Spann- und Führungsvorrichtung für Wickelhülsen

Abstract

 Eine Spann- und Führungsvorrichtung für Wickelhülsen, insbesondere für Maschinen zum Auf- oder Abwickeln von Papier- oder Kartonbahnen, weist einen konzentrisch mit einer Antriebs- oder Bremswelle (1) verbundenen zylinderförmigen Führungskopf (7) mit glatter Mantelfläche auf, an den sich ein radial expansionsfähiges Spannteil (10) anschließt. Der Durchmesser des Führungskopfes (7) entspricht dem Hülseninnendurchmesser, die axiale Länge des Spannteils (10) ist kleiner als die axiale Länge des Führungskopfes (7), und der unexpandierte Außendurchmesser des Spannteils (10) ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Führungskopfes (7) und verläuft konzentrisch zu diesem.
Mit dieser Konstruktion wird eine sichere Zentrierung und Führung der Wickelhülse bei geringem Verschleiß auch dann gewährleistet, wenn kein Drehmoment einwirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Spann- und Führungseinrichtung für Wickelhülsen, insbesondere für Maschinen zum Auf- oder Abwickeln von Papier- oder Kartonbahnen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Es sind eine Vielzahl von Spannvorrichtungen für Wickelhülsen bekannt, die ein Spannteil aufweisen, das auf einem konzentrisch mit einer Antriebs- oder Bremswelle verbundenen Wellenzapfen sitzt und das bei einer umfänglichen Relativbewegung zum Wellenzapfen radial zum Festspannen der Wickelhülse expandiert. Eine gattungsgemäße Spannvorrichtung ist z.B. in der EP-C 0 208 832 beschrieben.

[0003] Beim Auf- oder Abwickeln von schwergewichtigen Papierrollen sind die bekannten Spannvorrichtungen zum Halten und Führen der Wickelrollen an ihren Wickelhülsen gut geeignet, sofern das zu übertragende Drehmoment (Abbremsen oder Beschleunigen der Rolle) mit steigendem Rollengewicht ebenfalls ansteigt. Falls jedoch beim hohen Rollengewicht (z. B. drei Tonnen) kein Drehmoment aufgebracht werden soll, weisen die bekannten Spannvorrichtungen erhebliche Nachteile auf:

[0004] Da sie nur im expandierten Zustand die Rolle exakt führen, muß auch in diesem Fall ein Drehmoment zum Expandieren eingebracht werden. Dies führt zu einer Relativbewegung zwischen dem Spannkopf und der Wickelhülse, woraus ein erhöhter Verschleiß der Wickelhülse resultiert und was eine Drehzahlmessung über den Wellenzapfen der Wickelrolle nur mit Fehlern erlaubt. Weiterhin kommt es bei Spannköpfen mit Spreizelementen zu unkontrollierten Bewegungs- und Belastungsvorgängen zwischen den tragenden Zapfen und den die Spreizbewegung ausführenden Spreizelementen, woraus ein großer Verschleiß resultiert, der nach relativ kurzer Zeit zum Ausfall der Spannköpfe führen kann. Ein weiteres Problem stellt die Abdichtung gegen Staub dar, da die beweglichen Teile geschmiert werden müssen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die eine sichere Zentrierung und Führung der Wickelhülse bei geringem Verschleiß auch dann gewährleistet, wenn kein Drehmoment einwirkt.

[0006] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Bei der Spann-und Führungsvorrichtung nach der Erfindung übernimmt das Spannteil lediglich die Funktion der Drehmomentübertragung. Das Gewicht der Wickelrollen wird von dem glatten, zylinderischen Führungskopf getragen, der ebenfalls die Zentrierung und Führung der Wickelrolle übernimmt.

[0008] Da für die Führung der Wickelrollen kein Drehmoment erforderlich ist, und daher auch in diesem Fall keine Relativbewegung zwischen Wickelhülse und dem Spannteil auftritt, sind die erfindungsgemäßen Spann- und Führungsvorrichtungen auch besonders geeignet, um die Drehgeschwindigkeit der Wickelrollen direkt zu messen, falls kein Drehmoment einwirkt. Auch bei einem Ausfall eines der Drehmoment übertragenden Elemente ist die Führungs- und Zentrierfunktion voll gegeben.

[0009] Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Während das Merkmal des Anspruchs 2 eine Rückstellung des Spannelements im unbelasteten Zustand zum Aufschieben einer neuen Wickelhülse bewirkt, enthalten die Ansprüche 3 und 4 konstruktiv wenig aufwendige Ausführungsformen mit wartungsfreien, verschleißarmen Teilen. Diese Ausführungsformen sind darüber hinaus selbstabdichtend, so daß von außen kein Staub eintreten kann.

[0010] Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 hat den Vorteil, daß beim Spannen die Wickelhülse nicht exzentrisch zur Drehachse des Führungskopfes verschoben wird. Die Außenfläche des Spannteils wird vom Gewicht der Wickelrolle zurückgedrückt, ohne daß die Spannkraft zur Drehmomentübertragung verloren geht.

[0011] Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1
zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Spannvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2
zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht.

[0012] Spannvorrichtungen nach dem Ausführungsbeispiel sind z.B. bei Stützwalzen-Rollmaschinen zum Aufwickeln von Papier- oder Kartonbahnen auf Wickelhülsen in die Wickelschlitten der einzelnen Wickelstationen eingebaut.

[0013] Jeweils zwei der erfindungsgemäßen Spannköpfe fahren in die Enden der Hülse jeder Wickelrolle ein, um diese zu halten und zu führen, wobei während des Aufwickelns zeitweise ein Drehmoment auf die Hülse übertragen wird, um die Wickelhärte zu beeinflussen.

[0014] Die Spannvorrichtung weist eine an einen Antrieb ankuppelbare Welle 1 auf, deren Lagerung 2 in einem nicht dargestellten Wickelschlitten einer Wickelstation befestigt ist. Fest und konzentrisch mit der Antriebswelle 1 ist ein Wellenzapfen 3 verbunden, der teilweise im Wickelschlitten 4 gelagert ist und auf dem mit kurzem Abstand von der Begrenzungswand des Wickelschlittens 4 ein flanschartiger Anschlag 5 für die Wickelhülsen 6 angebracht ist. Das sich an den Anschlag 5 anschließende Ende des Wellenzapfens 3 dient als Führungskopf 7 für die Hülsen 6. Der Führungskopf 7 weist eine glatte Oberfläche auf und sein Durchmesser entspricht dem Innendurchmesser der Hülse 6, im vorliegenden Beispiel ca. 76 mm.

[0015] Am Ende des Führungskopfes 7 ist um etwa 3 mm exzentrisch ein zylinderförmiger Zapfen 8 befestigt, dessen Durchmesser etwa die Hälfte des Führungskopfdurchmessers beträgt. Auf dem Zapfen 8 sitzt über einer Lagerbuchse 9 freidrehend ein hohlzylinderförmiges Spannteil 10, dessen Innenbohrung kreisförmige Querschnitt aufweist und entsprechend der Exzentrizität des Zapfens ebenfalls exzentrisch angeordnet ist, so daß in einer Position (Grundstellung) die Mantelfläche konzentrisch zu der Mantelfläche des Führungskopfes verläuft. In der Grundstellung ist der Außendurchmesser des Spannteils 10 ca. 0,1 mm größer als der des Führungskopfes 7, so daß bei Aufschieben einer Hülse 6 ein Formschluß zwischen der geriffelten Oberfläche des Spannteils 10 und der Innenfläche der Hülse entsteht. Eine am Ende des Zapfens 8 festgeschraubte Scheibe 11 mit etwas geringerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Spannteils 10 sichert dieses gegen eine axiale Verschiebung.

[0016] Das Spannteil 10 ist etwas radial kompressibel ausgestaltet. Im Ausführungsbeispiel besteht dazu das Spannteil 10 aus zwei konzentrisch übereinander angeordneten und verdrehfest miteinander verbundenen ringförmigen Teilen 10.1, 10.2, zwischen denen sich eine elastische Schicht 10.3 befindet. Die elastische Schicht 10.3 wird von nebeneinander angeordneten O-Ringen aus Gummi gebildet, die in Grenzen eine elastische Verschiebung des äußeren Teils 10.1 in Richtung des inneren Teils 10.2 ermöglichen.

[0017] Alternativ kann auch ein Spannteil eingesetzt werden, das ganz oder teilweise - beispielsweise im äußeren Bereich - aus einem begrenzt elastischem Material gefertigt ist.

[0018] Damit sich das Spannteil 10 in unbelastetem Zustand zum Aufschieben einer neuen Hülse 6 in die Grundstellung einstellt, ist an der Stirnseite des Führungskopfes 7 ein Stift 12 mit Abstand parallel zur Drehachse befestigt, der sich in eine Führungsnut 13 im Spannteil 10 erstreckt. Die Führungsnut 13 verläuft entlang eines zum Zapfen 8 konzentrischen Kreisbogens. An beiden Enden verlängert sie sich umfänglich zu einer weniger tiefen Nut 14, in die jeweils eine Schraubenfeder 15 eingelegt ist. Die Schraubenfedern 15 drücken den Spannteil 10 in die vorstehend erläuterte Grundstellung, wenn kein Drehmoment einwirkt. Ihre Federkonstante ist jedoch so gering gewählt, daß sie auftretenden Drehkräften keinen großen Widerstand entgegensetzen.

[0019] Das Verhältnis der axialen Längen von Führungskopf 7 und Spannteil 10 zueinander ist größer als 1:1, im vorliegenden Beispiel ist es etwas größer als 2:1.

[0020] Im unbelasteten Zustand drücken die Federn 15 das Spannteil 10 in eine zum Führungskopf 7 konzentrische Stellung, so daß die Hülsen 6 beim Aufschieben auf die Spannvorrichtung 10 mit dem gesamten Umfang des Spannteils 10 in Formschluß treten. Beim Aufbringen eines Drehmoments über die Welle 1 auf das Spannteil 10 wird dieses aufgrund der exzentrischen Lagerung nach außen gedrückt, so daß die Hülse 6 zwischen der nach außen gedrückten Mantelfläche des Teils 10.1 und dem gegenüberliegenden umfänglichen Teil des Führungskopfes 7 festgespannt ist. Eine exzentrische Verschiebung der Hülse 6 findet nicht statt, da dabei die Schicht 10.3 des Spannteils 10 gegen ihre elastische Gegenkraft komprimiert wird. Die Spannkraft zur Drehmomentübertragung bleibt so erhalten. Eine Drehmomentübertragung von dem Wellenzapfen 8 auf das Spannteil 10 erfolgt, da dieses aufgrund der Exzentrizität auf dem Zapfen 8 festgeklemmt wird.

[0021] Aufgrund der freien exzentrischen Lagerung des Spannteiles 10 stellt sich zwischen diesem und der Hülseninnenseite ein Kräftegleichgewicht ein, das immer dem Antriebsmoment entspricht. Das beim Aufwickeln ansteigende Rollengewicht wird von dem Führungskopf 7, nicht vom Spannteil 10 getragen. Die Zentrierung der Wickelrolle erfolgt ebenfalls mit dem Führungskopf 7, das Spannteil 10 übernimmt daher ausschließlich die Übertragung des Drehmoments.

[0022] Insbesondere beim Einsatz bei einem Kernantrieb einer Stützwalzen-Rollmaschine bietet dies erhebliche Vorteile. Bei diesen Rollmaschinen wird zu Beginn der Wicklung über die Spannvorrichtungen zur Beeinflussung der Wickelhärte ein zusätzliches Drehmoment aufgebracht. Beim Erreichen eines bestimmten Rollengewichtes wird der Antrieb der Spannvorrichtungen abgekuppelt, und der Antrieb der Wickelrollen erfolgt von diesem Zeitpunkt an ausschließlich über die anliegende Stützwalze. Das weiter anwachsende Gewicht der Wickelrollen (bis zu 6 t) wird ausschließlich von dem glatten, dann freilaufenden Führungskopf 7 getragen, der auch das Zentrieren der Rolle übernimmt. Das Spannteil 10 läuft unbelastet mit, ohne daß eine Relativgeschwindigkeit zur Hülse 6 auftritt. Beim Mitlaufen tritt keine Reibung zwischen der geriffelten Oberfläche des Spannteils 10 und der Hülseninnenseite auf, da das Spannteil 10 aufgrund der in Grenzen freien, exzentrischen Lagerung umfänglich wirkenden Kräften ausweichen kann. Eine aus diesen Kräften resultierende Relativbewegung des Spannteils 10 tritt reibungsarm nur zwischen der Lagerbuchse 9 und dem Zapfen 8 auf. Die Lagerbuchsen 9 sind preiswerte und wartungsfreie Verschleißteile, die erforderlichenfalls schnell ausgewechselt werden können.

[0023] Da zum Halten und Führen einer Wickelhülse 6 kein Drehmoment aufgebracht werden muß und damit auch keine Relativbewegung zwischem dem Führungskopf 7 und der Wickelhülse 6 auftritt, eignet sich eine Spannvorrichtung nach der Erfindung auch besonders zum On-line-Messen der Drehgeschwindigkeit einer Wickelrolle. Die Drehgeschwindigkeit einer Wickelrolle kann somit direkt an der Welle 1 fehlerfrei bestimmt werden, ohne daß aufwendige Korrekturen - z.B. über aufgeklebte Meßetiketten auf den Hülsen - erforderlich sind. Daher können die Spannvorrichtungen nach der Erfindung auch sehr vorteilhaft in Rollmaschinen eingesetzt werden, bei denen kein zusätzliches Drehmoment über die Welle 1 aufgebracht wird, z. B. bei Tragwalzen-Wickelmaschinen.

[0024] Als weiterer wichtiger Vorteil tritt hinzu, daß die Spannvorrichtung sich selbst abdichtet und daher unempfindlich gegen Staub ist.

Ansprüche

1. Spann- und Führungsvorrichtung für Wickelhülsen, insbesondere für Maschinen zum Auf- oder Abwickeln von Papier- oder Kartonbahnen, mit einem zylinderförmigen Spannteil, das
- auf einem fest mit einer Antriebs- oder Bremswelle verbundenen Wellenzapfen sitzt,
- bei einer umfänglichen Relativbewegung zum Wellenzapfen radial expandiert und
- zur Ausbildung eines Formschlusses mit der Wickelhülse umfänglich nebeneinanderliegende Erhebungen an der Außenfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- konzentrisch mit der Antriebs- oder Bremswelle (1) ein zylinderförmiger Führungskopf (7) mit glatter Mantelfläche verbunden ist, an den sich das Spannteil (10) anschließt,
- der Durchmesser des Führungskopfes (7) dem Hülseninnendurch­messer entspricht,
- die axiale Länge des Spannteils (10) kleiner als die axiale Länge des Führungskopfes (7) ist und
- daß der unexpandierte Außendurchmesser des Spannteils (10) geringfügig größer als der Außendurchmesser des Führungskopfes (7) ist und konzentrisch zu diesem verläuft.

2. Spann- und Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekenn­zeichnet durch ein Federelement (15), daß das Spannteil (10) in eine Position drückt, bei der sein Außendurchmesser konzentrisch zum Außendurchmesser des Führungskopfes (7) verläuft.

3. Spann- und Führungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein hohlzylinder­förmiges Spannteil (10) mit einer im Querschnitt kreisförmigen, exzentrisch angeordneten Innenöffnung, das auf einem am Führungskopf (7) exzentrisch befestigten Zapfen (8) umfänglich zumindest teilweise frei drehbar befestigt ist.

4. Spann- und Führungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekenn­zeichnet durch eine Führungsnut (13) in dem Spannteil (10), die entlang eines zum Zapfen (8) konzentrischen Kreisbogens verläuft, und durch einen an dem Führungskopf (7) befestigten, sich in die Führungsnut erstreckenden Stift (12), der beidseitig zwischen Druckfedern (15) eingespannt ist.

5. Spann- und Führungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannteil (10) etwas radial elastisch kompressibel ausgestaltet ist.

Zeichnung