DE3143247C2 - Vorrichtung zum Festspannen eines hohlen Wickelkerns auf einer drehbaren Welle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festspannen eines hohlen Wickelkerns auf einer drehbaren Welle. Die Vorrichtung weist einen mit Druckluft aufblasbaren Elastomerschlauch auf, der axial gegen eine Spannscheibe drückt, die ihrerseits eine Distanzhülse axial gegen das eine Stirnende des an seinem anderen Stirnende abgestützten Wickelkerns preßt. In einer bezüglich ihrer Spannstellung versetzten Drehstellung läßt sich die Distanzhülse über die Spannscheibe hinweg von der Welle abziehen, um den Wickelkern von der Welle abnehmen bzw. auf diese aufschieben zu können. Damit ist die Aufgabe gelöst, mit geringem konstruktiven Aufwand eine gleichbleibende Einspannung des Wickelkerns auch im Falle eines axialen Schrumpfens oder Zusammendrückens im Betrieb aufrechtzuerhalten.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Festspannen eines hohlen Wickelkerns auf einer drehbaren Welle, insbesondere zum Aufwickeln von Papierbahnen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Beim Aufwickeln von Materialbahnen zu Rollen, beispielsweise beim Aufwickeln einer von einer Papiermaschine kontinuierlich zugeführten Papierbahn, findet üblicherweise ein hohlzylinderförmiger Wickelkern Anwendung, auf welchen die Papierbahn aufgewickelt wird. Eine an ihren beiden Enden gelagerte drehbare Welle trägt den Wickelkern während des Aufwickelns oder Abwickelns. Dabei ist ein Spannmechanismus erforderlich, welcher den Wickelkern in einer festen, koaxialen Stellung auf der Welle festspannt und dadurch ein Antreiben oder Abbremsen des auf der Welle sitzenden Wickelkerns mit der darauf aufgewickelten Wickelrolle ermöglicht. Dieser Spannmechanismus muß auch lösbar sein, um den Wickelkern von der Welle abziehen zu können.
• Bekannte Spannmechanismen zur Halterung eines Wickelkerns auf einer Welle arbeiten mit schweren Spannmuttern zum Festspannen eines U-förmigen Bügels gegen eine Distanzhülse, die ihrerseits den Wickelkern gegen einen am anderen Wellenende gebildeten Wellenflansch spannt. Zum Abnehmen des Wickelkern von der Welle muß die Spannmutter um eine Axialdistanz von etwa 12 mm auf dem sie tragenden Gewinde zurückgedreht werden, bis der U-förmige Bügel von der Welle abgezogen werden kann. Nach dem Aufschieben eines neuen Wickelkerns auf die Welle nebst der Distanzhülse wird der U-förmige Bügel wieder auf die Welle aufgeschoben und die Spannmutter angezogen.
• Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Konstruktion liegt darin, daß, falls der Wickelkern schrumpft oder sich zusammendrücken läßt, sich die Spannmutter lockern kann, so daß die Gefahr eines radialen Wegschleuderns des U-Bügels von der umlaufenden Welle besteht, wodurch in der Nähe befindliche Arbeiter und andere Maschinen gefährdet werden. Mit einem Zusammendrücken oder Schrumpfen der Wickelkerne muß insbesondere dann gerechnet werden, wenn Papier, insbesondere Seidenpapier, auf Faserstoff-Wickelkerne aufgewickelt wird.
• Ein anderer bekannter Spannmechanismus arbeitet mit einer flexiblen Membran zum radialen Expandieren der Welle unter Vergrößerung ihres Außendurchmessers in reibschlüssige Anlage an den Wickelkern. Diese bekannte Konstruktion ist jedoch sehr teuer, da sie beispielsweise Druckluftanschlüsse erfordert, und die Montage des Wickelkerns auf der Welle kann eine übermäßig lange Zeit beanspruchen. Außerdem ist es bei diesem bekannten Spannmechanismus oftmals schwierig, ihn für den Betrieb mit hoher Drehzahl auszuwuchten, und bei höheren Drehzahlen wird die Konzentrizität von Welle und Wickelkern nicht zuverlässig beibehalten, so daß unerwünschte Schwankungen der Materialbahnspannung beim Auf- oder Abwickeln auftreten.
