DE602005006393T2

DE602005006393T2 - Wickelkern und zugehöriges verfahren

Info

Publication number: DE602005006393T2
Application number: DE602005006393T
Authority: DE
Inventors: Wim Hartsville VAN DE CAMP
Original assignee: Sonoco Development Inc
Current assignee: Sonoco Development Inc
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: EP1723065A1; DE602005006393D1; CA2557366A1; EP1723065B1; US7204451B2; US20050184191A1; WO2005082760A1; ATE393752T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Wickelkerne und spezieller das Wickeln von Schichten aus Papier, Folie und dergleichen zu großen Rollen und ein Verfahren zum Wickeln derartiger Schichten auf einen Kern.
BESCHREIBUNG DER DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDEN TECHNIK
Babnmaterialien, wie beispielsweise Polymerfolie, Papier, Faservlies- oder Webtextilien, Metallfolie, Blech und andere, werden verwendet, um eine Vielzahl von Produkten herzustellen. Die Bahnmaterialien werden im Allgemeinen in der Form von großen Rollen bereitgestellt, die durch Wickeln des Bahnmaterials um einen Wickelkern gebildet werden. Der Kern ist im Allgemeinen aus Karton, obgleich er mit einer äußeren Hülle aus Kunststoff oder dergleichen verstärkt werden kann. Der Karton kann aus hochfesten Kartonlagen mit hoher Dichte gebildet werden. Eine Rolle Papier oder dergleichen, das auf den Kern gewickelt ist, weist typischerweise ein Gewicht von über zwei Tonnen auf und übersteigt oftmals fünf Tonnen. Typische Kernabmessungen sind ein innerer Durchmesser von 3 in. (76,2 mm) bis 6 in. (152,0 mm) oder 150,4 mm in Europa und eine Länge von etwa 254 bis 356 cm (100 bis 140 in.). Um mit dem Wickelvorgang zu beginnen, wird ein hinteres Ende einer Bahn am Wickelkern befestigt, und der Kern wird um seine Achse gedreht, um die Bahn zu einer Rolle zu wickeln. Die Rollen werden anschließend während eines Druck- oder ähnlichen Vorganges abgewickelt.
Bahnverarbeitungsanlagen, wie beispielsweise Drucker oder dergleichen, streben kontinuierlich danach, die Produktivität der Verarbeitungsvorgänge zu erhöhen, indem der Gesamtwert des Bahndurchsatzes pro Zeiteinheit erhöht wird. Dazu gab es eine kontinuierliche Bemühung in Richtung breiterer Bahnen und höherer Bahngeschwindigkeiten, was zu längeren Wickelkernen führt, die sich mit höheren Drehzahlen drehen müssen, und die schwerere Rollen des breiteren Bahnmaterials tragen müssen. Beispielsweise entwickeln die Rotationstiefdrucker gegenwärtig 4,32 m breite Druckmaschinen für das Schnelldrucken. Papierzuführungsrollen für derartige Maschinen würden über 7 Tonnen wiegen. Anwendungen wie beispielsweise diese bringen extreme Forderungen hinsichtlich der Stabilität der gegenwärtigen Wickelkerne mit sich. Eine potentielle Lösung für das Problem ist die Erhöhung der Kernsteifigkeit, indem der Kerndurchmesser vergrößert wird, aber das wäre unerwünscht, wenn es bedeutet, dass die Kerne nicht mit den existierenden Wickel- und Abwickelmaschinen kompatibel wären, wie es der Fall wäre, wenn der innere Durchmesser des Kernes vergrößert würde.
Während eines Wickel- oder Abwickelvorganges wird ein Kern typischerweise auf ein sich drehendes expandierbares Spannfutter montiert, das in jedes Ende des Kernes eingesetzt und expandiert wird, um die Innenseite des Kernes zu ergreifen, so dass der Kern nicht dazu neigt, relativ zum Spannfutter zu rutschen, während ein Drehmoment dazwischen angewandt wird. Typischerweise wird die Drehung des Kernes mittels eines Antriebes bewirkt, der mit einem oder beiden Spannfuttern gekoppelt ist, und der Kern wird gedreht, um Bahngeschwindigkeiten von beispielsweise 15 bis 16 m/s zu erreichen. Die Materialrollen werden oftmals einer wesentlichen Umfangsbeschleunigung und -abbremsung durch die Wickelmaschinen unterworfen. Das setzt wiederum die in Eingriff befindlichen Enden der Kartonrolle wesentlichen Drehmomentkräften aus. Das führt oftmals zu einem gewissen Rutschen des Spannfutters auf der Innenseite des Kernes. In einer extremen Situation kann das Rutschen zu einem „Auskauen" führen, bei dem der Kern durch das Spannfutter im Wesentlichen zerstört wird.
