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Dokumentenidentifikation DE19738909A1 28.05.1998
Titel Aufweitbare Welle und diese aufweisende Bandwickelvorrichtung
Anmelder Japan Development Consultants, Inc., Sasebo, Nagasaki, JP
Erfinder Hashikawa, Yoshito, Sasebo, Nagasaki, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 81675 München
DE-Anmeldedatum 05.09.1997
DE-Aktenzeichen 19738909
Offenlegungstag 28.05.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.05.1998
IPC-Hauptklasse B21B 27/03
IPC-Nebenklasse F16D 1/08   B65H 54/02   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine aufweitbare Welle, umfassend: einen Wellenkörper mit einer Mittelachse und einer äußeren Zylinder- bzw. Mantelfläche; einen längs der Mittelachse des Wellenkörpers verlaufenden Fluiddurchgang; vom Fluiddurchgang radial nach außen abgehende und mit ihm kommunizierende Fluidzulässe; eine Fluidleitung zum Fluiddurchgang und zu den Fluidzulässen; an bzw. in der Mantelfläche des Wellenkörpers in einer Richtung der Mittelachse des Wellenkörpers verlaufende Nuten, von denen jede mit den betreffenden Zulässen kommuniziert; und verschiebbar in die Nuten eingesetzte lange Backen, wobei die langen Backen elastisch in die Nuten zurückgezogen werden, wenn ein Fluiddruck aufgehoben ist oder wird, und bei Beaufschlagung mit dem Fluiddruck über die Mantelfläche zum Vorstehen gebracht werden. Die langen Backen können somit innerhalb der Grenzen der Differenz des Winkels zwischen dem schrägen unteren Abschnitt der langen Backen und einer schrägen Anschlagfläche der Nuten jeweils eine Hubbewegung ausführen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine aufweitbare Welle und eine diese Welle aufweisende Bandwickelvorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf den Fall, in welchem in einer Anlage zur Herstellung oder Verarbeitung von Metall-, Papier- und Kunststoffolie zum Aufwickeln dieses Guts in Form von Rollen ein ringförmiges oder zylindrisches Element, wie der Kern eines Coils oder einer Rolle, auf die zylindrische Außenfläche bzw. Mantelfläche der Welle aufgesetzt wird, oder auf den Fall, in welchem ein ringförmiges oder zylindrisches Element einer Führungsvorrichtung, die ein bearbeitetes Gut im Vorgang des Aufwickelns des Coils oder der Rolle gleichmäßig auf zuwickeln vermag, oder ein ringförmiges oder zylindrisches Element, wie eine beim Schlitzen und Aufwickeln aufgesetzte Trennscheibe, oder aber ein ringförmiges oder zylindrisches Element, wie die Schneidkante einer Schlitzeinheit (slitter), durch Aufweiten einer drehenden Welle an dieser fixiert oder lose auf diese aufgesetzt wird, und betrifft insbesondere eine aufweitbare Welle zum Fixieren dieser ringförmigen oder zylindrischen Elemente an ihr. Insbesondere betrifft die Erfindung eine aufweitbare oder aufspreizbare Welle einer solchen Ausgestaltung, daß ihre langen Backen (lugs), die radial aus ihrer Mantelfläche ausfahrbar und in diese einziehbar sind, gegen ein auf die Welle aufgesetztes ringförmiges oder zylindrisches Element (radial) anpreßbar sind, um damit dieses Element in einer vorbestimmten Stellung zu fixieren. Die Erfindung betrifft auch eine Bandwickelvorrichtung, bei welcher ein breites Lagenmaterial zu Bändern geschlitzt wird und die so geschlitzten Bänder auf der aufweitbaren Welle aufgewickelt werden.

Fig. 9 zeigt eine herkömmliche Aufspul- oder Wickelanlage zum Aufwickeln von Bändern 10 aus einem Lagenmaterial 22. Die Wickelanlage umfaßt eine Wickelvorrichtung 50, eine Spanneinrichtung 51, eine Rück- oder Abwickeleinrichtung 30, Leitrollen 31 und eine Schlitzeinrichtung 12, und sie umfaßt ferner eine der Spanneinrichtung 51 vorgeschaltete Schlingengrube 52 zum Aufnehmen des Durchhangs der Bänder 10. Durch die Spanneinrichtung 51 und die Schlingengrube 52 wird die Wickelanlage in ihren Abmessungen vergrößert und kompliziert. Zudem sind die Kosten für die Wickelanlage hoch.

