DE19817253B4

DE19817253B4 - Vorrichtung zum Abwickeln von mechanisch empfindlichem Langgut

Info

Publication number: DE19817253B4
Application number: DE1998117253
Authority: DE
Inventors: Jürgen HERHAUS
Original assignee: Honigmann Industrielle Elektronik GmbH
Current assignee: Honigmann Industrielle Elektronik GmbH
Priority date: 1998-04-19
Filing date: 1998-04-19
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2018-04-20
Also published as: DE19817253A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Abwickeln von mechanisch empfindlichem Langgut von einer in Abwickelrichtung (50) angetriebenen Vorratsspule (2), die drehfest mit einem Aufspanndorn (3) verbunden ist, wobei das Langgut auf der Vorratsspule (2) als Präzisionswicklung unter unmittelbarer gegenseitiger Berührung der jeweils benachbarten Windungen abgelegt ist und
wobei das Langgut mit einer vorbestimmten konstanten Abzugskraft (5) zu einem einzigen vorbestimmten Einlaufpunkt (9) vor der Verarbeitungslinie geführt wird, der vorzugsweise in der mittleren Radialebene der Vorratsspule (2) liegt, wobei
zwischen dem Ablaufpunkt (19) der Vorratsspule (2) und dem Einlaufpunkt (9) vor der Verarbeitungslinie eine mitdrehende Walze angeordnet ist,
deren Achse (11) parallel zur Achse der Vorratsspule (2) liegt und die vom Langgut mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 90 Grad teilumschlungen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze als Entkopplungswalze (10) zur Entkopplung der Laufebene des ankommenden Trums (17) von der Laufebene des abgehenden Trums (18) ausgelegt ist, und dass hierzu die Walzenborde...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abwickeln von mechanisch empfindlichem Langgut nach Oberbegriff von Anspruch 1.
Unter einer Präzisionswicklung wird vorliegend eine Wicklung verstanden, bei welcher die einzelnen benachbarten Windungen des Langguts unter unmittelbarer Berührung mittels einer zwischen zwei Hubenden changierenden Verlegeeinrichtung abgelegt sind und auf diese Weise ein Spulenpaket auf der Vorratsspule bilden. Nach dem Abwickeln wird das Langgut zur Weiterverarbeitung einer sogenannten Verarbeitungslinie zugeführt. Diese seitlichen Begrenzungsflächen der Entkopplungswalze werden als Walzenborde bezeichnet.
Aus der DE 195 12 963 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der mechanisch empfindliches Klebeband von einer Vorratsspule abgewickelt wird. Das Klebeband ist mit Liner versehen. Der Liner muß vor der Verarbeitung des Klebebandes entfernt werden. Das Klebeband ist äußerst zugempfindlich und muß daher mit kleinen Zugkräften mit möglichst hoher Geschwindigkeit unter geringer mechanischer Beanspruchung gehandhabt werden.
Die Zugempfindlichkeit des Klebebands setzt daher eine sehr kleine Zugkraft in der Verarbeitungslinie voraus.
Zur Vorbereitung des frisch abgewickelten Klebebandes sind eine erste Rolle, gefolgt von einer zweiten Rolle vorgesehen. An der ersten Rolle erfolgt eine Trennung des Klebebandes vom Liner. Danach wird die Zugkraft der Verarbeitungslinie ausschließlich nur noch vom Klebeband selbst abgetragen.
Die darauf folgende Führungsrolle dient der Umlenkung des vom Liner befreiten Klebebands zur Einebenenrolle, welche praktisch den Einlaufpunkt in die Verarbeitungslinie bestimmt.
Bei derartigen mechanisch empfindlichen Bändern muß unbedingt vermieden werden, dass die mechanische Beanspruchung bei hohen Laufgeschwindigkeiten zu einer bleibenden Zerstörung des Bandmaterials führt.
Hierzu gehört auch die Führung des Langguts so, dass die changierende Bewegung des von der Vorratsspule abgewickelten Trums in die einzige Ebene des Einlaufpunktes gebracht wird.
Bei der Vorrichtung gemäß DE 195 12 963 A1 sind hierzu mehrere Stufen vorgesehen, bestehend aus Trennrolle, gefolgt von der Führungsrolle bis hin zur Einebenenrolle.
Unter mechanisch empfindlichem Langgut im Sinne der Erfindung sind alle Bänder, Kabel, Lichtwellenleiter usw. zu verstehen, die unter entsprechender mechanischer Beanspruchung bleibende innere Schäden durch plastische Deformation erleiden.
Hierzu zählen z.B. dünne Aluminiumbänder, die unter Changierbewegung von ihrer Vorratsspule abgezogen werden. Hierbei besteht insbesondere die Gefahr der Überdehnung des Aluminiumbandes in lediglich einem Längskantenbereich, weil dieser die gesamte Zugkraft der Verarbeitungslinie abfangen muss, während der andere Längskantenbereich unbeansprucht bleibt. Dieser Sachverhalt ergibt sich zwangsläufig aus dem schrägen Zulauf des Aluminiumbandes zum Einlaufpunkt der Verarbeitungslinie, weil die vorbestimmte konstante Abzugskraft nicht über den gesamten Bandquerschnitt abgefangen wird, sondern lediglich von demjenigen Randbereich des Bandes, dessen Ablaufpunkt an der Vorratsspule weiter vom Einlaufpunkt der Verarbeitungslinie entfernt ist.
Als weiteres mechanisch empfindliches Langgut können Lichtwellenleiter genannt werden.