• Ein Spannmechanismus gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der US-PS 37 03 996 bekannt. Eine schraubenförmige Druckfeder, deren eines Ende an einem in die Welle fest eingepreßten Lagerring abgestützt ist, drückt einen sich quer durch die hohle Welle erstreckenden Riegel in zwei einander diametral gegenüberliegende stirnseitige Schlitze des hohlen Wickelkerns. Das andere Ende des hohlen Wickelkerns stützt sich an zwei Anschlägen ab, die in diametral gegenüberliegenden Schlitzen der hohlen Welle geführt sind. Zum Auswechseln des hohlen Wickelkerns müssen die Anschläge entgegen der Kraft einer Feder in die hohle Welle hineingedrückt und der Wickelkern über diese Anschläge hinwegbewegt werden.
• Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Vorrichtung so zu gestalten, daß sie in der Herstellung billig und in der Montage einfach ist, ohne jedoch auf die Vorteile eines einfachen und sicheren Auswuchtens und eines automatischen Nachstellens bei axialen Längenänderungen des Wickelkerns und der Welle und eine vielseitige Anwendbarkeit verzichten zu müssen.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
• Fig. 1 eine Welle mit einem darauf mittels einer Vorrichtung nach der Erfindung festgespannten Wickelkern im Axialschnitt,
• Fig. 2 im Axialhalbschnitt die Vorrichtung nach der Erfindung in der Spannstellung, wobei die Lösestellung strichpunktiert angedeutet ist,
• Fig. 3 in perspektivischer Ansicht die Distanzhülse und die Spannscheibe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV in Fig. 1, und
• Fig. 5 einen Axialhalbschnitt in der Ebene V-V in Fig. 4.
• Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung 10 nach der Erfindung zum Festspannen eines hohlen zylindrischen Wickelkerns 12 auf einer Wickelwelle 11 einer Maschine zum Auf- oder Abwickeln einer Papierbahn zu einer Papierrolle 13. Auf der Welle 11 sitzt ein damit fest verbundener Spindelteil 15 mit einer fest darauf sitzenden Mantelhülse 14. Der Innendurchmesser des Wickelkerns 12 hat bezüglich des Außendurchmessers der Mantelhülse 14 geringes Übermaß, so daß der Wickelkern zwar eng anliegend auf der Mantelhülse 14 sitzt, jedoch leicht auf dieser verschiebbar ist.
• Der Spindelteil 15 ist an seinem in der Darstellung rechten Ende mit einem radialen Anschlagbund 17 versehen. An diesem Anschlagbund 17 liegt eine über die Mantelhülse 14 geschobene hintere zylindrische Distanzhülse 16 an. Ist ein Wickelkern 12 auf die Mantelhülse 14 aufgeschoben, drückt sie mit ihrer rechten Stirnseite über die hintere Distanzhülse 16 gegen den Anschlagbund 17. Die hintere Distanzhülse 16 kann mit radialen Nasen oder Nuten versehen sein (nicht dargestellt), um einen reibschlüssigen Eingriff mit der Mantelhülsenoberfläche zu ermöglichen. Der Wickelkern kann mit Radialbohrungen versehen sein (nicht dargestellt), um in an sich bekannter Weise einen Unterdruck zum Ansaugen der Papierbahn an den Wickelkern anlegen zu können.
• An seinem vorderen axialen Ende weist der Spindelteil 15 einen im Durchmesser kleineren Ansatz 19 mit einem Außengewinde 20 auf. Der Spannmechanismus besteht aus einer Anzahl ringförmiger Bauteile, die über dem Spindelteilansatz 19 montiert sind. Auf dem Außengewinde 20 des Spindelteilansatzes 19 ist ein Stützring 21 aufgeschraubt, dessen mit Innengewinde versehener innerer Ringteil 22 eine kleinere Axialausdehnung als das Außengewinde 20 des Spindelteilansatzes hat. Am vorderen Ende des Stützrings 21 schließt sich an dessen inneren Ringteil 22 ein radialer Ringteil 23 an, der außen in einen wiederum axialen äußeren Ringteil 24 übergeht. Der äußere axiale Ringteil 24 ragt vom radialen Ringteil 23 nach hinten und bildet zwischen sich, dem radialen Ringteil und dem inneren axialen Ringteil 22 eine ringförmige Tasche 25, die zu dem im Durchmesser größeren Hauptteil des Spindelteils 15 hin offen ist. In der Tasche 25 ist ein aufblasbarer Elastomerschlauch 26 befestigt. Dieser Schlauch 26 ist in seinem in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten entleerten Zustand vulkanisiert worden, um bei Druckentlastung jeweils eine starke und gleichförmige Entleerung des Schlauches zu erreichen. Der Schlauch 26 ist mittels damit einstückig ausgebildeter Rippen 27 und 28, die in entsprechende Nuten des Stützrings 21 greifen, im Stützring fixiert. Das Schlauchinnere kann über ein Schlauchventil 50 beispielsweise mittels eines Druckluftschlauches mit Druckluft beaufschlagt oder entlüftet werden. Das Anschlußende des durch den radialen Ringteil 23 des Stützrings 21 hindurchragenden Schlauchventils 50 befindet sich in einer kreisförmigen Vertiefung 51 der vorderen Stirnseite des radialen Ringteils 23. Der nach hinten zum Spindelteil 15 weisende Bereich des Schlauches 26 weist einen verdickten Bereich 29 mit ebener Stirnfläche auf.