Wenn in einer Anlage zum Herstellen oder Verarbeiten eines lagenartigen Werkstücks, z. B. Metall-, Papier-, Kunststoffolie o. dgl., diese Werkstücke zu einer Rolle aufgewickelt werden, wird der Kern eines Coils oder einer Rolle an der (drehenden) Welle befestigt oder fixiert. Dabei wird eine Führungsvorrichtung zum gleichmäßigen Aufwickeln eines Bearbeitungsguts in einem Coil- oder Rollenwickelvorgang, eine Trennscheibe zum Schlitzen und Aufwickeln des Guts oder die Schneidkante einer Schlitzeinheit an der Welle befestigt. Dabei ist eine Methode bekannt, nach welcher die Schneidkante der Schlitzeinheit oder der Trenner (separator) an der Welle fest montiert wird, indem eine Mutter mit einem zwischen die Elemente eingefügten Abstandhalter festgezogen wird. Nachteilig an dieser Methode ist jedoch, daß die Schneidkante, der Trenner oder der Abstandhalter von der Welle entfernt werden muß, um die Schneidkante oder die Scheibe auszuwechseln, was sich als ziemlich umständlich erweist. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wird eine als "Luftwelle" bezeichnete aufweitbare Welle verwendet.

Gemäß den Fig. 5(A) und 5(B) besteht die aufweitbare Welle aus einer Hohlwelle 11; ein mit Druckluft beschickter Luftschlauch ist in der Axialrichtung der Welle verlaufend in diese eingesetzt. Durch Regeln des Luftdrucks wird der Luftschlauch aufgeweitet oder kontrahiert. In der Mantelfläche der Welle sind in vorbestimmten Abständen in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung der Welle mehrere in der Axialrichtung unterteilte Langlöcher ausgebildet. Als "kurze Backen" 13 bezeichnete Preßstücke sind in den Langlöchern so angeordnet, daß diese Backen 13 in den Langlöchern radial einwärts und auswärts verschiebbar sind.

Wenn der in die aufweitbare Welle 11 eingesetzte Luftschlauch durch Regeln des Luftdrucks aufgeweitet und zusammengezogen (kontrahiert) wird, werden die kurzen Backen 13 aus der Mantelfläche der Welle 11 ausgefahren bzw. in sie eingezogen. Wenn die kuren Backen 13 mittels des unter dem Luftdruck aufgeweiteten Luftschlauches nach außen gedrückt werden, wird die zylindrische Innenfläche bzw. Innenumfangsfläche des ringförmigen oder zylindrischen Elements, etwa eines auf die Mantelfläche der aufweitbaren Welle aufgesetzten Rings oder Kerns, radial nach außen gepreßt; hierdurch wird dieses Element in der vorbestimmten Stellung an der Mantelfläche der aufweitbaren Welle 11 fixiert.

Die beschriebene, als "Luftwelle" bezeichnete aufweitbare Welle krankt jedoch an den folgenden Problemen:

  • 1. Die Welle ist hohl, um den Luftschlauch aufnehmen zu können. Die hohle Welle weist eine Anzahl von Langlöchern auf, in denen die als "Backen" ("lugs") bezeichneten Preßstücke angeordnet sind. Die Welle ist mithin ziemlich flexibel bzw. biegsam. Sie ist somit für die Verwendung als aufweitbare Welle, die eine große Länge und hohe mechanische Festigkeit besitzen muß, in der Praxis ungeeignet.
  • 2. Wenn ein Trenn(er)ring o. dgl. auf der Mantelfläche der Welle nahe der Enden der kurzen Backen angeordnet ist, wird im Aufweitvorgang der Ring seitlich verschoben, was einen ungünstigen Einfluß auf die Abmessungen des ringförmigen oder zylindrischen Elements haben kann.
  • 3. Der Luftschlauch in der Welle wird aufgeweitet oder zusammengezogen (kontrahiert), während die zahlreichen kurzen Backen mit seiner Außenfläche in Berührung stehen. Infolgedessen kann der aus Gummi bestehende Luftschlauch beschädigt werden und oftmals bersten. Beim Ablassen der Luft aus dem Luftschlauch verformt sich dieser, so daß die kurzen Backen in die hohle Welle eintreten können. Aufgrund der inneren Ausgestaltung der Welle ist dabei deren Instandsetzung an der Arbeitsstelle schwierig, d. h. die Welle muß zu der Fabrik, in welcher sie hergestellt worden ist, zurückgesandt werden.
  • 4. Neben den obigen Problemen besteht bei der herkömmlichen aufweitbaren Welle das folgende Problem: Der Luftschlauch arbeitet mit niedrigem Luftdruck. Ein Ring, auf den eine große äußere Kraft einwirkt, kann sich daher seitlich verschieben.
  • 5. Nachteilig an dieser Welle ist ferner, daß eine Haltekraft für einen Papier- oder Folienwickelkern manchmal ungenügend ist oder letzterer sich verbiegen kann.