Diese sind zwar mechanisch recht stabil, erzeugen jedoch bei den auftretenden hohen Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 70 m/s unter Zugkräften von etwa 20–50 cN oftmals eine Schwingung im Längsbereich zwischen dem Ablaufpunkt von der Vorratsspule zum Einlaufpunkt in die Verarbeitungslinie.
Bei Lichtwellenleitern ergibt sich diese Schwingung durch permanente Anregung im Ablaufpunkt von der Vorratsspule durch die benachbarte gerade noch nicht abgewickelte Windung, weil diese Lichtwellenleiter dicht an dicht unter unmittelbarer Berührung nebeneinander verlegt sind.
Hierdurch entstehen sogenannte stehende Wellen im Lichtwellenleiter, die zu lokalen Deformationen und damit zur Totalreflexion führen können, was unerwünscht ist.
Ein weiteres Problem bei den geringen Abzugskräften von etwa 20 cN bis 50 cN sind die erforderlichen niedrigen Einzelwiderstände der Umlenkrollen, etc. welche vom Lauf des Langguts in Drehung versetzt werden müssen.
Die Summe der Einzelwiderstände muss nämlich naturgemäß sehr viel kleiner als die vorbestimmte Abzugskraft sein, weil eine Ausregelung dieser sehr niedrigen Abzugskräfte sonst unmöglich ist.
Obwohl dies nicht als eine a Priori-Beschränkung der Erfindung auf sehr niedrige Abzugskräfte verstanden werden soll, findet die Erfindung jedoch bevorzugt bei derartigen Vorrichtungen Anwendung.
Dies setzt jedoch voraus, daß die changierende Bewegung des von der Vorratsspule abgezogenen Trums in die einzige Ebene des Einlaufpunktes über eine einzige Umlenkstufe realisiert wird, welche die Entkoppelung zwischen dem von der Vor ratsspule abgezogenen Trum, zu dem zum Einlaufpunkt gehenden Trum ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass praktisch mit geringstem Bauaufwand die völlige physikalische Entkoppelung aller Betriebsparameter im Langgut mit Ausnahme der wirkenden Abzugskraft erfolgt.
Dieser Vorteil wird allein durch die Auswahl des Haft-Reibwertes unter Berücksichtigung der relevanten Einflußgrößen erzielt.
Als relevante Einflußgrößen gelten hier die vorbestimmte Abzugskraft, der Teilumschlingungswinkel, die Breite des Spulenpakets und der Abstand der Achsen von Vorratsspule zur Entkoppelungswalze.
Dabei berücksichtigt die Erfindung die Erkenntnis, dass das Problem der Entkoppelung mit zunehmendem Abstand zwischen der Vorratsspule und der Entkoppelungswalze steigt und ebenso in den Hubendbereich des Spulenpakets dann am größten ist, wenn die Anregung zur Ausbildung einer Schwingung in Form einer stehenden Welle oder die Tendenz zur lokalen Randdehnung von dünnstreifigem Langgut ihren Maximalwert einnimmt.
Die Erfindung beruht daher auf der gelungenen Integration zweier verschiedener Effekte, die allein durch die folgerichtige Ausbildung der Entkoppelungswalze praktisch unabhängig voneinander auf das Langgut einwirken.
Zu diesem Zweck muss der Haft-Reibwert zwischen dem Langgut und der Oberfläche der Entkoppelungswalze ausreichend groß sein, um das Langgut in Querrichtung und Umfangsrichtung schlupffrei über die Entkoppelungswalze zu führen.
Es wird daher das zur Entkoppelungswalze laufende Trum stets den kürzesten Weg zwischen dem Ablaufpunkt von der Vorratsspule und der Entkoppelungswalze nehmen.
Dieselbe Überlegung gilt für das von der Entkoppelungswalze ablaufende Trum, welches stets bestrebt ist, den kürzesten Weg zu nehmen.
Die beiden kritischen Punkte auf der Entkoppelungswalze, namentlich der Auflaufpunkt und der Ablaufpunkt werden dann von dem Langgut im Sinne der niedrigsten Gesamtenergie miteinander verbunden.
Dennoch verhindert die schlupffreie Ablage des Langguts auf der Entkoppelungswalze ein durch die Längskraft im Langgut hervorgerufenes Verrutschen des Auflaufpunktes zum Ablaufpunkt, wodurch die seitliche Anregung auf das Langgut zu Randdeformation/Schwingungsanregung entfällt. Strenggenommen kann der Auflaufpunkt an der Entkoppelungswalze zwar nur stets dem Ablaufpunkt an der Vorratsspule nachlaufen, so dass die Radialebene des Auflaufpunktes stets einen geringfügigen Negativabstand zur Radialebene des Ablaufpunktes von der Vorratsspule hat. Dies jedoch ist die Vorraussetzung dafür, dass das Langgut auch bei geringen Zugkräften unter hohen Laufgeschwindigkeiten mechanisch unbehelligt bleibt.
Hierzu hat die Erfindung erkannt, dass in jedem Fall ein Vorlaufen des Auflaufpunktes auf die Entkoppelungswalze in Folge der axial wirkenden Kräfte auf das Langgut unterbunden werden muss.
Die Axialkräfte, welche an dem Langgut im Auflaufpunkt auf die Entkoppelungswalze angreifen, werden daher von den Haft-Reibkräften auf das Langgut abgefangen.
Wenn die Kontaktzone zwischen Entkoppelungswalze und Langgut schlupffrei ist, ist damit auch sichergestellt, dass sich Axialschwingungen, die sich aus der Abzugskraft ergeben können nicht ungehindert bis zur Vorratsspule ausbreiten. Die vollständige mechanisch-physikalische Entkoppelung ist somit gewährleistet.