Abgesehen von Problemen, wie beispielsweise dem Auskauen, kann das Versagen des Spannfutters, den Kern fest zu ergreifen, zu weiteren unerwünschten Auswirkungen führen. Insbesondere wurde entdeckt, dass es zu einer Reduzierung des „Spannfutterfaktors" des Kernes führen kann, der als die Resonanzfrequenz des Kernes, wenn er eingespannt ist, dividiert durch die Resonanzfrequenz des Kernes, wenn er frei ist, definiert wird. Es ist wünschenswert, dass der Spannfutterfaktor so hoch wie möglich ist, ohne dass eine übermäßige Schwingung riskiert wird. Die Eigenfrequenz der Schwingung eines Kernes entspricht der Resonanzfrequenz des Kernes und kann bei Verwendung der Formel:
berechnet werden, worin sind: F die Eigenfrequenz des Kernes, während er eingespannt ist, C_r der relative Spannfutterfaktor, E der Elastizitätsmodul des Kernes entlang seiner Länge, I das Trägheitsmoment, m die Masse des Kernes und L die Länge des Kernes.
Ein wirksames Wickeln erfordert, dass die Eigenfrequenz des eingespannten Kernes höher ist als die Kerndrehzahl während des Wickelns und Abwickelns, wobei die Eigenfrequenz von den vorangehend angeführten Faktoren und der Art und Weise abhängt, in der er von den Spannfuttern getragen wird. Ein Sicherheitsfaktor von 15 bis 20% wird typischerweise berücksichtigt, da eine Sicherheit vorhanden sein sollte, dass die maximale Rotationsfrequenz des Kernes, während er eingspannt ist, kleiner als die Eigenfrequenz des Kernes bleiben wird. Gegenwärtige Wickelkerne erzeugen im Allgemeinen Spannfutterfaktoren von etwa 0,70 bis 0,80, was den prozentualen Sicherheitsfaktor und die Wickelgeschwindigkeit des Kernes begrenzt, ohne dass eine übermäßige Schwingung riskiert wird.
Das JP-A-2002-179339 beschreibt einen Wickelkern, der das Einspannen in der unregelmäßig geformten Innenfläche einer dreischichtigen hohlen Struktur beschreibt.
Dementsprechend besteht eine Forderung nach einem verbesserten Kern, der einen besseren Griff liefert, um zu verhindern, dass das Spannfutter während des Wickelns und Abwickelns rutscht und möglicherweise den Kern beschädigt. Außerdem besteht eine Forderung nach einem Kern, der einen verbesserten Spannfutterfaktor liefert.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung spricht die vorangehend angeführten Forderungen an und bewirkt weitere Vorteile, indem ein Wickelkern mit einer verbesserten Grifffläche für ein Spannfutter und einem erhöhten Spannfutterfaktor bereitgestellt wird. Eine mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht wird auf einem Abschnitt der inneren Oberfläche des Kernelementes angeordnet, um eine Grifffläche bereitzustellen, damit das Spannfutter mit dem Wickelkern in einer Weise in Eingriff kommen kann, die für ein Rutschen zwischen dem Spannfutter und dem Kern weniger anfällig ist. Außerdem kann eine Kombination der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht, eines längeren Wickelkernes und eines längeren Spannfutters gestatten, dass der Wickelkern mehr Material mit traditionellen Wickelgeschwindigkeiten wickelt und abwickelt, ohne dass der äußere Durchmesser des Wickelkernes wesentlich vergrößert wird oder der Wirkungsgrad und die Sicherheit geopfert werden.
Bei einer ersten Ausführung schließt ein Wickelkern ein hohles, zylindrisches Kernelement mit einer inneren Oberfläche, einer äußeren Oberfläche und mit einem ersten und einem zweiten Ende ein. Eine mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht wird auf der inneren Oberfläche des Kernelementes befestigt, wobei die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht weicher ist als das Kernelement.
Bei einer Variante weist das Kernelement eine innere Schicht, die die innere Oberfläche definiert, und eine äußere Schicht auf, die die äußere Oberfläche definiert. Die innere Schicht weist ein Material auf Papierbasis auf, und die äußere Schicht weist einen mit Glasfasern verstärkten Kunststoff auf. Außerdem kann die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht ein polymeres Material aufweisen, wie beispielsweise Polyurethan.
Bei weiteren Varianten beträgt die Länge des Kernelementes etwa 4,32 Meter. Der äußere Durchmesser des Kernelementes kann etwa 180 Millimeter betragen, und der innere Durchmesser kann etwa 154,4 Millimeter betragen. Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht kann eine Dicke von etwa 2 Millimeter aufweisen, wodurch der Durchmesser auf 150,4 Millimeter gebracht wird. Vorzugsweise erstreckt sich eine jede mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht über einen Abschnitt der Länge des Kernelementes in unmittelbarer Nähe zu einem jeden des ersten und des zweiten Endes, so dass sich die Schicht nicht über die gesamte Länge des Kernes erstreckt.
Bei einer noch weiteren Ausführung schließt eine Wickelkernanordnung ein hohles, zylindrisches Kernelement mit einer inneren Oberfläche, einer äußeren Oberfläche und einem ersten und einem zweiten Ende ein. Eine mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht ist auf der inneren Oberfläche des Kernelementes angeordnet, wobei die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht weicher ist als das Kernelement Ebenfalls kann ein Spannfutter betätigt werden, um mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht auf der inneren Oberfläche am ersten Ende des Kernelementes in Eingriff zu kommen, so dass das Spannfutter mit dem Kernelement gekoppelt wird. Das Spannfutter kann eine doppelte Reihe von expandierenden Elementen für einen Eingriff mit einer jeden der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schichten aufweisen. Vorzugsweise weist die Anordnung außerdem ein zweites Spannfutter auf, das betätigt werden kann, um mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht am zweiten Ende in Eingriff zu kommen. Außerdem kann jedes Spannfutter eine Länge von etwa 500 Millimeter und eine aktive Länge von etwa 420 Millimeter aufweisen, wobei sich die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht mindestens 420 Millimeter in der Länge in unmittelbarer Nähe zum ersten und zweiten Ende so erstreckt, dass jedes Spannfutter betätigt werden kann, um mit jeder mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht in Eingriff zu kommen.
Die Anordnung kann außerdem einen Motor einschließen, der mit einem Spannfutter gekoppelt ist, wobei der Motor das Spannfutter um eine Rotationsachse antreibt, die sich in Langsrichtung durch das Kernelement erstreckt. Bei einer Version erreicht die Wickelkernbaugruppe einen Spannfutterfaktor von mindestens 0,85.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren für das Wickeln von Bahnmaterial bereit. Das Verfahren schließt das Bereitstellen eines hohlen, zylindrischen Kernelementes mit einer inneren Oberfläche, einer äußeren Oberfläche und einem ersten und einem zweiten Ende ein. Das Verfahren schließt ebenfalls das Befestigen einer mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht auf der inneren Oberfläche des Kernelementes ein, wobei die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht weicher ist als das Kernelement. Das Verfahren schließt außerdem einen Eingriff eines Spannfutters mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht auf der inneren Oberfläche am ersten Ende des Kernelementes ein, so dass das Spannfutter mit dem Kernelement gekoppelt wird. Das Verfahren schließt schließlich das Drehen des Spannfutters um eine Langsachse ein, die sich so durch das Kernelement erstreckt, dass ein Bahnmaterial um die äußere Oberfläche des Kernelementes gewickelt wird.
Bei Varianten des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann das Spannfutter das Kernelement mit einem Spannfutterfaktor von mindestens 0,85 drehen. Außerdem kann der Schritt des Befestigen das Beschichten der inneren Oberfläche des Kernelementes mit einem Material aufweisen, wie beispielsweise Polyurethan, während sich das Kernelement dreht. Der Schritt des Befestigen weist vorzugsweise ebenfalls das Befestigen der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht an lokalisierten Bereichen der inneren Oberfläche des Kernes in unmittelbarer Näe zu einem jeden von erstem und zweitem Ende auf, so dass sich die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht nicht über die gesamte Länge des Kernelementes erstreckt. Ein zweites Spannfutter kommt ebenfalls vorzugsweise mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht am zweiten Ende so in Eingriff, dass das zweite Spannfutter ebenfalls mit dem Kernelement gekoppelt wird. Das Verfahren kann ebenfalls das Drehen des Spannfutters so aufweisen, dass das Bahnmaterial vom Kernelement abgewickelt wird.
Die Wickelkernbaugruppe der vorliegenden Erfindung liefert vorteilhafterweise einen verbesserten Wickelkern mit einer auf seiner inneren Oberfläche aufgebrachten mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht, die die Spannfutter an beiden Enden des Wickelkernes in die Lage versetzt, die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht zu ergreifen. Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht ist weicher als das Wickelkernmaterial, so dass das Spannfutter die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht durchdringen und eine erhöhte Reibung infolge des besseren Kontaktes mit der Wickelkernoberfläche erzeugen kann, um das Rutschen des Spannfutters zu verhindern, während sich der Wickelkern dreht.
Die Wickelkernanordnung kann ebenfalls das Auftreten des Auskauen vermindern, da die Spannfutter in der Lage sind, die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht zu ergreifen, die die innere Oberfläche des Wickelkernes überzieht. Außerdem wird der Spannfutterfaktor des Wickelkernes erhöht, was entsprechend die Erhöhung des Sicherheitsfaktors gestattet. Eine Erhöhung des Sicherheitsfaktors sichert, dass der Wickelkern mit höheren Geschwindigkeiten als den typischen Wickelgeschwindigkeiten gedreht werden kann, ohne dass das Risiko einer übermäßigen Schwingung besteht.
Wickelkerne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können viel länger sein als typische Wickelkerne, was gestattet, dass eine größere Materialmenge gewickelt wird. Ebenfalls sind die Spannfutter vorzugsweise länger, um den längeren und schwereren Wickelkern angemessen zu ergreifen. Die Kombination der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht, des längeren Wickelkernes und der längeren Spannfutter gestattet, dass der Wickelkern mehr Material bei den gegenwärtigen Wickelgeschwindigkeiten wickelt und abwickelt, ohne dass der äußere Durchmesser des Wickelkernes im Wesentlichen vergrößert oder der Wirkungsgrad geopfert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG(EN)
Nachdem die Erfindung auf diese Weise in allgemeinen Begriffen beschrieben wurde, werden wir uns jetzt auf die beigefügten Zeichnungen beziehen, die nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein müssen, und die zeigen:
1 eine Schnittseitenansicht eines Wickelkernes in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, auf Spannfutter montiert, wobei ein jedes Spannfutter in Eingriff mit einer mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht auf einer inneren Oberfläche des Kernes veranschaulicht wird;
2 eine Schnittdetailansicht eines einzelnen Spannfutters, das in 1 gezeigt wird, wobei eine doppelte Reihe von expandierenden Elementen veranschaulicht wird, die mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht in Eingriff kommen; und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens entsprechend einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei ein Verfahren zum Wickeln eines Bahnmaterials auf den Kern veranschaulicht wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird jetzt hierin nachfolgend mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben, in denen einige aber nicht alle Ausführungen der Erfindung gezeigt werden. Tatsächlich kann diese Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungen beschränkt ausgelegt werden; diese Ausführungen werden eher so vorgelegt, dass diese Offenbarung anwendbare gesetzliche Anforderungen erfüllen wird. Gleiche Zahlen betreffen durchgängig gleiche Elemente.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1, wird eine Wickelkernanordnung 10 gezeigt. Der Begriff „Wickelkern" ist nicht als einschränkend gedacht, und es versteht sich, dass der Begriff Wickelkern irgendein Kern, eine Rolle, eine Hülse, ein Zylinder oder dergleichen sein kann, die bei einem Wickelvorgang verwendet werden. Das Wickeln kann zur Anwendung gebracht werden, um Rollen von Bahnmaterialien zu wickeln und abzuwickeln, wie beispielsweise Polymerfolie, Papier, Faservlies- oder Webtextilien, Metallfolie, Blech und dergleichen.
Bei einer bevorzugten Ausführung veranschaulicht 1, dass die Wickelkernanordnung 10 einen Wickelkern 12 mit einer inneren Hülle 14 und einer äußeren Hülle 16 einschließt. Ein Paar Spannfutter 18 ist an beiden Enden des Wickelkernes 12 angeordnet und weist expandierbare Elemente 22 auf, die mit einer mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 des Kernes in Eingriff kommen. Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 ist an jedem Ende des Wickelkernes 12 angeordnet und wird aufgebracht, um den Griff der Spannfutter 18 zu verbessern, wie es nachfolgend vollständiger erklärt wird.
Die innere Hülle 14 ist typischerweise ein Kartonmaterial, obgleich die innere Hülle irgendein geeignetes Material für den Wickelkern 12 sein könnte. Im Allgemeinen weist das Kartonmaterial eine Dichte von mindestens 0,5 g/cm³ und sogar bis zu 1,1 g/cm³ auf. Es wird bevorzugt, dass die äußere Hülle 16 härter ist als die innere Hülle 14 und daher wirkt, um die innere Hülle zu verstärken. Daher kann die äußere Hülle 16 ein Kunststoffmaterial sein, wie beispielsweise ein glasfaserverstärkter Polyester, oblgeich es sich versteht, dass alternative Verstärkungsmaterialien für die äußere Hülle eingesetzt werden können. Die Glasfasern können in Längsrichtung oder peripher oder in beiden innerhalb der äußeren Hülle 16 ausgerichtet werden. Außerdem versteht es sich, dass der Wickelkern 12 eine „homogene" Hülse sein könnte, wobei die gesamte Kernwand aus einer einzelnen Materialart gebildet wird, das für die meisten Wickelkerne aus Karton typisch ist.
Die innere Hülle 14 weist vorzugsweise einen äußeren Durchmesser von etwa 177 mm auf, und die äußere Hülle 16 weist vorzugsweise eine Dicke von etwa 1,5 mm auf. Daher beträgt der gesamte äußere Durchmesser des Wickelkernes 12 etwa 180 mm. Der innere Durchmesser des Wickelkernes 12 beträgt vorzugsweise etwa 154,4 mm (ohne die aufgebrachte mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20). Wickelkerne 12 zeigen typischerweise Standarddurchmesser, um gleichmäßige Werkzeuge aufzunehmen, wie es vorangehend erwähnt wird, aber es versteht sich, dass der Wickelkern verschiedene Abmessungen für sowohl den inneren als auch den äußeren Durchmesser des Wickelkernes 12 ebenso wie die Dicke der inneren Hülle 14 und der äußeren Hülle 16 aufweisen kann. Die Länge des Wickelkernes 12 bei einer Ausführung beträgt etwa 4,32 m (170 in.), während sich die typischen Langen des Wickelkernes 12 von 100 bis 140 in. bewegen. Daher kann die Länge des Wickelkernes 12 entsprechend der vorliegenden Erfindung langer sein als typische Wickelkerne. Es versteht sich jedoch, dass der Wickelkern 12 verschiedene Längen in Abhängigkeit von dem spezifischen zu wickelnden Bahnmaterial oder anderen Wickelfaktoren aufweisen könnte.
Das Spannfutter 18 schließt vorzugsweise eine doppelte Reihe von expandierenden Elementen 22 ein, wie in 2 gezeigt wird. Jedes expandierbare Element 22 ist in der Lage, radial nach außen vom Spannfutter 18 zu expandieren, und beide Reihen von expandierbaren Elementen werden um den gesamten Umfang des Spannfutters angeordnet. Auf diese Weise kann die doppelte Reihe der expandierbaren Elemente 22 mit der inneren Oberfläche des Wickelkernes 12 peripher und gleichmäßig in Eingriff kommen. Bei einer bevorzugten Ausführung, wo der Wickelkern 12 eine Länge von etwa 4,32 m aufweist, kann sich eine Rolle Papier, die auf den Wickelkern aufgewickelt ist, einem Gewicht von 7 Tonnen nähern. Das expandierbare Element 22 auf jedem Spannfutter 18, das auf der Oberseite des Wickelkernes 12 angeordnet ist, trägt daher das Gewicht des Wickelkernes zusätzlich zum Gewicht des Bahnmaterials, das auf den Wickelkern zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt aufgewickelt wird. Folglich können die expandierbaren Elemente 22 eine wesentliche Größe an Kraft am Wickelkern 12 erzeugen, um den Wickelkern sowohl zu drehen als auch zu tragen.
Die Spannfutter 18 werden hydraulisch aktiviert, so dass, sobald die expandierbaren Elemente 22 mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 in Eingriff sind, die Spannfutter einen konstanten Druck anwenden, um den Wickelkern 12 in Rotationseingriff zu halten. Typischerweise wird mindestens ein Spannfutter 18 mit einem Motor oder dergleichen gekoppelt, um den Wickelkern 12 in Rotation anzutreiben, wenn das Bahnmaterial auf den Wickelkern 12 gewickelt wird, während im Laufe des Abwickeln mindestens ein Spannfutter mit einer Bremse gekoppelt wird, die wirkt, um den Wickelkern vor einem Drehen zu sperren. Der Wickelkern 12 wird typischerweise mit Umfangsgeschwindigkeiten von 15 m/s bis 16 m/s gedreht, obgleich verschiedene Geschwindigkeiten bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht werden könnten. Bei der veranschaulichten Ausführung weisen die Spannfutter 18 eine Länge von etwa 500 mm auf.
Obgleich die in 1 bis 2 veranschaulichten Spannfutter 18 eine doppelte Reihe von expandierbaren Elementen 22 einschließen, versteht es sich, dass die Spannfutter eine einzelne Reihe von expandierbaren Elementen aufweisen könnten oder alternativ nicht hydraulisch expandieren können, sondern eher pneumatisch expandieren oder innerhalb des Wickelkernes 12 konisch gepresst werden, wie es jenen Fachleuten bekannt ist. Jedes der expandierbaren Elemente 22 kann ebenfalls unterschiedliche Abmessungen und Formen, um unterschiedliche Wickelkerne 12 aufzunehmen, oder eine spezifische Wickelanwendung aufweisen. Außerdem könnten die Spannfutter 18 durch ein Drehmoment aktiviert werden, im Gegensatz zum hydraulischen. Unterschiedliche Arten und Abmessungen der Spannfutter 18 könnten ebenfalls für unterschiedlich bemessene Wickelkerne 12 oder für unterschiedliche Arten von Wickelkernmaterialien realisiert werden. Beispielsweise könnte das Spannfutter 18 etwa 200 mm im Gegensatz zum längeren Spannfutter von 500 mm sein, wobei das längere Spannfutter bei längeren Wickelkernen 12 nützlicher ist.
Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 wird auf die innere Hülle 14 des Wickelkernes 12 an jedem Ende aufgebracht. Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 erstreckt sich vorzugsweise mindestens über die Länge des Spannfutters 18, so dass das Spannfutter mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht entlang ihrer gesamten Länge in Eingriff kommen kann. Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 ist vorzugsweise weicher als das Material, das die innere Hülle 14 und die äußere Hülle 16 aufweist, so dass das Spannfutter 18 mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht in Eingriff kommen und einen „Griff" effekt erzeugen kann, während die Reibung zwischen der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht und dem Wickelkern 12 vergrößert wird. Bei einer Ausführung ist die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 ein polymeres Material, wie beispielsweise Polyurethan, obgleich es sich versteht, dass die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht irgendeine Anzahl von polymeren, elastomeren oder gleichartigen Materialien sein könnte. Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht wird gleichmäßig und peripher um die innere Hülle 14 bis zu einer Dicke von etwa 2 mm aufgebracht, und der innere Durchmesser des Wickelkernes 12 beträgt 154,4 mm vor dem Aufbringen der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht, so dass der innere Durchmesser 150,4 mm wird, was eine Standarddurchmessergröße für einen Wickelkern in Europa ist. Außerdem, wenn das Spannfutter 18 eine tatsächliche Länge von 500 mm und eine aktive Länge von etwa 420 mm aufweist, beträgt die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 vorzugsweise mindestens 420 mm in der Länge entlang des Wickelkernes 12. Das gestattet, dass die gesamte Länge der expandierbaren Elemente 22 des Spannfutters 18 mit der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 in Eingriff kommt.
Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 kann verschiedene Materialien aufweisen, wie beispielsweise ein polymeres Material, wie es vorangehend erwähnt wird, aber es könnte ebenfalls irgendein Material aufweisen, das weicher ist als das Material des Wickelkernes 12. Es versteht sich, dass die Dicke der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 abgewandelt werden könnte, um unterschiedlich bemessene Spannfutter 18 oder innere Durchmesser des Wickelkernes 12 aufzunehmen. Typischerweise werden standardisierte innere Durchmesser des Wickelkernes 12 verwendet, um den Aufwand und die Unannehmlichkeit für das Wechseln von Werkzeugen und Logistikprobleme zu verhindern, aber es versteht sich, dass die Dicke der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 für jeden inneren Durchmesser des Wickelkernes angepasst werden könnte. Beispielsweise könnte die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 auf Wickelkerne 12 mindestens bis zu einem inneren Durchmesser von 16 in. aufgebracht werden. Gleichermaßen könnte die Länge der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 irgendeine Länge sein, um unterschiedlich bemessene Spannfutter 18 aufzunehmen, und sie kann sich sogar über die gesamte Länge des Wickelkernes 12 bei anderen Ausführungen erstrecken.
Daher liefert die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht vorteilhafterweise eine Oberfläche, die das Ergreifen des Wickelkernes 12 durch die Spannfutter 18, um dabei zu helfen, das Auskauen zu verhindern, ebenso wie das Erhöhen des Spannfutterfaktors auf mindestens 0,70 und vorzugsweise mindestens 0,85 zu gestatten. Eine Prüfung zeigte, dass die Wickelkerne 12, die keine verstärkende äußere Hülle 16 aufweisen, einen größeren Spannfutterfaktor aufweisen können als die Wickelkerne, die aus einer inneren Hülle 14 und einer verstärkenden äußeren Hülle 16 bestehen. Man glaubt, dass die Steifigkeit der verstärkenden äußeren Hülle 16 verhindert, dass sich die Spannfutter 18 in die innere Oberfläche des Wickelkernes 12 „eingraben" und damit richtig in Eingriff kommen. Daher, wenn die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 auf die innere Oberfläche des Wickelkernes 12 aufgebracht wird, sind die Spannfutter 18 besser in der Lage, sich in die innere Oberfläche des Kernes einzugraben und sie zu ergreifen.
Die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 kann mit einer Spritzpistole auf die innere Oberfläche des Wickelkernes 12 aufgebracht werden, während der Wickelkern gedreht wird. Die Spritzpistole wirkt, um die mit dem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 zu einer gewünschten Stelle innerhalb des Wickelkernes 12 zu lenken, wonach die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht aushärtet und an der inneren Oberfläche des Wickelkernes haftet. Die Spritzpistole kann eine Zweikomponentenmischung von Isocyanid und Polyol zusammen unter Druck auf die innere Oberfläche des Wickelkernes 12 lenken. Die Mischung härtet danach innerhalb von annähernd 20 Sekunden am, um die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 zu bilden.
Bei einer Ausführung wird der Wickelkern 12 von einem Paar Rollen, die unterhalb des Wickelkernes positioniert sind, sowohl gedreht als auch getragen, während die Spritzpistole innerhalb des Wickelkernes eingesetzt und die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 aufgebracht wird. Das erzeugt eine gleichmäßige Schicht der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20, während sich der Wickelkern 12 dreht, so dass der vollständige innere Umfang des Wickelkernes bedeckt wird. Die Spritzpistole kann reguliert werden, um die Dicke und die Länge der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 zu modifizieren, die auf die innere Oberfläche des Wickelkernes 12 aufgebracht wird, um unterschiedlich bemessene Spannfutter 18 aufzunehmen. Die Spritzpistole kann von Hand gehalten, an einer Halterung montiert oder an einer Vorrichtung oder einem Roboter montiert werden, so dass die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 manuell oder automatisch aufgebracht werden kann. Ein Beispiel für eine Spritzpistole entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die, die von der Gusmer Corporation hergestellt wird.
Es versteht sich, dass alternative Verfahren genutzt werden könnten, um die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 auf die innere Oberfläche des Wickelkernes 12 aufzubringen. Beispielsweise versteht es sich, dass verschiedene Zusammensetzungen bei der Spritzpistole der vorliegenden Erfindung zur Bildung der mit einem Spannfutter in Eingriff kommenden Schicht 20 zusammen mit verschiedenen Aushärtungszeiten zur Anwendung gebracht werden könnten. Außerdem könnte die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 mit einem Klebstoff in den Fällen aufgebracht werden, wo die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht nicht mit einer Spritzpistole aufgebracht wird. In dieser Hinsicht könnte die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 eine Folie aus polymerem Material sein, die an der inneren Oberfläche des Wickelkernes 12 adhäsiv angebracht oder befestigt wird. Ebenfalls könnte die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 auf Abschnitte der inneren Oberfläche des Wickelkernes 12 aufgebracht werden, im Gegensatz zur gesamten Umfangsfläche des Wickelkernes. Daher könnte die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 so aufgebracht werden, dass die expandierbaren Elemente 22 des Spannfutters 18 mit jenen Abschnitten in Eingriff kommen, wo die mit einem Spannfutter in Eingriff kommende Schicht 20 aufgebracht ist.
Viele Abwandlungen und andere Ausführungen der Erfindung, wie sie hierin dargelegt werden, werden einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen, das die Erfindung betrifft, wobei ein Vorteil aus den Lehren gezogen wird, die bei den vorhergehenden Beschreibungen und den dazugehörenden Zeichnungen vorgelegt werden. Daher soll es so verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungen beschränkt ist, und dass Abwandlungen und andere Ausführungen innerhalb des Bereiches der als Anhang beigefügten Patentansprüche einzuschließen sind. Obgleich hierin spezifische Begriffe zur Anwendung gebracht werden, werden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn verwendet und nicht zum Zweck einer Einschränkung.

Claims

Wickelkern, der umfasst: ein hohles zylindrisches Kernelement (12) mit einer inneren Oberfläche, einer äußeren Oberfläche und mit einem ersten und einem zweiten Ende sowie mit einer mit einem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20), die auf der inneren Oberfläche des Kernelements (12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) weicher ist als das Kernelement (12).
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem das Kernelement (12) eine innere Schicht (14) umfasst, welche die innere Oberfläche definiert, und eine äußere Schicht (16) umfasst, welche die äußere Oberfläche definiert.
Wickelkern gemäß Anspruch 2, bei welchem die innere Schicht (14) ein auf Papier beruhendes Material umfasst und die äußere Schicht (16) einen mit Glasfasern verstärkten Kunststoff umfasst.
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem die mit einem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) ein polymeres Material umfasst.
Wickelkern gemäß Anspruch 4, bei welchem das polymere Material der mit einem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) aus Polyurethan besteht.
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem die Länge des Kernelementes (12) etwa 4,32 Meter betragt.
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem das Kernelement (12) einen äußeren Durchmesser von etwa 180 Millimeter aufweist.
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem das Kernelement (12) einen inneren Durchmesser von etwa 154,4 Millimeter aufweist.
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem die mit einem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) eine Dicke von etwa 2 Millimeter aufweist.
Wickelkern gemäß Anspruch 1, bei welchem die mit einem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) sich über einen Teil der Länge des Kernelementes (12) erstreckt, und zwar in der Nähe eines jeden des ersten und des zweiten Endes, derart dass die mit einem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) sich nicht über die gesamte Länge des Kerns erstreckt.
Wickelkern gemäß Anspruch 1 in Kombination mit einem Spannfutter (18), das betätigt werden kann, um mit der mit dem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) auf der inneren Oberfläche an dem ersten Ende des Kernelementes (12) derart in Eingriff zu treten, dass das Spannfutter (18) an das Kernelement (12) gekoppelt ist.
Wickelkern gemäß Anspruch 11, bei welchem das Kernelement (12) eine innere Schicht (14) umfasst, welche die innere Oberfläche definiert, und eine äußere Schicht (16) umfasst, welche die äußere Oberfläche definiert.
Wickelkern gemäß Anspruch 12, bei welchem die innere Schicht (14) ein auf Papier beruhendes Material umfasst und die äußere Schicht (16) einen mit Glasfasern verstärkten Kunststoff umfasst.
Wickelkern gemäß Anspruch 11, bei welchem die mit dem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) ein polymeres Material umfasst.
Wickelkern gemäß Anspruch 14, bei welchem das polymere Material der mit dem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) aus Polyurethan besteht.
Wickelkern gemäß Anspruch 11, bei welchem das Spannfutter (18) eine doppelte Reihe von expandierenden Elementen (22) für den Eingriff in die mit dem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) umfasst.
Wickelkern gemäß Anspruch 11, welcher ferner ein zweites Spannfutter (18) umfasst, das betätigt werden kann, um mit der mit dem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) an dem zweiten Ende in Eingriff zu treten.
Wickelkern gemäß Anspruch 17, bei welchem ein jedes Spannfutter (18) eine Länge von ungefähr 500 Millimeter aufweist und eine aktive Länge von ungefähr 420 Millimeter besitzt.
Wickelkern gemäß Anspruch 18, bei welchem die mit dem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) sich mindestens bis auf 420 Millimeter in der Länge erstreckt, und zwar in die Nähe des ersten und des zweiten Endes, derart dass ein jedes Spannfutter (18) betätigt werden kann, um eine jede mit dem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) in Eingriff treten zu lassen.
Wickelkern gemäß Anspruch 11, welcher ferner einen an das Spannfutter (18) gekoppelten Motor umfasst, wobei der Motor das Spannfutter (18) über eine sich drehende Welle antreibt, welche sich in Längsrichtung durch das Kernelement (12) hindurch erstreckt.
Wickelkern gemäß Anspruch 20, bei welchem der Motor die Wickelkernanordnung mit einem Spannfutterfaktor von mindestens 0,85 dreht.
Verfahren zum Wickeln eines Bahnmaterials, welches umfasst: ein Bereitstellen eines hohlen, zylindrischen Kernelementes (12) mit einer inneren Oberfläche, mit einer äußeren Oberfläche und mit einem ersten und einem zweiten Ende; ein Befestigen einer mit einem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) auf der inneren Oberfläche des Kernelements (12); ein Eingreifen eines Spannfutters (18) mit der mit dem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) auf der inneren Oberfläche des Kernelements (12) an dem ersten Ende, derart dass das Spannfutter (18) mit dem Kernelement (12) gekoppelt ist; und ein Drehen des Spannfutters (18) um eine Langsachse, die sich derart durch das Kernelement (12) erstreckt, dass das Bahnmaterial um die äußere Oberfläche des Kernelements (12) gewickelt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) weicher ist als das Kernelement (12).
Wickelkern gemäß Anspruch 22, bei welchem das Spannfutter (18) das Kernelement (12) mit einem Spannfutterfaktor von mindestens 0,85 dreht.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei welchem der Befestigungsschritt ein Beschichten der inneren Oberfläche des Kernelements (12) mit Polyurethan umfasst, während sich dabei das Kernelement (12) dreht.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei welchem der Befestigungsschritt ein Befestigen der mit dem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht (20) in der Nähe eines jeden des ersten und des zweiten Endes derart umfasst, dass die mit dem Spannfutter im Eingriff stehende Schicht (20) sich nicht über die gesamte Länge des Kernelements (12) erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 25, welches ferner ein Eingreifen eines zweiten Spannfutters (18) mit der mit dem Spannfutter im Eingriff stehenden Schicht an dem zweiten Ende derart umfasst, dass das zweite Spannfutter (18) an das Kernelement (12) gekoppelt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 22, welches ferner ein derartiges Drehen des Spannfutters (18) umfasst, dass das Bahnmaterial von dem Kernelement (12) abgewickelt wird.