Die Erfindung bezweckt mithin die Ausschaltung der geschilderten Schwierigkeiten bei einer herkömmlichen aufweitbaren Welle. Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Schaffung einer aufweitbaren Welle, die in folgenden Punkten verbessert ist: Die Welle braucht nicht notwendigerweise hohl zu sein. Eine Verringerung der Steifheit der aufweitbaren Welle wird vermieden, d. h. auch im Fall einer langen Welle biegt sie sich in keinem Fall im Mittelbereich durch. Außerdem werden Probleme infolge des Austritts von Luft vermieden. Weiterhin wird auch eine seitliche Verschiebung oder Schrägstellung des ringförmigen oder zylindrischen Elements verhindert. Letzteres kann genau und sicher in einer vorbestimmten Stellung an der aufweitbaren Welle festgehalten werden.

Die Lösung obiger Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer aufweitbaren Welle, umfassend: einen Wellenkörper mit einer Mittelachse und einer äußeren Zylinder- oder Mantelfläche, einen längs der Mittelachse des Wellenkörpers verlaufenden Fluiddurchgang, vom Fluiddurchgang radial nach außen abgehende und mit ihm kommunizierende Fluidzulässe, eine Fluidleitung zum Fluiddurchgang und zu den Fluidzulässen, an bzw. in der Mantelfläche des Wellenkörpers in einer Richtung der Mittelachse desselben verlaufende Nuten, die jeweils mit mindestens einem der Fluidzulässe kommunizieren und parallel zueinander liegende Seitenwände oder Flanken sowie schräge Anschlagflächen einer bisymmetrischen Trapezform aufweisen, und verschiebbar in die Nuten eingesetzte lange Backen, die jeweils parallel zueinander liegende und in Gleitberührung mit den Flanken der betreffenden Nuten stehende Seitenwände oder Flanken sowie einen schrägen unteren Abschnitt aus einem elastischen Werkstoff aufweisen, wobei ein Winkel des schrägen unteren Abschnitts (jeder) der langen Backen kleiner ist als ein Winkel der schrägen Anschlagfläche (jeder) der Nuten und wobei die langen Backen bei Aufhebung eines Fluiddrucks elastisch in die Nuten zurückziehbar sind und die langen Backen bei Beaufschlagung mit dem Fluiddruck über die Mantelfläche des Wellenkörpers zum Vorstehen bringbar sind.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist deren Gegenstand eine Bandwickelvorrichtung zum Aufwickeln von Bändern, umfassend: eine aufweitbare Welle mit einem eine Mittelachse und eine äußere Zylinder- oder Mantelfläche aufweisenden Wellenkörper, einem längs der Mittelachse des Wellenkörpers verlaufenden Fluiddurchgang, vom Fluiddurchgang radial auswärts abgehenden und mit ihm kommunizierenden Fluidzulässen, einer Fluidleitung zum Fluiddurchgang und zu den Fluidzulässen, an bzw. in der Mantelfläche des Wellenkörpers in einer Richtung der Mittelachse desselben verlaufenden Nuten, die jeweils mit mindestens einem der Fluidzulässe kommunizieren und parallel zueinander liegende Seitenwände oder Flanken sowie schräge Anschlagflächen einer bisymmetrischen Trapezform aufweisen, und verschiebbar in die Nuten eingesetzten langen Backen, die jeweils parallel zueinander liegende und in Gleitberührung mit den Flanken der betreffenden Nuten stehende Seitenwände oder Flanken sowie einen schrägen unteren Abschnitt aus einem elastischen Werkstoff aufweisen, wobei ein Winkel des schrägen unteren Abschnitts (jeder) der langen Backen kleiner ist als ein Winkel der schrägen Anschlagfläche (jeder) der Nuten und wobei die langen Backen bei Aufhebung eines Fluiddrucks elastisch in die Nuten zurückziehbar sind und die langen Backen bei Beaufschlagung mit dem Fluiddruck über die Mantelfläche des Wellenkörpers zum Vorstehen bringbar sind, sowie Ringelemente mit jeweils einer zylindrischen Außenfläche, auf welche die betreffenden Bänder aufgewickelt werden, und einer zylindrischen Innenfläche, in welche die aufweitbare Welle eingesetzt ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße aufweitbare Welle, auf die ein ringförmiges oder zylindrisches Element aufgesetzt ist,

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen aufweitbaren Welle,

Fig. 3(A) und 3(B) schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen aufweitbaren Welle,

Fig. 4(A) und 4(B) eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen aufweitbaren Welle bzw. einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 4(A),

Fig. 5(A) und 5(B) eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen aufweitbaren Welle bzw. einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 5(A),

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine andere erfindungsgemäße aufweitbare Welle, auf welche Ringelemente aufgesetzt sind,

Fig. 7 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Darstellung einer Bandwickelvorrichtung unter Verwendung der aufweitbaren Welle gemäß der Erfindung,

Fig. 8 ein(e) Wickelgerät oder -anlage mit der erfindungsgemäßen Bandwickelvorrichtung und

Fig. 9 ein herkömmliches Wickelgerät.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine aufweitbare Welle 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Die aufweitbare Welle 1 weist in ihrer zylindrischen Außenfläche bzw. Mantelfläche Nuten 2 auf, in welche in der Axialrichtung der Welle 1 verlaufende lange Backen (lugs) 3 derart eingesetzt sind, daß sie in den Nuten 2 radial auswärts und einwärts verschiebbar sind. Die langen Backen 3 sind dabei in Radialrichtung an die Innenumfangsfläche eines (im folgenden einfach als "zylindrisches Element" bezeichneten) ringförmigen oder zylindrischen Elements a anpreßbar, das z. B. ein Ring sein kann, der auf die Mantelfläche der Welle 1 aufgesetzt ist; hierdurch wird das zylindrische Element a in einer vorbestimmten Stellung auf der Mantelfläche der Welle 1 festgehalten.

Die Welle 1 besitzt z. B. einen kreisrunden Querschnitt. Die in der Mantelfläche der Welle 1 geformten Nuten 2 sind in gleichen gegenseitigen Abständen so ausgebildet, daß sie sich an der Mantelfläche der Welle 1 öffnen. Die Nuten 2 verlaufen dabei in der Axialrichtung der Welle 1. Die axiale Länge jeder Nut 2 entspricht der Gesamtlänge der Welle 1, abzüglich der beiden Endabschnitte derselben.

Jede der Nuten 2 erstreckt sich von der Mantelfläche der Welle 1 in Richtung auf das Zentrum derselben; sie liegt in Form eines Durchbruchs vor, der sich an der Mantelfläche der Welle 1 öffnet und im unteren Teil weiter ist als am Öffnungsteil. Jede der Nuten 2 weist, in einer Rechts/Links- bzw. Querrichtung senkrecht zur Axialrichtung gesehen, Innenflächen auf.

Im Öffnungsteil jeder der Nuten in der Mantelfläche der Welle 1 verlaufen die rechten und linken inneren Seitenflächen bzw. Flanken parallel zueinander in Richtung auf das Zentrum der Welle. Auf diesen rechten und linken inneren Seitenflächen jeder Nut 2 gleiten die rechten bzw. linken Seitenflächen der jeweiligen langen Backe 3.

Die unteren Teile der rechten und linken Innenflächen jeder der Nuten 2 weisen schräge Anschlagflächen 2a auf, die auseinanderlaufend zur Nut-Sohle hin schräggestellt sind. Die unteren Abschnitte der langen Backen 3 bildende schräge untere Abschnitte 3b (noch zu beschreiben) sind unter elastischer Verformung in enge Anlage an die schrägen Anschlagflächen 2a bringbar. Bei jeder der Nuten 2 ist der Abstand zwischen den rechten und linken Seitenflächen bzw. Flanken weiter als das Öffnungsteil. Es ist darauf hinzuweisen, daß die rechten und linken schrägen Anschlagflächen 2a eine bisymmetrische Trapezform aufweisen.

Wie erwähnt, ist bei jeder Nut 2 im unteren Abschnitt der Abstand zwischen den rechten und linken Seitenflächen größer als die Weite des Öffnungsteils. Die in der Achsrichtung langgestreckte Backe 3 ist in die betreffende Nut 2 so eingesetzt, daß sie in der Radialrichtung auswärts und einwärts verschiebbar ist. Die Funktion jeder langen Backe 3 ist folgende: Die lange Backe 3 weist einen oberen Endabschnitt 3a auf, der aus der Mantelfläche der Welle 1 durch das Öffnungsteil der Nut unter einem Fluiddruck ausfahrbar ist, um sich an die Innenumfangsfläche eines zylindrischen Elements a, z. B. eines auf die Mantelfläche der Welle 1 aufgesetzten Rings, anzupressen und damit dieses Element fest in einer vorbestimmten Stellung zu halten.

Bei jeder der langen Backen 3 ist der obere Endabschnitt 3a linear bzw. gradlinig, und er weist parallel zueinander liegende rechte und linke Seitenflächen bzw. Flanken auf; der hintere Endabschnitt ist der erwähnte schräge untere oder Bodenabschnitt 3b eines trapezförmigen Querschnitts mit Schrägflächen 3b, die in Richtung auf die Mittelachse der Welle 1 auseinanderlaufen. Jede Backe 3 kann wie folgt geformt sein: Der obere Endabschnitt 3a und der schräge untere Abschnitt 3b werden in einem Form- oder Spritzvorgang als Einheit geformt, oder der obere Endabschnitt 3a und der schräge untere Abschnitt 3b werden getrennt aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt und dann miteinander vereinigt. Der schräge untere Abschnitt 3b besteht aus einem elastischen Werkstoff, der durch den Fluiddruck elastisch verformbar ist, so daß er sich eng an die schrägen Anschlagflächen 2a der Nut 2 anzulegen vermag. Wenn dieser untere Abschnitt 3b elastisch verformt wird und sich die lange Backe 3 eng an die schrägen Anschlagflächen 2a der Nuten anlegt, wird das Fluid bzw. Druckmittel, welches die hintere Stirnfläche 3c des schrägen unteren Abschnitts 3b mit Druck beaufschlagt, vollkommen dicht eingeschlossen.

Der hintere Endabschnitt jeder langen Backe 3, nämlich der schräge untere Abschnitt oder auch Bodenabschnitt 3b besitzt eine bisymmetrische Trapezform. Der Winkel A an beiden Enden der Unterseite des schrägen unteren Abschnitts 3b ist geringfügig kleiner als der Winkel B an den beiden Enden eines Trapezes (oder Trapezoids), das durch die schrägen Anschlagflächen 2a der Nut 2 festgelegt ist. Innerhalb eines Spalts L führt daher aufgrund der Differenz zwischen den Winkeln A und B die lange Backe 3 einen solchen Hub aus, daß der obere Endabschnitt 3a in die und aus der Öffnung der Nut 2 verschiebbar ist. Wenn kein Fluiddruck anliegt, ist somit die lange Backe 3 in die Nut 2 zurückgezogen; dabei bildet das vordere Ende des schrägen unteren Abschnitts 3b den Spalt L mit den schrägen Anschlagflächen 2a der Nut 2, während das hintere Ende des schrägen unteren Abschnitts 3b fest an den schrägen Anschlagflächen 2a der Nut 2 anliegt und damit den Austritt von Fluid verhindert. Beim Einführen des Fluids wird in Abhängigkeit vom Fluiddruck der schräge untere Abschnitt 3b fest gegen die schrägen Anschlagflächen 2a der Nut 2 angepreßt, wodurch der Fluidaustritt noch sicherer verhindert wird.

Bei Einführung von Druckfluid zur Beaufschlagung der hinteren Stirnfläche 3c des schrägen unteren Abschnitts 3b der langen Backe 3, um diese in Richtung auf die Öffnung der Nut 2 zu drücken, wird die Backe 3 (aus der Nut) ausgefahren, bis sie sich an die Innenumfangsfläche des zylindrischen Elements a anlegt und damit letzteres festhält. Bei Aufhebung des Fluiddrucks bildet sich der schräge untere Abschnitt 3b unter seiner Eigenelastizität zurück, so daß die lange Backe 3 in die aufweitbare Welle 1 zurückgezogen bzw. eingefahren wird. Das Fluid bzw. Druckmittel kann Öl, Wasser, Luft und dgl. sein.

Jede Nut 2 der Welle 1 weist in der Sohle eine Fluidnut 4a auf, die längs der Nut 2 langgestreckt ist. Weiterhin weist die Welle 1 einen Fluiddurchgang 4 auf, der längs der Mittelachse der Welle 1 verläuft. Der Fluiddurchgang 4 weist am einen Ende Fluidzulässe 4b auf, die mit den Fluidnuten 4a der Nuten 2 in Verbindung stehen. Insbesondere sind die Fluidzulässe 4b vom einen Ende des Fluiddurchgangs 4 zu den Fluidnuten 4a der Nuten 2 verlaufend ausgebildet. Der Fluiddurchgang 4 erstreckt sich zum einen Ende der aufweitbaren Welle 1, wo er mit einer (nicht dargestellten) Fluidleitung verbunden ist. Letztere ist ihrerseits z. B. über ein Dreiwegeventil mit einem außenseitig der Welle 2 angeordneten Druckbehälter verbunden. Weiterhin ist eine Fluiddruckpumpe oder ein Luftverdichter zur Lieferung des Druckfluids vom Druckbehälter zur aufweitbaren Welle 1 vorgesehen. Wenn der Druckbehälter unter Fluiddruck steht, wird das Dreiwegeventil geöffnet und geschlossen, um die aufweitbare Welle 1 auf zuweiten oder zu kontrahieren.

Die Fluidnuten 4a (der Nuten 2) stehen über die Fluidzulässe 4b mit dem Fluiddurchgang 4 in Verbindung. Das Druckfluid in den Fluidnuten 4a an den Unterseiten bzw. Sohlen der Nuten 2 besitzt jeweils gleichen Druck, und die Fluidverbindung erfolgt über die Fluidzulässe 4b und den Fluiddurchgang 4; dies bedeutet, daß die hinteren Stirnflächen 3c der schrägen unteren Abschnitte 3b der langen Backen 3 mit jeweils gleichem Fluiddruck beaufschlagt werden.

Im folgenden ist die Wirkungsweise der aufweitbaren Welle mit der oberen beschriebenen Ausgestaltung erläutert.

Ein ringförmiges oder zylindrisches Element a, z. B. ein Ring, wird in einer vorbestimmten Stellung auf die aufweitbare Welle 1 aufgesetzt. Dabei sind die oberen Endabschnitte 3a der langen Backen 3 der Welle 1 noch nicht aus deren Mantelfläche vorgeschoben bzw. ausgefahren.

Zu diesem Zeitpunkt ist der Innendurchmesser des auf die Welle 1 aufgesetzten zylindrischen Elements a geringfügig größer als der Außendurchmesser der Welle 1, weil die oberen Endabschnitte der langen Backen 3 nicht aus der Mantelfläche der Welle 1 herausragen. Infolgedessen kann das zylindrische Element a einfach in die vorbestimmte Stellung verschoben werden.

Nachdem das zylindrische Element a auf diese Weise in der vorbestimmten Stellung auf der Welle 1 aufgesetzt worden ist, wird die Fluiddruckpumpe oder der Luftverdichter, die bzw. der außerhalb der aufweitbaren Welle 1 angeordnet ist, betätigt. Dabei wird Druckfluid vom Fluidbehälter zur Fluidleitung zugespeist. Das so zugespeiste Druckfluid wird über die Fluidleitung in den Fluiddurchgang 4 eingeleitet und sodann über die Fluidzulässe 4b zu den Fluidnuten 4a an den Sohlen der Nuten 2 geleitet.

Wenn das Fluid den Fluidnuten 4a an den Sohlen der Nuten 2 zugespeist wird, werden die hinteren Stirnflächen 3c der schrägen unteren Abschnitte 3b der langen Backen 3 mit jeweils gleichem Fluiddruck beaufschlagt. Infolgedessen verschieben sich die Backen 3 in Richtung auf die Öffnungsteile der Nuten 2, während sie in inniger Berührung mit den Seitenflächen oder Flanken der Nuten 2 stehen.

Dabei liegen die beiden Enden der hinteren Stirnfläche jedes der schrägen unteren Abschnitte 3b mit inniger Berührung bzw. fest an den hinteren Enden der jeweiligen, eine Trapezform festlegenden schrägen Anschlagflächen 2a an; wie oben beschrieben, ist der Winkel B des vorderen Teils der schrägen Anschlagfläche 2a größer als der Winkel A des vorderen Teils des schrägen unteren Abschnitts, wobei zwischen dem vorderen Teil des schrägen unteren Abschnitts 3b und dem vorderen Teil der schrägen Anschlagfläche 2a der Spalt L festgelegt ist (vgl. Fig. 3(A)). Der mittlere Bereich der hinteren Stirnfläche 3c des schrägen unteren Abschnitts 3, der mit dem Fluiddruck beaufschlagt ist, verformt sich somit bogenförmig, so daß sich der vordere Teil dieses unteren Abschnitts 3b eng an die vorderen Teile der schrägen Anschlagflächen 2a anlegt.

Wenn der mittlere Bereich der hinteren Stirnfläche 3c des schrägen unteren Abschnitts 3b bogenförmig oder gewölbt verformt wird, drückt die Vorderseite dieses unteren Abschnittes 3b die lange Backe als Ganzes in Richtung auf die Öffnung der Nut 2, so daß der obere Endabschnitt 3a der langen Backe 3 aus der Öffnung der Nut 2 herausragt.

Der obere Endabschnitt 3a der langen Backe 3, die zur Öffnung der Nut 2 verschoben ist, ragt aus der Öffnung der Nut 2 heraus und gelangt dabei in Anlage an die Innenumfangsfläche des zylindrischen Elements a, das auf die Mantelfläche der aufweitbaren Welle 1 aufgesetzt worden ist.

Wenn die Fluiddruckpumpe zur Erhöhung des Fluiddrucks betätigt wird, wird der vordere Teil des schrägen unteren Abschnitts deformiert und damit vollkommen in enge Anlage mit den vorderen Teilen der schrägen Anschlagflächen 2a gebracht. Dabei wird der Neigungswinkel A des vorderen Bereichs des schrägen unteren Abschnitts gleich dem Neigungswinkel B des vorderen Teils der schrägen Anschlagfläche 2a (vgl. Fig. 3 (B)), wodurch der Austritt des Druckfluids durch den Spalt zwischen dem unteren Abschnitt 3b und der Anschlagfläche 2a sicher verhindert wird.

Die oberen Endabschnitte 3a der langen Backen 3 werden weiter aus den Nuten 2 ausgefahren, um in Radialrichtung auswärts an die Innenumfangsfläche des zylindrischen Elements angepreßt zu werden und damit letzteres in der vorbestimmten Stellung auf der aufweitbaren Welle 1 zu halten.

Wie erwähnt, verlaufen die Backen 3 in der Achsrichtung der aufweitbaren Welle. Im Gegensatz zu den herkömmlichen kurzen Backen sind daher die erfindungsgemäßen langen Backen 3 nicht mit dem Problem behaftet, daß sich die Backen an das Ende des zylindrischen Elements a anlegen und dieses somit seitlich verschieben.

Fig. 6 zeigt eine andere aufweitbare Welle 1 mit Ringelementen (ringförmigen oder zylindrischen Elementen) a zum Aufwickeln von Bändern 10 auf diese.

Bei dieser Ausführungsform sind die der ersten Ausführungsform entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet. Die aufweitbare Welle 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist derjenigen nach der ersten Ausführungsform ähnlich. Einer der Unterschiede besteht in der Anordnung von Fixierelementen 8 an der aufweitbaren Welle 1 gemäß dieser Ausführungsform. Die Fixierelemente 8 sind am (zylindrischen) Außenumfangsteil der aufweitbaren Welle 1 angebracht, mit dem die Innenumfangsflächen der Ringelemente a in Berührung stehen. Die Fixierelemente 8, die zum Zentrieren (der Rotationszentren) der Ringelemente dienen, sind in jeweilige Nuten eingesetzt, die längs der Achse der aufweitbaren Welle 1 verlaufen. Die Fixierelemente 8 bestehen beispielsweise aus einem abriebbeständigen Kunststoff.

Fig. 7 ist eine Längsschnittansicht einer die erfindungsgemäße aufweitbare Welle verwendenden Bandwickelvorrichtung. Fig. 8 zeigt eine Wickelanlage mit der erfindungsgemäßen Bandwickelvorrichtung. Die Wickelanlage zum Aufwickeln von Bändern 10 aus Lagenmaterial (plate) 22 umfaßt die Wickelvorrichtung 21 mit der aufweitbaren Welle 1, eine Abwickeleinrichtung 30, Führungsrollen 31, Schlitzeinheiten 12 und eine automatische Rückziehführung (auto-receding quide) 23. Letztere kann eine Ausrichtung oder Ausfluchtung der Seitenkanten der einzelnen Bänder 10 während des Wickel- oder Aufspulvorgangs herstellen. Aus den (genannten) Figuren geht hervor, daß die Wickelanlage mit der erfindungsgemäßen Bandwickelvorrichtung im Vergleich zur herkömmlichen Anlage klein und kompakt ausgebildet ist, weil weder die Schlingengrube noch die Spanneinrichtung bei dieser Wickelanlage nötig ist.

Die aufweitbare Welle zieht das breite Lagenmaterial von einer Abrollhaspel ab und wickelt die von den Schlitzeinheiten zugeführten Bänder ohne Lockerheit auf. Die Zugspannung für das Aufwickeln wird durch eine an der Abrollhaspel vorgesehene Bremsvorrichtung oder eine getrennte Bremsvorrichtung geliefert.

Wie sich aus obiger Beschreibung ergibt, braucht die erfindungsgemäße aufweitbare Welle im Gegensatz zur herkömmlichen Welle nicht notwendigerweise hohl zu sein, weil kein Luftschlauch in sie eingeführt ist. Auch wenn die Welle lang ist, besitzt sie daher eine hohe Biegesteifheit, d. h. sie biegt sich im Mittelbereich nicht durch. Demzufolge wird bei der erfindungsgemäßen aufweitbaren Welle das Problem vermieden, daß die Welle mit durchgebogenem Mittelteil rotiert; dies bedeutet, daß eine exzentrische Drehung der Welle vermieden wird.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Welle ist in die erfindungsgemäße aufweitbare Welle kein Luftschlauch eingeführt. Damit werden die Probleme eines Bruchs des Luftschlauchs und eines Luftaustritts vermieden. Wenn die langen Backen mit dem Fluiddruck beaufschlagt sind, werden oder sind die schrägen unteren Abschnitte elastisch deformiert und damit in enge Anlage an die inneren Seitenflächen gebracht, die jeweils so schräg ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den inneren Seitenflächen zur Sohle der Nut hin zunimmt. Durch dieses Merkmal wird eindeutig ein Austritt von Hochdruckfluid durch den Spalt zwischen der Nut und dem schrägen unteren Abschnitt verhindert; dies bedeutet, daß Störungen aufgrund des Fluidaustritts eindeutig vermieden sein können.

Die langen Backen sind in der Axialrichtung der aufweitbaren Welle langgestreckt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Welle tritt daher bei der erfindungsgemäßen Welle nicht die Schwierigkeit auf, daß dann, wenn mehrere in der Axialrichtung der Welle kurze Backen an das zylindrische Element anpressen, die Enden der kurzen Backen zu einer geringfügigen seitlichen Verschiebung oder einer geringfügigen Schrägstellung des zylindrischen Elements führen, so daß dieses Element dann nicht genau in der vorbestimmten Stellung festgehalten ist. Erfindungsgemäß kann somit das zylindrische Element sicher in der vorbestimmten Stellung auf der aufweitbaren Welle gehalten werden.