Berücksichtigt man, dass jedes noch so empfindliche Langgutmaterial doch in gewisser Weise mechanisch beansprucht werden kann, so kommt es für die Erfindung nicht zwingend darauf an, dass die Radialebene des Ablaufpunktes von der Vorratsspule identisch mit der Radialebene des Ablaufpunktes auf die Entkoppelungswalze zusammenfällt. Ein Abstand dieser beiden Ebenen, der die Hälfte der Breite des Langguts nicht übersteigt, dürfte für die allermeisten Anwendungsfälle genügen. Dies erfolgt insbesondere im Hinblick auf die Lichtwellenleiter aus Glasfilamenten, weil dank der Erfindung die ständige Schwingungsanregung effektiv unterbunden wird.
Um eine kompakte Abwickelvorrichtung zu erhalten, soll einerseits der Abstand zwischen dem Ablaufpunkt der Vorratsspule und dem Auflaufpunkt der Entkoppelungswalze nur um etwa 1–5 cm größer sein als die Summe der Halbmesser aus Vorratsspule und Entkoppelungswalze. Hierbei sind eventuelle Spulenseitenflanschdurchmesser mit berücksichtigt, um den Wechsel von Leerhülsen zu Vollspulen zu ermöglichen.
Wesentlich für die Erfindung ist auch die Tatsache, dass die Walzenborde der Entkoppelungswalze in ihrer Verlängerung zur Vorratsspule die Stirnflächen des Spulenpakets zwischen sich einschließen.
Dies stellt nämlich sicher, dass das der Entkoppelungswalze zulaufende Trum auch in den Hubendbereichen des Spulenpakets ohne die Gefahr von Abschlägern zur Entkoppelungswalze läuft.
Einerseits sollte der Abstand zwischen der Achse der Vorratsspule und der Achse der Entkoppelungswalze möglichst klein sein, um hohe Nachstellkräfte in Axialrichtung zu erhalten. Andererseits sollte der Abstand zwischen der Entkoppelungswalze und dem Einlaufpunkt in die Verarbeitungs linie möglichst groß sein, um möglichst geringe axiale Kräfte auf das Langgut zu erzielen.
Das Verhältnis der Achsabstände sollte mindestens 1:2 sein, bevorzugt 1:5 und größer.
Zu diesem Zweck ist es anzuraten, die Entkoppelungswalze auf einer von zwei Halbseiten der Vorratsspule anzuordnen und im Gegenzug den Einlaufpunkt in die Verarbeitungslinie auf der anderen der beiden Halbseiten. Es ergibt sich hieraus ein zick-zack-förmiger Verlauf für das Langgut mit einem möglichst großen Umschlingungswinkel an der Entkoppelungswalze von etwa 180 Grad oder mehr. Dies führt auch bei relativ geringen Haft-Reibwerten zu einer wirksamen Entkoppelung der beiden Trume.
Handelt es sich bei dem Langgut um biegeempfindliches Material, z.B. um Lichtwellenleiter, so ist der Radius der Entkoppelungswalze größer zu wählen als der minimal zulässige Biegeradius des Lichtwellenleiters.
Während einerseits möglichst große Walzendurchmesser den Festhalteeffekt der Erfindung begünstigen, entstehen hierdurch aber auch relativ hohe Trägheitsmomente der Entkoppelungswalze, was der Forderung nach Schlupffreiheit entgegenwirkt. Dies lässt sich dadurch vermeiden, dass die Entkoppelungswalzen hohl und mit Wandstärken von lediglich 1 oder 2 mm ausgebildet werden.
Da die Summe der Einzelwiderstände deutlich kleiner als die vorbestimmte konstante Abzugskraft sein müssen, und diese Forderung auch unter Berücksichtigung der axialen Beanspruchung der Entkoppelungswalze erfüllt sein muß, wird eine Paarung aus Leichtlauflagern vorgeschlagen, von denen eines ein Festlager und das andere Loslager sein soll.
Hierzu wird zusätzlich vorgeschlagen, das Festlager als Pendelkugellager und das Loslager als Nadellager auszubilden.
Andererseits ist es auch denkbar, die Entkoppelungswalze mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit anzutreiben. Diese Umfangsgeschwindigkeit kann auch innerhalb eines Regelkreises auf einen konstanten Wert ausgeregelt werden, der der Fördergeschwindigkeit des Langguts identisch entspricht.
Will man die Erfindung auch bei großen Materialrollenbreiten anwenden, muß man berücksichtigen, dass über die Verlegebreite sehr große Schwenkwinkel zum zentralen Einlaufpunkt in die Verarbeitungslinie entstehen.
Dann kann es vorteilhaft sein, die Entkoppelungswalze mit einer balligen Oberfläche sozusagen fassförmig auszubilden, so dass sie in ihrer mittleren Radialebene den größten Durchmesser aufweist. Prinzipiell muß jedoch der größte Durchmesser in derjenigen Ebene liegen, in welcher auch der Einlaufpunkt für die Verarbeitungslinie liegt.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die äußere Kante eines abgezogenen flachen Langguts geringer beansprucht wird, so dass sich diese Ausführungsform insbesondere auch für dünne Bänder aus Flachfolien eignet.
Da zudem das auflaufende Bandmaterial auch sofort flächigen Kontakt mit der Oberfläche der Entkoppelungswalze bekommt, bleiben lokale Deformationen vermeidbar.
Ferner wird zumindest in einer der beiden Changierrichtungen der stets vorhandene Nachlauf des Auflaufpunktes auf die Entkoppelungswalze verringert, weil die Tendenz des Langguts zum Klettern ausgenutzt wird.
