespulten
Rolle 14 frei.
Eine Teilung der Friktionsringe 12 ist nicht notwendig,
wenn die Ringe aus einem ausreichend elastischen Material
gefertigt sind, das ggf. auf der inneren Reibfläche mit ei
nem geeigneten Material beschichtet ist, das die Abstimmung
der Reibwerte zwischen Außen- und Innendurchmesser so fest
legt, daß die notwendige Relativbewegung immer am Innen
durchmesser der Friktionsringe 12 und nicht zwischen Frik
tionsring 12 und Wickelkern 16 erfolgt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt in Ebene I-I in Fig. 1. Die
Reibelemente 28 sind an beiden Enden radial zur Wellenmitte
abgewinkelt, jede dieser Abwinkelungen 42 ragt in eine Wel
lennut 44. Damit ergibt sich eine formschlüssige Drehmo
mentübertragung von der Kernwelle 20 auf die Reibelemente
28. Die Reibelemente 28 können durch die von den Druckkam
mern 24 ausgehenden Normalkräfte entsprechend den vorhan
denen Reibwerten zwischen den Reibelementen 28 und den
Friktionsringen 12 Reibkräfte übertragen. Durch die unter
schiedlichen Innendurchmesser des Friktionsrings und des
Wickelkerns und durch Auswahl der Reibwerte (Materialien)
kann Durchrutschen zwischen den Friktionsringen 12 und dem
Wickelkern 16 vermieden werden.
Die axiale Führung der geteilten Friktionsringe 12 erfolgt
über die Stützringe 36. Die Stützringe 36 besitzen am Um
fang in Achsrichtung verlaufende Ausnehmungen 46, die einen
Bewegungsraum für die Druckelemente 26 darstellen.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt in Ebene II-II in Fig. 1.
Die Stützringe 36 sind etwa 60° relativ zu den Stützringen
in Fig. 1 verdreht. Das Friktionselement 12 ist abgeschal
tet, wie unter Fig. 1 beschrieben. In dieser Abbildung sind
die Federelemente als Federbügel 38 gezeigt, die durch Boh
rungen 48 im Stützring 36 gegen Drehen gesichert sind. Es
sind auch andere Federelemente (z. B. Gummiblöcke, Schrau
benfedern, Ringfedern) denkbar.
Fig. 4 zeigt eine Variante für die Stützringe 236 bei der
am inneren Umfang der Stützringe 236 mindestens eine flache
Nut 50 vorgesehen ist. Diese Nut 50 bewirkt, daß im abge
schalteten Zustand das Druckelement 26 unter Druckbeauf
schlagung in die Nut 50 eingreift und ein unabsichtliches
Verdrehen der Stützringe 236 und damit ein Einschalten des
jeweiligen Friktionselementes verhindert wird. Diese Rast
funktion könnte auch durch andere Einrichtungen (z. B. eine
Kugelraste) realisiert werden.
Fig. 5 zeigt eine Version, bei der die Friktionsringe 12 in
mehrere Teile aufgelöst sind. Die am Umfang geteilten
Friktionsringe 112 werden nicht durch einen elastischen
Ring zusammengehalten. Der am Umfang geteilte, an den Reib
elementen 28 anliegende Ring 52 ist in Verbindung mit einem
Federelement 54 so gestaltet, daß bei entspannter Druck
kammer 24 das gesamte Andrucksystem, bestehend aus den
Druckelementen 26, den Reibelementen 28 und den beiden ge
teilten Friktionsringen 112 so weit radial nach innen ge
drückt wird, daß der Außenumfang der Friktionsringe 112
nicht den äußeren Umfang der Stützringe 36 überragt. Durch
die Zuordnung der Rückstellfunktion an einen separaten
Rückstellring 52 wird sichergestellt, daß die zur Drehmo
mentübertragung notwendige Normalkraft auch vollständig als
Spannkraft an den Wickelkern 16 weitergegeben wird, was
eine sichere Fixierung des Wickelkerns 16 bewirkt. Das ela
stische Element 34 kann damit entfallen. Zur besseren Mit
nahme des Wickelkerns 16 können die Friktionsringe 112 am
Umfang 56 auch mit einem Material mit hohem Reibwert oder
mit einer Profilierung versehen sein.
In Fig. 5 sind die Stützringe 36 mit einer Ausnehmung 58
zur Aufnahme von Wälzkörpern 60 (z. B. Nadellager) und eines
auf den Wickelkerninnendurchmesser abgestimmten Führungs
rings 61 versehen. Das damit gebildete Radiallager bewirkt
einen besseren Rundlauf der Produktrolle 14.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Reibelemente
und Druckelemente (Fig. 2) zu einem Bauteil 62 verbunden
sind. Damit erfolgt die Drehmomentübertragung von der Nut
22 auf das Bauteil 62 und weiter auf den Friktionsring 12.