Die erfindungsgemäße aufweitbare Welle ist eine im wesentlichen massive Welle. Sie besitzt daher hohe mechanische Festigkeit und ist weniger leicht durchbiegbar. Infolgedessen kann sie als lange Welle ausgeführt sein. Außerdem weist sie die in der Achsrichtung der Welle verlaufenden langen Backen auf. Letztere werden daher zufriedenstellend in innige Berührung mit dem auf die Welle aufgesetzten zylindrischen Element gebracht. Die langen Backen sind nicht vom Typ mit dem inneren Druckschlauch, sondern stabförmige Backen, die daher eine lange Betriebslebensdauer oder Standzeit aufweisen und an der Arbeitsstelle ausgewechselt werden können. Im Gegensatz zur herkömmlichen aufweitbaren Welle wird bei der erfindungsgemäßen Welle das Problem eines Berstens des Luftschlauches vermieden. Darüber hinaus können die langen Backen mit einem Hochdruckfluid beaufschlagt werden, so daß mit den langen Backen eine große Haltekraft erzeugbar ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Aufweitbare Welle, umfassend:

    einen Wellenkörper mit einer Mittelachse und einer äußeren Zylinder- oder Mantelfläche,

    einen längs der Mittelachse des Wellenkörpers verlaufenden Fluiddurchgang,

    vom Fluiddurchgang radial nach außen abgehende und mit ihm kommunizierende Fluidzulässe,

    eine Fluidleitung zum Fluiddurchgang und zu den Fluidzulässen,

    an bzw. in der Mantelfläche des Wellenkörpers in einer Richtung der Mittelachse desselben verlaufende Nuten, die jeweils mit mindestens einem der Fluidzulässe kommunizieren und parallel zueinander liegende Seitenwände oder Flanken sowie schräge Anschlagflächen einer bisymmetrischen Trapezform aufweisen, und

    verschiebbar in die Nuten eingesetzte lange Backen, die jeweils parallel zueinander liegende und in Gleitberührung mit den Flanken der betreffenden Nuten stehende Seitenwände oder Flanken sowie einen schrägen unteren Abschnitt aus einem elastischen Werkstoff aufweisen, wobei ein Winkel des schrägen unteren Abschnitts (jeder) der langen Backen kleiner ist als ein Winkel der schrägen Anschlagfläche (jeder) der Nuten und wobei die langen Backen bei Aufhebung eines Fluiddrucks elastisch in die Nuten zurückziehbar sind und die langen Backen bei Beaufschlagung mit dem Fluiddruck über die Mantelfläche des Wellenkörpers zum Vorstehen bringbar sind.
  2. 2. Aufweitbare Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Öl, Wasser oder Luft ist.
  3. 3. Aufweitbare Welle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils zwischen der betreffenden Nut und den mit dieser kommunizierenden Zulässen geformte Fluidnutabschnitte, deren Breite kleiner ist als eine Breite der (die Backen aufnehmenden) Nuten.
  4. 4. Bandwickelvorrichtung zum Aufwickeln von Bändern, umfassend:

    eine aufweisbare Welle mit einem eine Mittelachse und eine äußere Zylinder- oder Mantelfläche aufweisenden Wellenkörper,

    einem längs der Mittelachse des Wellenkörpers verlaufenden Fluiddurchgang,

    vom Fluiddurchgang radial auswärts abgehenden und mit ihm kommunizierenden Fluidzulässen,

    einer Fluidleitung zum Fluiddurchgang und zu den Fluidzulässen,

    an bzw. in der Mantelfläche des Wellenkörpers in einer Richtung der Mittelachse desselben verlaufenden Nuten, die jeweils mit mindestens einem der Fluidzulässe kommunizieren und parallel zueinander liegende Seitenwände oder Flanken sowie schräge Anschlagflächen einer bisymmetrischen Trapezform aufweisen, und

    verschiebbar in die Nuten eingesetzten langen Backen, die jeweils parallel zueinander liegende und in Gleitberührung mit den Flanken der betreffenden Nuten stehende Seitenwände oder Flanken sowie einen schrägen unteren Abschnitt aus einem elastischen Werkstoff aufweisen, wobei ein Winkel des schrägen unteren Abschnitts (jeder) der langen Backen kleiner ist als ein Winkel der schrägen Anschlagfläche (jeder) der Nuten und wobei die langen Backen bei Aufhebung eines Fluiddrucks elastisch in die Nuten zurückziehbar sind und die langen Backen bei Beaufschlagung mit dem Fluiddruck über die Mantelfläche des Wellenkörpers zum Vorstehen bringbar sind, sowie

    Ringelemente mit jeweils einer zylindrischen Außenfläche, auf welche die betreffenden Bänder aufgewickelt werden, und einer zylindrischen Innenfläche, in welche die aufweitbare Welle eingesetzt ist.
  5. 5. Bandwickelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Öl, Wasser oder Luft ist.
  6. 6. Bandwickelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitbare Welle ferner jeweils zwischen der betreffenden Nut und den mit dieser kommunizierenden Zulässen geformte Fluidnutabschnitte, deren Breite kleiner ist als eine Breite der (die Backen aufnehmenden) Nuten, aufweist.
  7. 7. Bandwickelvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch an der Mantelfläche des Wellenkörpers der aufweitbaren Welle angebrachte Fixierelemente, die mit der Innenumfangsfläche der Ringelemente in Berührung stehen.






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