Um Einlaufvorgänge in die Oberfläche der Entkoppelungswalze zu verhindern, wird weiterhin vorgeschlagen, die Oberflächenrauhigkeit stochastisch zu verteilen.
Hierzu kann es empfehlenswert sein, eine Beschichtung vorzusehen, die den Haft-Reibwert erhöht.
Darüber hinaus kann in Anlehnung an die bereits erwähnte DE 195 12 963 A1 eine weitere Entkoppelungswalze vorgesehen sein, die stromabwärts der ersten Entkoppelungswalze liegt und einen geringeren Haft-Reibwert aufweist. Auf diese Weise lässt sich wirksam die Trumlänge zwischen dem Ablaufpunkt von der (eigentlichen) ersten Entkoppelungswalze zum Einlaufpunkt in die Verarbeitungslinie verlängern. Da es für dieses Trum auf eine große Trumlänge ankommt, kann man somit geringe resultierende Rückstellkräfte in Axialrichtung erwarten, so dass die Haft-Reibbedingung auch bei sehr kleinen vorgegebenen Abzugskräften erfüllt ist.
Die verbleibenden Unteransprüche betreffen einen Aufspanndorn, der für die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet ist, weil er kleine Kräfte ruckfrei in beide Richtungen übertragen kann.
Basis dieses Aufspanndorns ist ein seitlich ausfedernder Mitnehmerzapfen mit einem keulenartig verdicktem Kopf und einem gegenüber dem Kopf dünneren Hals. In der Aufspannstellung liegt eine Ausnehmung im Seitenflansch der Vorratsspule formschlüssig an dem dünnen Hals des Mitnehmerzapfens an. Der geringe Abstand des Angriffspunktes zwischen Mitnehmerzapfen und der Ausnehmung im Seitenflansch der Vorratsspule zum Federbefestigungspunkt des Mitnehmerzapfens lässt die Übertragung großer Drehmomente in beide Drehrichtungen erwarten.
Dennoch ist ein leichtes Aufspannen und Lösen der Vorratsspule möglich, weil die seitliche Federbewegung des Mitnehmerzapfens durch den Angriffspunkt mit großem Abstand zum Federbefestigungspunkt für ein leichtes Ausfedern sorgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht,
1a eine mit einem Lichtwellenleiter bestückte Vorratsspule,
2 eine Ansicht auf die Erfindung von oben,
3 eine spezielle Leichtlauflagerung für die Entkoppelungswalze,
4 eine Entkoppelungswalze mit symmetrisch balligem Walzenmantel,
5 Detailansicht eines Aufspanndorns nach dieser Erfindung.
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung für alle Figuren.
1 zeigt eine Abwickelvorrichtung zum Abwickeln von mechanisch empfindlichem Langgut von einer in Abwickelrichtung 50 angetriebenen Vorratsspule 2. Die Vorratsspule 2 sitzt auf einem Aufspanndorn 3, der drehfest mit dem Abwickelmotor 4 verbunden ist.
Die vorbestimmte konstante Abzugskraft 5 wird über das Tänzersystem 6 und den Regelkreis 7 auf einen konstanten Wert ausgeregelt. Wesentlich ist auch, dass das Langgut auf der Vorratsspule 2 als Präzisionswicklung abgelegt ist. Handelt es sich bei dem Langgut um Lichtwellenleiter, so werden die einzelnen Windungen unter unmittelbarer gegenseitiger Berührung der jeweils benachbarten Windungen abgelegt.
Diesen Sachverhalt zeigt 1a. Die dort gezeigte Vorratsspule 2 weist einen Spulenkern 27 auf, dessen Durchmesser größer als der kleinste zulässige Biegeradius des Lichtwellenleiters 29 ist.
Dementsprechend ist auch der Durchmesser der Entkoppelungswalze 10 zu wählen.
Auf den Spulenkern 27 ist ein gummiweiches Bett 31 vorgesehen, auf welchem die innersten Windungen dicht an dicht unter gegenseitiger Berührung abgelegt sind.
Hierdurch entsteht zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen eine Kontaktzone 30, an welcher sich die Windungen berühren.
Da der Lichtwellenleiter kreisrunden Querschnitts ist, entsteht zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen ein Zwickel, in welchen eine Windung der darüber gelegten Lage eingelegt ist.
Es entsteht auf diese Weise ein äußerst dichtes Spulenpaket von welchem der Lichtwellenleiter in der weiteren Verarbeitung mit Geschwindigkeiten zwischen etwa 40–70 m/s bei sehr geringen Abzugskräften zwischen etwa 20–50 cN abgezogen werden muß.
Hier setzt die Erfindung an. Gleichwohl ist die Erfindung auch für andere Langgutmaterialien, insbesondere auch für mechanisch relativ unempfindliche Langgutmaterialien brauchbar.
Der Spulenkern 27 weist seitliche Mitnehmerflansche 28 auf, deren Innenflächen die Breite des Spulenpakets begrenzen. Der lichte Abstand der Innenflächen ist somit identisch mit der Verlegebreite 8, mit welcher das Langgut auf dem Spulenkern 27 aufgewickelt ist.
Beim Abzug des Langguts von der Vorratsspule 2 entsteht eine changierende Bewegung, welche durch die Wicklung an sich vorgegeben ist.
Bevor das Langgut in die Verarbeitungslinie einläuft, die in den gezeigten Ausführungsbeispielen praktisch mit dem Tänzersystem 6 beginnt, muss die changierende Bewegung des Langguts so abgebaut werden, dass das Langgut dann noch lediglich auf den einzigen vorbestimmten Einlaufpunkt 9 der Verarbeitungslinie zuläuft.