Die Nuten 44 können damit entfallen.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Druckelement
26 als U-förmiges Teil 126 ausgebildet ist. Die Druckkammer
24 ist in dieses Teil 126 eingelegt. Damit kann die Nut 122
entsprechend weniger tief ausgeführt sein.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Druckkammer
124 nicht in einer Nut, sondern in einer Abflachung 64 un
tergebracht ist. Das Druckelement ist dort als Rohrsegment
226 ausgeführt. Die in dieser Abbildung nicht gezeigte Aus
nehmung 46 in Stützring 36 muß entsprechend angepaßt wer
den.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der sich die Druck
kammer 224 annähernd über den gesamten Bereich des Reibele
ments 28 erstreckt.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Druckkammer
als gemeinsame Kammer 324 in der Wellenmitte angeordnet
ist. Die Übertragung der Druckkräfte auf die Reibelemente
66 erfolgt durch das Druckstück 68. Werden beide Elemente
miteinander verbunden, sind keine weitere Nuten zur Drehmo
mentübertragung nötig.
Fig. 11 zeigt eine Längsschneidmaschine 70, bei welcher
zwei Friktionswickelwellen 10 zum Wickeln der Produktrollen
14 vorgesehen sind. Das Wickelgut 18 wird mit Hilfe eines
sehr vereinfacht dargestellten Hauptantriebs 72 von einer
Mutterrolle 74 abgewickelt und mit konstanter Geschwindig
keit einer Schneideinheit 76 zugeführt. Diese schneidet das
Wickelgut 18 in schmale Bahnen, die abwechselnd auf Pro
duktrollen 14 aufgewickelt werden, die auf der oberen bzw.
unteren Friktionswickelwelle 10 aufgespannt sind. Ein An
trieb (nicht dargestellt) der beiden Friktions-Wickelwellen
10 sorgt dafür, daß die Wickelgeschwindigkeit der Frikti
ons-Wickelwelle stets höher ist als die Wickelgeschwindig
keit der Produktrollen 14. Damit ergibt sich eine Relativ
bewegung zwischen den Friktionselementen und den Reibele
menten und damit der gewünschte Drehmomentaufbau für die
einzelnen Produktrollen. Durchmesserunterschiede können,
ohne daß sich die Drehmomente unerwünscht erhöhen, durch
Wickelgeschwindigkeitsanpassung der Produktrollen ausgegli
chen werden. Der Betrag des Drehmoments für jede einzelne
Produktrolle ergibt sich aus der der Kernlänge entsprechen
den Anzahl der im Eingriff befindlichen Friktionselemente.
Auf die Darstellung der Randbedingungen wie Lagerung und
Antrieb der Friktionswickelwelle, Zuführung des Druckmedi
ums usw. wurde verzichtet, da dies dem Stand der Technik
entspricht. Es gibt auch Fälle, bei denen während des
Wickelvorgangs das Druckniveau verändert und damit eine
Drehmomentveränderung vorgenommen wird.
In den beschriebenen Ausführungsformen sind die Funktions
einheiten Druckkammer, Druckelement, Reibelement usw. immer
dreifach am Wellenumfang angeordnet. Dies soll nur bei
spielhaft und nicht zwingend für die Problemlösung sein.
Ebenso ist die Anzahl der Friktionsringe 12 nicht festge
legt.
Claims (27)
1. Wickelwelle zum Aufwickeln bandförmiger Materialien auf
Wickelkerne (16) mit einer angetriebenen Kernwelle
(20), Friktionselementen (12; 112), welche die Kern
welle (20) in ringförmiger Anordnung umgeben, und ra
dial wirkenden Spannelementen (24; 124; 224), die in
Betriebsstellung einen Reibschluß zwischen von der
Kernwelle (20) mitgenommenen Reibelementen (28; 62; 66)
und den Friktionselementen (12; 112) herstellen, durch
den unter Schlupf Drehmoment von der Kernwelle (20) auf
die Friktionselemente (12, 112) übertragbar ist, wobei
die Friktionselemente (12; 112) nach außen beweglich
sind, um im Betrieb eine drehstarre Verbindung zwischen
den Friktionselementen (12, 112) und dem Wickelkern
(16) herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannelemente (24; 124; 224) mittels der von ihnen auf
gebrachten Radialkräfte über die Reibelemente (28; 62;
66) die Friktionselemente (12; 112) in radialer Rich
tung nach außen bewegen und in Anlage an den Wickelkern
(16) bringen und daß unter den in Betriebsstellung wir
kenden Radialkräften der Spannelemente (24; 124; 224;
324) das durch die Reibpaarung Reibelement/Friktions
element übertragene Drehmoment unter dem von der Paa
rung Friktionselement/ Wickelkern übertragbaren Drehmo
ment liegt, so daß zwischen Friktionselement (12; 112)
und Wickelkern (16) eine drehstarre Mitnahme erfolgt.
2. Wickelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Paarung Friktionselement (12; 112)/Wickelkern
(16) eine Reibpaarung bildet, deren Reibkoeffizient
deutlich über dem der Reibpaarung Reibelement (28; 62;
66)/Friktionselement (12; 112) liegt.
3. Wickelwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Friktionselement und der Wickelkern in Be
triebsstellung formschlüssig drehstarr miteinander ver
bunden sind.
4. Wickelwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die in gleicher axialer Stellung
angeordneten Friktionselemente einen Friktionsring (12;
112) bilden.
5. Wickelwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Friktionsring (12; 112) zwischen sich mit der
Kernwelle (20) mitdrehenden Stützringen (36; 136; 236)
axial geführt ist.
6. Wickelwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Friktionsring einstückig ist und aus
elastischem Material besteht.
7. Wickelwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Friktionsring (12; 112) aus wenig
stens zwei Teilringen (32) besteht, die durch elasti
sche Rückstellmittel (34) in Richtung ihrer Ruhe
stellung vorbelastet sind.
8. Wickelwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastischen Rückstellmittel aus wenigstens ei
nem elastischen Ring (34) bestehen, der in einer Um
fangsnut die Teilringe (12, 32) umschlingt.
9. Wickelwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der elastische Ring (34) einen Teil der Reibfläche
zwischen Friktionsring (12) und Wickelkern (16) bildet.
10. Wickelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reibelemente (28; 62;
66) durch elastische Mittel (38; 52, 54) in Richtung
ihrer Ruhestellung vorbelastet sind.
11. Wickelwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß als elastische Mittel zur Rückstellung der Reib
elemente (28; 62; 66) zwischen diesen und dem Stützring
(36; 136; 236) drehstarr mit letzterem verbundene Fe
derbügel (38) vorgesehen sind.
12. Wickelwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein elastischer Ring (54) in einer
Umfangsnut eines Rückstellrings (52) verläuft, der in
der Betriebsstellung nur auf die Reibelemente (28; 62;
66) eine radiale Rückstellkraft ausübt und beim Über
gang in die Ruhestellung die Teilringe (112) radial
nach innen mitnimmt.
13. Wickelwelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Betriebsstellung zwischen dem Rückstellring
(52) und den Teilringen (112) ein radiales Spiel be
steht, das kleiner als der Rückstellweg der Teilringe
(112) ist, und daß der Rückstellring (52) zwei paar
weise betätigbaren Teilringen (112) zugeordnet ist.
14. Wickelwelle nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Friktionsringe (12; 112)
axial hintereinander auf der Wickelwelle (10) angeord
net sind.
15. Wickelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (24; 124;
224; 324) aus einer oder mehreren Druckkammern beste
hen, die unter Druckbeaufschlagung in Betriebsstellung
eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Reib
elemente (28; 62; 66) ausüben.
16. Wickelwelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere über den Umfang verteilte, elastische
schlauchförmige Druckkammern (24, 124; 224) in axialer
Richtung zwischen der Kernwelle (20) und den Reibele
menten (28; 62) angeordnet sind.
17. Wickelwelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastischen Druckkammern (24) in axialen Nuten
(22; 122) in der Kernwelle (20) angeordnet sind und
über in der Nut (22; 122) radial geführte Druckelemente
(26; 126) die radiale Spannkraft auf die Reibelemente
(28; 62) übertragen.
18. Wickelwelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckelemente und die Reibelemente (62) starr
miteinander verbunden sind.
19. Wickelwelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibelemente (28) in radialen Vertiefungen (44)
in der Kernwelle (20) gegen Verdrehen gesichert sind.
20. Wickelwelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kernwelle als Hohlwelle ausgeführt ist und in
ihrem Hohlraum eine elastische Druckkammer (324) ange
ordnet ist, die in Betriebsstellung über in radialen
Durchgangsöffnungen in der Hohlwellenwand geführte
Druckelemente (68) die radiale Spannkraft auf die Reib
elemente (66) ausübt.
21. Wickelwelle nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Stützring (36; 136; 236) ge
gen die Kernwelle (20) in eine Stellung verdrehbar ist,
in welcher die zugehörigen Reibelemente (28; 62; 66)
auch bei aktivierten Spannelementen (24; 124; 224; 324)
blockiert sind.
22. Wickelwelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Stützring (236) auf seinem Innenumfang eine
der Anzahl der über den Umfang verteilten Druckelemente
(26; 126) entsprechende Zahl von Ausnehmungen (46) be
sitzt, in welche Teile der Druckelemente (26; 126) zum
Erreichen der Betriebsstellung einführbar sind.
23. Wickelwelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Ausnehmungen (46) im Stützring (236)
flache Nuten (50) vorgesehen sind, in welche Teile der
Druckelemente (26; 126) in blockierter Stellung einra
sten.
24. Wickelwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß die äußeren Umfangsflächen jedes
Stützrings (36; 136; 236) mit einer Markierung (40)
versehen sind, die seine Relativstellung bezüglich der
benachbarten Stützringe und/oder der Kernwelle (20) an
zeigt.
25. Wickelwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge der Wickel
welle (10) auf der Außenseite der Stützringe (36; 136;
236) wenigstens zwei Führungsringe (61) drehbar gela
gert sind, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner
als der Innendurchmesser des Wickelkerns (16), jedoch
größer als der maximale Außendurchmesser der Stützringe
(36; 136; 236) ist.
26. Wickelwelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen zwei Friktionsringen (12; 112) jeweils ein
Führungsring (61) vorgesehen ist.
27. Wickelwelle nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führungsringe (61) über Nadellager
(60) auf den Stützringen (36; 136; 236) gelagert sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |