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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abwickeln von
mechanisch empfindlichem Langgut nach Oberbegriff von Anspruch 1.
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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.
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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.
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Die
Zugempfindlichkeit des Klebebands setzt daher eine sehr kleine Zugkraft
in der Verarbeitungslinie voraus.
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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.
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Die
darauf folgende Führungsrolle
dient der Umlenkung des vom Liner befreiten Klebebands zur Einebenenrolle,
welche praktisch den Einlaufpunkt in die Verarbeitungslinie bestimmt.
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Bei
derartigen mechanisch empfindlichen Bändern muß unbedingt vermieden werden,
dass die mechanische Beanspruchung bei hohen Laufgeschwindigkeiten
zu einer bleibenden Zerstörung
des Bandmaterials führt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
weiteres mechanisch empfindliches Langgut können Lichtwellenleiter genannt
werden.
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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.
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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.
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Hierdurch
entstehen sogenannte stehende Wellen im Lichtwellenleiter, die zu
lokalen Deformationen und damit zur Totalreflexion führen können, was unerwünscht ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
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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.
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Dieser
Vorteil wird allein durch die Auswahl des Haft-Reibwertes unter Berücksichtigung der relevanten
Einflußgrößen erzielt.
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Als
relevante Einflußgrößen gelten
hier die vorbestimmte Abzugskraft, der Teilumschlingungswinkel,
die Breite des Spulenpakets und der Abstand der Achsen von Vorratsspule
zur Entkoppelungswalze.
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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.
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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.
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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.
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Es
wird daher das zur Entkoppelungswalze laufende Trum stets den kürzesten
Weg zwischen dem Ablaufpunkt von der Vorratsspule und der Entkoppelungswalze
nehmen.
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Dieselbe Überlegung
gilt für
das von der Entkoppelungswalze ablaufende Trum, welches stets bestrebt
ist, den kürzesten
Weg zu nehmen.
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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.
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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.
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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.
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Die
Axialkräfte,
welche an dem Langgut im Auflaufpunkt auf die Entkoppelungswalze
angreifen, werden daher von den Haft-Reibkräften auf das Langgut abgefangen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dies
stellt nämlich
sicher, dass das der Entkoppelungswalze zulaufende Trum auch in
den Hubendbereichen des Spulenpakets ohne die Gefahr von Abschlägern zur
Entkoppelungswalze läuft.
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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.
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Das
Verhältnis
der Achsabstände
sollte mindestens 1:2 sein, bevorzugt 1:5 und größer.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Hierzu
wird zusätzlich
vorgeschlagen, das Festlager als Pendelkugellager und das Loslager
als Nadellager auszubilden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Da
zudem das auflaufende Bandmaterial auch sofort flächigen Kontakt
mit der Oberfläche
der Entkoppelungswalze bekommt, bleiben lokale Deformationen vermeidbar.
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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.
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Um
Einlaufvorgänge
in die Oberfläche
der Entkoppelungswalze zu verhindern, wird weiterhin vorgeschlagen,
die Oberflächenrauhigkeit
stochastisch zu verteilen.
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Hierzu
kann es empfehlenswert sein, eine Beschichtung vorzusehen, die den
Haft-Reibwert erhöht.
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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.
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Die
verbleibenden Unteransprüche
betreffen einen Aufspanndorn, der für die erfindungsgemäße Vorrichtung
besonders geeignet ist, weil er kleine Kräfte ruckfrei in beide Richtungen übertragen
kann.
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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.
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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.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Seitenansicht,
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1a eine
mit einem Lichtwellenleiter bestückte
Vorratsspule,
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2 eine
Ansicht auf die Erfindung von oben,
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3 eine
spezielle Leichtlauflagerung für die
Entkoppelungswalze,
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4 eine
Entkoppelungswalze mit symmetrisch balligem Walzenmantel,
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5 Detailansicht
eines Aufspanndorns nach dieser Erfindung.
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Sofern
im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung
für alle
Figuren.
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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.
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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.
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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.
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Dementsprechend
ist auch der Durchmesser der Entkoppelungswalze 10 zu wählen.
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Auf
den Spulenkern 27 ist ein gummiweiches Bett 31 vorgesehen,
auf welchem die innersten Windungen dicht an dicht unter gegenseitiger
Berührung abgelegt
sind.
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Hierdurch
entsteht zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen eine Kontaktzone 30,
an welcher sich die Windungen berühren.
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Da
der Lichtwellenleiter kreisrunden Querschnitts ist, entsteht zwischen
jeweils zwei benachbarten Windungen ein Zwickel, in welchen eine
Windung der darüber
gelegten Lage eingelegt ist.
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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.
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Hier
setzt die Erfindung an. Gleichwohl ist die Erfindung auch für andere
Langgutmaterialien, insbesondere auch für mechanisch relativ unempfindliche
Langgutmaterialien brauchbar.
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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.
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Beim
Abzug des Langguts von der Vorratsspule 2 entsteht eine
changierende Bewegung, welche durch die Wicklung an sich vorgegeben
ist.
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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.
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Durch
den Abbau der Changierbewegung kann es allerdings bei mechanisch
empfindlichem Langgut zu erheblichen Beeinträchtigungen kommen. Hier setzt
die Erfindung an.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Langgut bekommt daher eine Changierbewegung aufgeprägt, die
einerseits unvermeidbar ist, andererseits jedoch das Langgut mechanisch nicht
beeinträchtigen
darf.
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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.
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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.
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Dies
wird anhand von 2 noch einmal verdeutlicht.
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Dort
ist eine Ansicht von oben auf eine Vorrichtung gemäß 1 gezeigt.
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Praktisch
in der mittleren Radialebene der Vorratsspule 2 liegt auch
der Einlaufpunkt 9 für
das Langgut in die Verarbeitungslinie.
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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.
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Zwar
kann -differenziel betrachtet- niemals ein gewisses Nachlaufen des
Auflaufpunktes 20 zum Ablaufpunkt 19 ausgeschlossen
werden.
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Diese
geringfügigen
Differenzen sollen jedoch unberücksichtigt
bleiben.
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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.
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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.
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Unter
praktischen Gesichtspunkten kann man in jedem Falle davon ausgehen,
dass der Ablaufwinkel 25 und der Auflaufwinkel 26 jeweils
90 Grad betragen.
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Ferner
zeigt 2 noch den Spezialfall, dass die mittlere Radialebene 32 der
Vorratsspule 2 praktisch mit der Ebene des Einlaufpunktes 9 zusammenfällt.
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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.
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Entsprechend
müsste
dann auch die Geometrie der Walzenborde hinsichtlich der Breite
des Spulenpakets angepasst werden.
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1 zeigt
jedoch den qualitativ richtigen Zusammenhang der einzelnen Abstände.
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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.
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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.
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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.
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Winkelabweichungen
von +- 1–2
Grad sind zulässig.
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Unter
diesen Voraussetzungen lässt
sich dann mit Berücksichtigung
der bereits genannten maßgeblichen
Einflussparameter der notwendige Mindesthaft-Reibwert der Kopplungswalze
bestimmen.
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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.
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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.
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Beide
Versionen sind gleichwertig und daher geeignet auch für Langgut,
welches unter geringen Abzugskräften
mit hohen Liefergeschwindigkeiten verarbeitet werden soll.
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Insofern
ist allerdings für
die Variante der Erfindung mit lediglich der Entkoppelungswalze
der Aspekt des Leichtlaufs von maßgeblicher Bedeutung.
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Dieser
Leichtlauf muss auch unter den unvermeidbaren axialen Kräften auf
die Entkoppelungswalze gewährleistet
sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
zweite Entkoppelungswalze sollte aber den geringeren Haft-Reibwert
haben, damit auch bei kleinen Umschlingungswinkeln ein möglichst
ungestörter
Verlauf im Langgut gewährleistet
ist.
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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.
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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.
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Ergänzend hierzu
zeigt 5 einen Aufspanndorn, der sich insbesondere für die Erfindung eignet.
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Der
Aufspanndorn 3 steht mit einem drehzahlgeregelten Abwickelmotor 4 in
drehfest Verbindung.
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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.
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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.
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Zu
diesem Zweck ist der Mitnehmerzapfen 39 mit dem keulenartig
verdickten Kopf 40 seitlich ausfedernd über die Abstützung 45 am
Mitnehmerflansch 37 angebracht.
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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.
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Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, die formschlüssige Anlage unter Federvorspannung
zu erhalten.
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Auf
diese Weise wird die lediglich in Umfangsrichtung beanspruchte Vorratsspule 2 bei
den hier in Frage kommenden geringen Abzugskräften zuverlässig in beide Richtungen gehalten.
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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.
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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.
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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.
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- 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