• Der innere Ringteil 22 des Stützrings 21 erstreckt sich axial über die Tasche 25 hinaus und bildet eine ringförmige Sitzfläche, auf welcher eine Spannscheibe 30 eng anliegend verschiebbar sitzt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Spannscheibe 30 mit einer Anzahl von an ihrem Außenumfang verteilten Radialnasen 31 versehen, die über den Durchmesser der übrigen Spannscheibe hinausragen. Außerdem weist die Spannscheibe 30 eine Anzahl axialer Durchgangsbohrungen 32 auf, die zur Aufnahme der vorderen Enden von in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stiften 33 dienen. Diese Stifte 33 sind zylindrisch und haben eine gleichbleibenden Durchmesser, der geringfügig größer als der Innendurchmesser der Spannscheibenbohrungen 32 ist, so daß die Stifte mit Preßsitz mit ihren vorderen Enden in die Spannscheibenbohrungen eingepreßt sind. An ihren vorderen Enden sind die Stifte 33 mit einer Fase 34 versehen, wodurch ein Raum zur Unterbringung eines Kranzes von Punktschweißungen 35 zur Fixierung der Stifte in den Spannscheibenbohrungen 32 geschaffen wird. Die Punktschweißungen 35 und die Stirnfläche der Stifte 33 sind mit der Stirnfläche der Spannscheibe 30 bündig, so daß eine einheitliche, praktisch ebene Stirnfläche entsteht. Mit ihren hinteren Enden sind die Stifte 33 verschiebbar in entsprechenden axialen Bohrungen 38 des Spindelteils 15 geführt, in denen jeweils eine Schraubenfeder 36 untergebracht ist, um die Stifte 33 und die Spannscheibe 30 nach vorne gegen die rückwärtige Stirnfläche des verdickten Bereichs 29 des Schlauches 26 zu drängen. Nahe dem hinteren Ende des inneren Ringteils 22 des Stützrings 21 ist ein zweckmäßigerweise als Federring 37 ausgebildeter ringförmiger Anschlag vorgesehen, um die Spannscheibe 30 während der Montage der Spannvorrichtung auf dem Stützring 21 zu halten.
• Eine vordere ringförmige Distanzhülse 40 ist gemäß Fig. 3 ausgebildet und hat einen Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Stützrings 21 und der Durchmesser der Spannscheibe 30 ist, um die Distanzhülse über diese Bauteile schieben zu können, und der außerdem geringfügig größer als der Außendurchmesser der Mantelhülse 14 ist, so daß sie zwar eng an der Mantelhülse anliegt, jedoch auf dieser in stirnseitige Anlage mit dem Wickelkern 12 verschiebbar ist. Die beiden Distanzhülsen 16 und 40 können mit Nasen oder Einschnitten (nicht dargestellt) versehen sein, um einen formschlüssigen Eingriff mit den Stirnenden des Wickelkerns 12 zu ermöglichen. An ihrem vom Wickelkern 12 abgewandten vorderen Ende ist die vordere Distanzhülse 40 mit radial einwärts ragenden Vorsprüngen 41 versehen, die zwischen sich eine Anzahl von Aussparungen 42, 43 bilden. Diese Aussparungen 42, 43 verteilen sich auf zwei Gruppen, wobei die Aussparungen beider Gruppen hinsichtlich Größe, Form und Anzahl den an der Spannscheibe 30 gebildeten Radialnasen 31 entsprechen. Die der einen Gruppe angehörenden Aussparungen 42 sind axial durchgehend offen, so daß die vordere Distanzhülse 40, wenn diese Aussparungen 42 mit den Radialnasen 31 der Spannscheibe 30 fluchten, über den Stützring 21 und die Spannscheibe 30 auf die Mantelhülse 14 in Anlage an die vordere Stirnseite des Wickelkerns 12 aufgeschoben werden kann, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Nach diesem Aufschieben befindet sich die Distanzhülse 40 axial hinter der noch in der Lösestellung befindlichen Spannscheibe 30.
• Die Aussparungen 43 der anderen Gruppe sind jeweils an ihrem axial hinteren Ende durch eine Anschlagwand 44 verschlossen, die einstückig mit der Distanzhülse 40 ausgebildet ist. Nachdem die Distanzhülse 40 auf die Mantelhülse 14 in Anlage mit dem Wickelkern 12 aufgeschoben worden ist, wird sie von Hand nach der einen oder anderen Richtung um 45° gedreht, so daß die Radialnasen 31 der Spannscheibe 30 nunmehr axial mit den hinteren geschlossenen Aussparungen 43 fluchten. Die Spannscheibe 30 kann dann mit ihren Radialnasen 31 in die Aussparungen 43 der Distanzhülse 40 eingreifen, wobei die Anschlagwände 44 als Anschläge für die Radialnasen 31 dienen und die Vorsprünge 41 eine relative Drehung der Spannscheibe 30 bezüglich der Distanzhülse 40 verhindern.
• Im Zuge der Vorbereitung der Spannvorrichtung 10 zur Halterung eines Wickelkerns 12 kann der Stützring 21 axial bezüglich des Spindelteils 15 verstellt werden, um unterschiedlichen axialen Wickelkernlängen Rechnung zu tragen, so daß durch das Expandieren des flexiblen Schlauches 26 stets eine Druckkraft auf die Spannscheibe 30 ausgeübt wird. Die Einstellung wird derart vorgenommen, daß die Spannscheibe 30 nicht an dem anschlagbildenden Federring 37 anliegt, d. h. der Federring soll sich hinter der Stirnfläche der Wände 44 der Distanzhülse 40 befinden, wenn die Distanzhülse 40 gegen den Wickelkern 12 gedrückt ist. Im Stützring 21 kann eine Anzahl am Umfang verteilter Radialbohrungen 45 (Fig. 4) vorgesehen sein, um das Ansetzen eines Werkzeugs, beispielsweise einer Stange, zum Drehen des Stützrings zwecks axialer Verstellung entlang des Außengewindes 20 des Spindelteils 15 zu ermöglichen. Um den Stützring 21 in der gewünschten Position drehfest fixieren zu können, können Feststellschrauben 46 (Fig. 4 und 5) Anwendung finden, die in die Gewindegänge des Außengewindes 20 eingreifen. Die Spannvorrichtung 10 kann dann in ihre den Wickelkern 12 festspannende Spannstellung gebracht werden, indem der Schlauch 26 durch Druckbeaufschlagung in pressende Anlage mit der vorderen Stirnfläche der Spannscheibe 30 expandiert wird, so daß die Radialnasen 31 der Spannscheibe 30 gegen die Anschlagwände 44 der Distanzhülse 40 drücken, so daß die Distanzhülse den Wickelkern 12 gegen die hintere Distanzhülse 16 und den Anschlagbund 17 spannt. Sollte der Wickelkern 12 im Betrieb schrumpfen oder axial etwas zusammengedrückt werden, beispielsweise wenn er aus Fasermaterial besteht, sorgt der in dem flexiblen Schlauch 26 herrschende Luftdruck stets automatisch für eine Nachstellung durch stärkere axiale Ausdehnung des Schlauches. Demgemäß wird durch die Verwendung von Druckluft zur Spannkrafterzeugung eine konstante, auf den Wickelkern 12 wirkende Spannkraft erzeugt, deren Reaktionskraft auf das Gewinde 20 des Spindelteils 15 wirkt und dadurch eine etwaige Tendenz zur Lockerung der Spannvorrichtung im Betrieb auf ein Minimum reduziert.
• Zum Abnehmen des Wickelkerns 12 wird der Luftdruck aus dem Schlauch 26 durch das Schlauchventil 50 abgelassen, so daß der Schlauch erschlafft und die Spannscheibe 30 aufgrund der Vorspannung durch die Federn 36 auf dem inneren Ringteil 22 des Stützrings 21 bis über das vordere Stirnende der Distanzhülse 40 hinaus nach vorne verschoben wird. Diese Stellung der Spannscheibe 30 ist in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnet. Dann wird die Distanzhülse 40 gedreht, bis ihre Aussparungen 42 mit den Radialnasen 31 der Spannscheibe 30 fluchten, wonach die Distanzhülse 40 axial über die Spannscheibe und den Stützring 21 hinweg von der Mantelhülse 14 des Spindelteils 15 abgezogen wird. Um dies zu ermöglichen, kann die Welle 11 in an sich bekannter Weise auf einem Schwenkrahmen montiert sein. Nach dem Abziehen der vorderen Distanzhülse 40 läßt sich der vollgewickelte Wickelkern von der Mantelhülse 14 herunterschieben und durch einen neuen, leeren Wickelkern ersetzen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Festspannen eines hohlen Wickelkerns (12) auf einer drehbaren Welle (11, 15), mit einem an der Welle (11, 15) angebrachten Stützring (21),
einer in Wellenlängsrichtung axial verschiebbaren, an das vordere Ende des Wickelkerns (12) andrückbaren Druckübertragungseinrichtung (30, 40),
einer axial zwischen dem Stützring (21) und der Druckübertragungseinrichtung angeordneten, in Wellenlängsrichtung in seiner Abmessung variablen Druckeinrichtung (26), und
einem der Druckübertragungseinrichtung (30, 40) mit axialem Abstand gegenüberliegenden Anschlag (17) zur Abstützung des hinteren Endes des Wickelkerns (12), dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckeinrichtung ein durch Strömungsmittel füllbares und durch dessen Druck in Wellenlängsrichtung expandierbares Bauteil (Schlauch 26) aufweist,
daß die Druckübertragungseinrichtung (30, 40) eine Distanzhülse (40) und eine Spannscheibe (30) aufweist, die mit Bezug aufeinander zwischen einer Festspannposition und der Abziehposition verdrehbar sind und von denen die Spannscheibe (30) zwischen der Distanzhülse (40) und der Druckeinrichtung (Schlauch 26) angeordnet ist,
daß die Spannscheibe (30) an ihrem Außenumfang mit überstehenden Radialnasen (31) und dazwischenliegenden Umfangsausnehmungen versehen ist,
und daß die Distanzhülse (40) an ihrem Innenumfang radial nach innen ragende Anschlagwände (44) und dazwischenliegende Aussparungen (42) aufweist, die in gleichen Umfangsabständen wie die Radialnasen (31) und Umfangsausnehmungen der Spannscheibe (30) so angeordnet und bemessen sind, daß in der Festspannposition die Radialnasen (31) an den Anschlagwänden (44) in Wellenlängsrichtung aneinander anliegen, während in der Abziehposition die Radialnasen (31) der Spannscheibe (30) den Aussparungen (42) der Distanzhülse (40), und die Umfangsausnehmungen der Spannscheibe (30) den Anschlagwänden (44) der Distanzhülse (40), in Wellenlängsrichtung gegenüberliegen und die Distanzhülse (40) über die im Durchmesser kleinere Spannscheibe (30), Druckeinrichtung (Schlauch 26) und Stützring (21) axial abziehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das axial expandierbare Bauteil (Schlauch 26) ein am Stützring (21) montierter hohlringförmiger, aufblasbarer, elastischer Schlauch (26) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufblasbare Schlauch (26) in einer ringförmigen Tasche (25) des Stützrings (21) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (21) eine axiale Führungsfläche aufweist und die Spannscheibe (30) auf dieser Führungsfläche axial verschiebbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (21) und die Spannscheibe (30) bezüglich der Welle (11, 15) drehfest festgelegt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (21) axial verstellbar auf der Welle (11, 15) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagwände (44) durch die axial hinteren Wände von stirnseitigen Aussparungen (43) der Distanzhülse (40) gebildet sind, welche sich zwischen radial nach innen ragenden Vorsprüngen (41) der Distanzhülse (40) in Umfangsrichtung erstrecken.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannscheibe (30) durch Federn (36) in Richtung zu dem expandierbaren Bauteil (Schlauch 26) vorgespannt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (26) einen der Spannscheibe (30) zugewandten verdickten Bereich (29) mit ebener Druckfläche aufweist.