Durch den Abbau der Changierbewegung kann es allerdings bei mechanisch empfindlichem Langgut zu erheblichen Beeinträchtigungen kommen. Hier setzt die Erfindung an.
Um derartige mechanische Beeinträchtigungen auszuschließen, ist zwischen dem Ablaufpunkt 19 von der Vorratsspule 2 und dem Einlaufpunkt 9 zur Verarbeitungslinie eine mitdrehende Walze 10 angeordnet, deren Walzenachse 10 parallel zur Achse 12 der Vorratsspule 2 liegt. Die Walzenbreite 15 ist bestimmt durch den Axialabstand der Walzenborde 13 und 14. In der Verlängerung der Walzenborde 13 und 14 wird das Spulenpaket, namentlich der lichte Abstand zwischen den Mitnehmerflanschen 28, eingeschlossen.
Die Breite 16 des Spulenpakets ist daher allerhöchstens so groß, wie der axiale Abstand der Walzenborde 13 und 14. Das von der Vorratsspule 2 zur Entkoppelungswalze 10 laufende Langguttrum wird als ankommendes Trum 17 bezeichnet, das von der Entkoppelungswalze 10 abgehende Langguttrum wird als abgehendes Trum 18 bezeichnet.
Das ankommende Trum 17 erstreckt sich daher zwischen dem Ablaufpunkt 19 von der Vorratsspule und dem Auflaufpunkt 20 auf die Entkoppelungswalze, während das abgehende Trum 18 sich zwischen dem Ablaufpunkt 21 von der Entkoppelungswalze und dem Einlaufpunkt 9 in die Verarbeitungslinie erstreckt.
Während der Einlaufpunkt 9 praktisch in lediglich einer einzigen Ebene liegt, lässt sich, bedingt durch die changierende Ablage des Langguts auf der Vorratsspule 2 der Ablaufpunkt 19, der Auflaufpunkt 20 und der Ablaufpunkt 21 nicht in einer einzigen Ebene halten.
Das Langgut bekommt daher eine Changierbewegung aufgeprägt, die einerseits unvermeidbar ist, andererseits jedoch das Langgut mechanisch nicht beeinträchtigen darf.
Zu diesem Zweck wird die Entkoppelungswalze 10 mit einem ausreichend großen Umschlingungswinkel 22 umschlungen, der hier mindestens 90 Grad beträgt. Dieser Umschlingungswinkel sorgt unter Berücksichtigung der Abzugskraft 5, die gering ist, für eine ausreichende Abtragung von Haft-Reibkräften so, dass auch in den beiden Hubenden der innersten Wicklungslagen des Spulenpakets die Radialebene des Ablaufpunktes 19 von der Vorratsspule mit der Radialebene des Auflaufpunktes 20 auf die Entkoppelungswalze 10 praktisch zusammenfällt. Die hierfür maßgeblichen Einflußparameter sind neben der vorbestimmten Abzugskraft 5 der Umschlingungswinkel 22, die Breite 16 des Spulenpakets und der Achsenabstand 23 zwischen der Vorratsspule 2 und der Entkoppelungswalze 10.
Da der ungünstigste Fall für die notwendige Entkoppelung dann vorliegt, wenn das Langgut von einer der Endwindungen der innersten Wicklungslagen abgezogen wird, ist der Haft-Reibwert der Oberfläche der Entkopplungswalze auf einen Mindestwert so groß einzustellen, dass die besagten beiden Radialebenen des Ablaufpunktes einerseits und des Auflaufpunktes andererseits praktisch zusammen fallen.
Dies wird anhand von 2 noch einmal verdeutlicht.
Dort ist eine Ansicht von oben auf eine Vorrichtung gemäß 1 gezeigt.
Praktisch in der mittleren Radialebene der Vorratsspule 2 liegt auch der Einlaufpunkt 9 für das Langgut in die Verarbeitungslinie.
Die Walzenbreite 16 der Entkoppelungswalze 10 überragt die Breite des Spulenpakets auf der Vorratsspule 2 geringfügig, so dass seitliche Abschläger vermieden werden. Der Ablaufwinkel 25, das ist der zur Achse der Vorratsspule 2 gemessene Winkel des Langguts, ist praktisch identisch mit dem Auflaufwinkel 26, den das Langgut mit der Achsrichtung der Entkoppelungswalze 10 einschließt.
Zwar kann -differenziel betrachtet- niemals ein gewisses Nachlaufen des Auflaufpunktes 20 zum Ablaufpunkt 19 ausgeschlossen werden.
Diese geringfügigen Differenzen sollen jedoch unberücksichtigt bleiben.
Dies gilt in jedem Falle solange, wie der Abstand zwischen der Radialebene des Ablaufpunktes 19 von der Vorratsspule 2 zur Radialebene des Auflaufpunktes 20 auf die Entkoppelungswalze 10 höchstens so groß wie die Hälfte der Breite des Langguts ist.
Bevorzugt soll der Haft-Reibwert der Entkoppelungswalze 10 jedoch so groß eingestellt werden, dass das Langgut sowohl in Querrichtung als auch in Umfangsrichtung schlupffrei über die Entkoppelungswalze 10 läuft.
Unter praktischen Gesichtspunkten kann man in jedem Falle davon ausgehen, dass der Ablaufwinkel 25 und der Auflaufwinkel 26 jeweils 90 Grad betragen.
Ferner zeigt 2 noch den Spezialfall, dass die mittlere Radialebene 32 der Vorratsspule 2 praktisch mit der Ebene des Einlaufpunktes 9 zusammenfällt.
Im Rahmen üblicher Überlegungen kann die Erfindung selbstverständlich auch für Fälle Anwendung finden, in denen die Achse der Vorratsspule 2 windschief zur Achse der Entkopplungswalze 10 steht.
Entsprechend müsste dann auch die Geometrie der Walzenborde hinsichtlich der Breite des Spulenpakets angepasst werden.
1 zeigt jedoch den qualitativ richtigen Zusammenhang der einzelnen Abstände.
Der Abstand 23 zwischen dem Ablaufpunkt von der Vorratsspule 2 und dem Auflaufpunkt 20 auf die Entkopplungswalze 10 ist praktisch nur wenige Zentimeter größer als die Summe der Radien von Vorratsspule 2 und Entkopplungswalze 10. Diese Maßnahme ist erforderlich, um die Vorratsspule 2 auswechseln zu können.
Zu dem Abstand 23 ist der Abstand 24 ins Verhältnis zu setzen. Der Abstand 24 betrifft den Abstand zwischen dem Ablaufpunkt 21 von der Entkoppelungswalze 10 und dem Einlaufpunkt 9 in die Verarbeitungslinie. Das Verhältnis der Abstände 23 zu 24 muss kleiner als 1:2 sein.
Je kleiner das Verhältnis wird, desto eher nimmt das Langgut von dem Ablaufpunkt 19 den senkrechten Weg zur Entkoppelungswalze. Dies wird mit der Erfindung prinzipiell angestrebt.
Winkelabweichungen von +- 1–2 Grad sind zulässig.
Unter diesen Voraussetzungen lässt sich dann mit Berücksichtigung der bereits genannten maßgeblichen Einflussparameter der notwendige Mindesthaft-Reibwert der Kopplungswalze bestimmen.
Da dieser aber auch abhängig von dem jeweiligen Material des Langguts ist, können verbindliche Werte nur durch aufwendige analytische Berechnung oder einfache Experimente gefunden werden.
Da es in jedem Falle aber auf einen bestimmten Haft-Reibwert ankommt, der seinerseits über die jeweils vorliegende Normalkraft, welche das Langgut auf die Oberfläche der Entkoppelungswalze ausübt, zur schlupffreien Berührung zwischen Langgut und Entkoppelungswalze führt, ist alternativ zur Erfindung auch ein Quetschwalzenpaar geeignet, von denen eine Walze die Entkoppelungswalze ist, weil hierdurch die erforderliche Normalkraft auch unabhängig von der vorgegebenen Zugkraft aufgebracht werden kann.
Beide Versionen sind gleichwertig und daher geeignet auch für Langgut, welches unter geringen Abzugskräften mit hohen Liefergeschwindigkeiten verarbeitet werden soll.
Insofern ist allerdings für die Variante der Erfindung mit lediglich der Entkoppelungswalze der Aspekt des Leichtlaufs von maßgeblicher Bedeutung.
Dieser Leichtlauf muss auch unter den unvermeidbaren axialen Kräften auf die Entkoppelungswalze gewährleistet sein.
Sieht man zu diesem Zweck eine freidrehende Entkopplungswalze gemäß 3 vor, soll die Wandstärke 33 weniger als 2 mm sein. Diese Maßnahme dient dem Zweck, die Entkoppelungswalze mit geringen Trägheitsmomenten auszustatten, wodurch die Schlupffrei-Bedingung auch bei Geschwindigkeitsänderungen gewährleistet bleibt.
Die Leichtlaufbedingung kann dadurch erfüllt werden, dass die Entkoppelungswalze in einer Paarung aus Leichtlauflagern sitzt, von denen eines als Festlager und das andere als Loslager ausgeführt ist wobei insbesondere der Variation Festlager=Pendelkugellager und Loslager=Nadellager besondere Aufmerksamkeit zukommt.
Während das Nadellager 34 nämlich nur radiale Kräfte abträgt, dient das Pendelkugellager 35 zusätzlich der Aufnahme eventueller axialer Kräfte, die durch den Schrägabzug des Langguts in dem abgehenden Trum 18 erzeugt werden.
Darüber hinaus zeigt 1 noch einen Fall, in welchem der Umschlingungswinkel 22 größer als 180 Grad ist. Das ankommende Trum 17 schließt mit dem abgehenden Trum 18 einen Winkel von deutlich weniger als 30 Grad ein.
Die Führung des Langguts, ausgehend von der Vorratsspule 2 ist zick-zack-förmig bis zum Einlaufpunkt 9, wobei die Richtungsumkehr von der Entkoppelungswalze 10 hervorgerufen wird, um dort einen ausreichend hohen Umschlingungswinkel zu erhalten. Zur Vermeidung von Einlaufeffekten soll die Oberfläche der Entkopplungswalze eine stochastisch verteilte Rauhigkeit haben. Zu diesem Zweck kann eine Beschichtung 36 vorgesehen sein, welche auf die Oberfläche der Entkopplungswalze aufgetragen ist.
Ferner ist es für gewisse Einbausituationen denkbar, hinter der Entkoppelungswalze 10 eine weitere Entkoppelungswalze anzuordnen, die vor dem Einlaufpunkt 9 in die Verarbeitungslinie liegt. Die zweite Entkoppelungswalze dient dann der Verlängerung des abgehenden Trums 18 und somit der weiteren Verkleinerung des Verhältnisses der Abstände 23 zu 24.
Die zweite Entkoppelungswalze sollte aber den geringeren Haft-Reibwert haben, damit auch bei kleinen Umschlingungswinkeln ein möglichst ungestörter Verlauf im Langgut gewährleistet ist.
Abweichend von der frei mitdrehenden Entkoppelungswalze gemäß 3 kann darüber hinaus ein Antrieb vorgesehen sein, welcher die Entkoppelungswalze mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit antreibt. Die Umfangsgeschwindigkeit muss die Schlupffrei-Bedingung erfüllen und sollte daher mit der Abzugsgeschwindigkeit identisch sein.
Während 3 eine Entkoppelungswalze mit geradzylindrischem Mantel zeigt, kann darüber hinaus entsprechend 1, 2 und 4 vorgesehen sein, die Entkoppelungswalze mit einer balligen Oberfläche auszustatten, vorzugsweise deren größter Durchmesser in der axialen Längsmitte liegt. Diese Maßnahme unterstützt das beschädigungsfreie Abwickeln des Langguts.
Ergänzend hierzu zeigt 5 einen Aufspanndorn, der sich insbesondere für die Erfindung eignet.
Der Aufspanndorn 3 steht mit einem drehzahlgeregelten Abwickelmotor 4 in drehfest Verbindung.
An den Aufspanndorn 3 ist ein Mitnehmerflansch 37 angebracht, an welchem Mitnehmerzapfen 38, 39 sitzen, die in entsprechende Ausnehmungen 41, 43 des Mitnehmerflanschs 28 der Vorratsspule 2 eingreifen.
Wesentlich ist, dass einer der Mitnehmerzapfen 39 einen keulenartig verdickten Kopf 40 aufweist, der in der Eingriffsstellung mit seinem gegenüber dem Kopf 40 dünneren Hals an dem Rand der Ausnehmung 43 der Vorratsspule 2 formschlüssig anliegt.
Zu diesem Zweck ist der Mitnehmerzapfen 39 mit dem keulenartig verdickten Kopf 40 seitlich ausfedernd über die Abstützung 45 am Mitnehmerflansch 37 angebracht.
Der Abstand zwischen den formschlüssig anliegenden Bereichen der beiden Mitnehmerzapfen 38, 39 entspricht dem entsprechenden Abstand der beiden Ausnehmungen 41, 43, wobei die Ausnehmungen größer als die Zapfenquerschnitte sind, so dass lediglich eine formschlüssige Anlage an den Rändern 42, 44 der Mitnehmerzapfen zustande kommt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, die formschlüssige Anlage unter Federvorspannung zu erhalten.
Auf diese Weise wird die lediglich in Umfangsrichtung beanspruchte Vorratsspule 2 bei den hier in Frage kommenden geringen Abzugskräften zuverlässig in beide Richtungen gehalten.
Der besondere Effekt des keulenartig verdickten Kopf 40 beruht auch darauf, dass seine Kontaktzone zur Ausnehmung 43 einen sehr geringen Abstand zur federnden Anlenkung hat, so dass auch mit geringen Federvorspannkräften ausreichende Haltekräfte erzielt werden.
Um das Aufstecken der Vorratsspule 2 zu erleichtern, ist die freie Länge H größer als die entsprechende freie Länge h des feststehenden Mitnehmerzapfens 38. Die Vorratsspule 2 kann daher mit ihren Ausnehmungen 41, 43 leicht in die Paarung aus den beiden Mitnehmerzapfen 38, 39 eingefädelt werden.
Ergänzend hierzu ist noch vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Aufspanndorns 3 den Innendurchmesser der Bohrung der Vorratsspule 2 praktisch formschlüssig durchsetzt und dass am freien Ende des Aufspanndorns eine federbelastete axiale Haltekugel 46 vorgesehen ist, welche die axiale Position der Vorratsspule 2 auf dem Aufspanndorn 3 leicht lösbar fixiert.

1: Abwickelvorrichtung
2: Vorratsspule
3: Aufspanndorn
4: Abwickelmotor
5: Abzugskraft
6: Tänzersystem
7: Regelung
8: Verlegebreite
9: Einlaufpunkt
10: Entkoppelungswalze
11: Walzenachse
12: Spulenachse
13: Walzenbord
14: Walzenbord
15: Walzenbreite
16: Breite des Spulenpakets
17: ankommendes Trum
18: abgehendes Trum
19: Ablaufpunkt von 2
20: Auflaufpunkt auf 10
21: Ablaufpunkt von 10
22: Umschlingungswinkel
23: Abstand zwischen 19–20
24: Abstand zwischen 21–9
25: Ablaufwinkel
26: Auflaufwinkel
27: Spulenkern
28: Mitnehmerflansch
29: Lichtwellenleiter
30: Kontaktzone
31: gummiweiches Bett
32: mittlere Radialebene von 2
33: Wandstärke
34: Nadellager
35: Pendelkugellager
36: Beschichtung
37: Mitnehmerflansch
38: Mitnehmerzapfen
39: Mitnehmerzapf
40: keulenartig verdickter Kopf
41: erste Ausnehmung
42: Rand der ersten Ausnehmung
43: zweite Ausnehmung
44: Rand der zweiten Ausnehmung
45: federnde Abstützung
46: Haltekugel
50: Abwickelrichtung

Claims

Vorrichtung (1) zum Abwickeln von mechanisch empfindlichem Langgut von einer in Abwickelrichtung (50) angetriebenen Vorratsspule (2), die drehfest mit einem Aufspanndorn (3) verbunden ist, wobei das Langgut auf der Vorratsspule (2) als Präzisionswicklung unter unmittelbarer gegenseitiger Berührung der jeweils benachbarten Windungen abgelegt ist und wobei das Langgut mit einer vorbestimmten konstanten Abzugskraft (5) zu einem einzigen vorbestimmten Einlaufpunkt (9) vor der Verarbeitungslinie geführt wird, der vorzugsweise in der mittleren Radialebene der Vorratsspule (2) liegt, wobei zwischen dem Ablaufpunkt (19) der Vorratsspule (2) und dem Einlaufpunkt (9) vor der Verarbeitungslinie eine mitdrehende Walze angeordnet ist, deren Achse (11) parallel zur Achse der Vorratsspule (2) liegt und die vom Langgut mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 90 Grad teilumschlungen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze als Entkopplungswalze (10) zur Entkopplung der Laufebene des ankommenden Trums (17) von der Laufebene des abgehenden Trums (18) ausgelegt ist, und dass hierzu die Walzenborde (13, 14) in ihrer Verlängerung zur Vorratsspule (22) das Spulenpaket zwischen sich einschließen, und dass unter Berücksichtigung der vorbestimmten Abzugskraft (5), des Umschlingungswinkels (22), der Breite (16) des Spulenpakets und des Achsenabstandes zwischen Vorratsspule (2) und Entkoppelungswalze (10) der Haft-Reibwert der Oberfläche der Entkoppelungswalze (10) mindestens so groß eingestellt ist, dass auch in den beiden Hubenden der innersten Wicklungslagen des Spulenpakets die Radialebene des Ablaufpunktes (19) von der Vorratsspule (2) praktisch mit der Radialebene des Auflaufpunktes (20) auf die Entkoppelungswalze (10) zusammenfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haft-Reibwert mindestens so groß eingestellt ist, dass der Abstand der Radialebene des Ablaufpunktes (19) von der Vorratsspule (2) zur Radialebene des Auflaufpunktes (20) auf die Entkoppelungswalze (10) höchstens so groß wie die Hälfte der Breite des Langguts ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haft-Reibwert so groß eingestellt ist, dass das Langgut in Quer- und Umfangsrichtung schlupffrei über die Entkoppelungswalze (10) läuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (23) zwischen dem Ablaufpunkt (19) der Vorratsspule (2) und dem Auflaufpunkt (20) der Entkoppelungswalze (10) nur wenige Zentimeter größer als die Summe der Halbmesser aus Vorratsspule (2) und Entkoppelungswalze (10) und im Verhältnis zum Abstand zwischen dem Ablaufpunkt (21) von der Entkopplungswalze (10) und dem Einlaufpunkt (9) in die Verarbeitungslinie kleiner als 1:2 ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Langgut um biegeempfindliches Material handelt und dass der Radius der Entkoppelungswalze (10) größer oder höchstens gleich dem minimal zulässigen Biegeradius des verwendeten Langguts ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkoppelungswalze (10) frei drehend gelagert und hohl ist mit einer Wandstärke von weniger als 2 mm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkoppelungswalze (10) in einer Paarung aus Leichtlauflagern sitzt, von denen eines als Festlager und das andere als Loslager ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager ein Pendelkugellager ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager ein Nadellager ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschlingungswinkel (22) größer als 180 Grad ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkoppelungswalze (10) mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit angetrieben ist, deren Nennwert mit der Abzugsgeschwindigkeit identisch übereinstimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugskraft (5) im Bereich zwischen etwa 20 bis 50 cN und dass die Abzugsgeschwindigkeit im Bereich zwischen etwa 40 bis 70 m/s beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Abwinkeln von Lichtschwellenleitern kreisrunen Querschnitts ausgelegt ist, die derart auf der Vorratsspule (2) abgelegt sind, dass die Windungen jeder äußeren Lage in den Zwickeln der Windungen der darunter befindlichen Lage liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Abwickeln von dünnen Streifen aus Aluminiumfolie ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungswalze (10) eine ballig symmetrische Oberfläche hat, deren größter Durchmesser in der Mitte liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Entkoppelungswalze (10) eine stochastisch verteilte Rauhigkeit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Entkoppelungswalze (10) Haft-Reibwert erhöhend beschichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der ersten Entkoppelungswalze (10) und vor dem Einlaufpunkt (9) in die Verarbeitungslinie eine parallel zu dieser ausgerichtete zweite Entkoppelungswalze mit einem geringeren Haft-Reibwert angeordnet ist.
Aufspanndorn (3) mit Mitnehmerflansch (37) für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur vorübergehenden Aufnahme einer Vorratsspule (2) mit Langgut, wobei ein drehzahlgeregelter motorischer Antrieb (4) für den Aufspanndorn (3) vorgesehen ist, wobei an dem Mitnehmerflansch (37) Mitnehmerzapfen (38) angeordnet sind, die in Ausnehmungen im Seitenflansches (28) der Vorratsspule (2) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass von den Mitnehmerzapfen einer (39) einen keulenartig verdickten Kopf (40) hat und seitlich ausfedernd so am Mitnehmerflansch (37) sitzt, dass er in der Eingriffsstellung mit seinem gegenüber dem Kopf dünneren Hals an dem Rand der Ausnehmung (43) der Vorratsspule (2) formschlüssig anliegt.
Aufspanndorn nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Anlage unter Federvorspannung (45) erfolgt.
Aufspanndorn nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Aufspanndorns (3) dem Innendurchmesser einer Bohrung entspricht, welche die Vorratsspule (2) durchsetzt und dass am freien Ende des Aufspanndorns (3) eine federbelastete axiale Haltekugel (46) vorgesehen ist, welche über den Mantel des Aufspanndorns hervorspringt.