DE69600470T2 - Versteifungsstruktur für Hohlwellen zum Wickeln von Materialbahnen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Struktur zum Versteifen von Hohlwellen aus Leichtmetall oder dergleichen, entweder von der Art mit glatter äußerer Oberfläche oder von der Art mit hydraulischen Ausdehnungsmitteln, die sich aus der genannten äußeren Oberfläche erheben, verwendet um Rollen von Material in Form von Bahnen, Streifen oder dergleichen drehbar aufzunehmen, seien sie mit einem rohrförmigen Kern versehen oder aus dem um sich selbst gewickelten Material geformt.
• Bekannterweise sind Wellen zum drehbaren Aufnehmen schwerer, großdimensionierter Rollen allgemein in Form von zylindrischen, hohlen Strukturen ausgeführt, um deren Gewicht zu reduzieren und deren Festigkeit gegen die Biegung zu erhöhen, der sie während der Drehung zwangsläufig ausgesetzt sind.
• Um diese Ergebnisse zu erreichen, müssen solche Wellen aus Stahl oder einer Metallegierung mit hoher Steifigkeit hergestellt werden.
• Um zusätzlich zu ermöglichen, daß die Rollen auf ihren Aufnahmewellen fixiert werden, sind Fixier- und Freigabe-Mittel erforderlich, welche in bestimmten Fällen normalerweise aus einer in dem zylindrischen Hohlraum der Welle untergebrachten Kammer oder Hülle aus elastischem Material bestehen, und mit einer Quelle unter Druck stehender Flüssigkeit derart verbunden sind, daß, wenn sie sich ausdehnen, sie Stift- oder Zungen-Elemente durch Löcher in der Oberfläche der zylindrischen Struktur austreten lassen, die dann den rohrförmigen Kern der Rolle auf der Welle fixieren. In anderen Fällen ist die zylindrische Oberfläche der Hohlwelle mit in gleichem Winkelabständen angeordneten Längsnuten versehen, mit Rechteck- oder Schwalbenschwanzform, eine oder mehrere Luftkammern beinhaltend, die beim Ausdehnen bewirken, daß sich die Stifte in radialer Richtung verschieben und die Welle gegen den Kern der Rolle fixieren, wobei diese Stifte auf den Luftkammern angeordnet sind und durch verschiedenartige Systeme zurückgehalten werden.
• Im Falle von leichtgewichtigen, kleindimensionierten Rollen, wird die Rolle auf der Welle durch Eindrücken von Keilen koaxial zur Welle in die Enden des Kerns der Rolle fixiert, d. h. zwischen der Wellenoberfläche und der zylindrischen Kernoberfläche.
• In all den vorhergenannten Fällen müssen solche Wellen, insbesondere für schwere, großdimensionierte Rollen, aus Material hoher mechanischer Festigkeit und Steifigkeit hergestellt sein, um unerwünschtes Biegen der Welle bei hochtouriger Rotation zu vermeiden.
• Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden Wellen aus Stahl oder Metallegierungen eingesetzt, die eine Bohrung mit nur kleinem Durchmesser aufweisen, was zu erheblichen Kosten und beträchtlichem Gewicht führt.
• Eine ausdehnbare Hohlwelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus US-A-5 379 964 bekannt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Versteifungsstruktur für Hohlwellen zur Aufnahme von Rollen aus Blatt-, Streifen- oder ähnlichem Material bereitzustellen, die so gestaltet ist, daß eine Hohlwelle aus Aluminium-Legierung, Hartkunststoff oder dergleichen eine erhöhte Biegefestigkeit aufweisen kann, die in ungefähr gleicher Größenordnung wie die von Stahlwellen liegt, mit erheblichen Vorteilen im Hinblick auf Reduzierung des gesamten Endgewichts, auf Reduzierung der Produktionskosten und auf Vielseitigkeit der Nutzung.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Versteifungsstruktur von obengenannter Art bereitzustellen, welche einfach und schnell herzustellen ist und für Wellen aus Leichtmetallegierungen, Kunststoff oder dergleichen mit je nach Anforderung unterschiedlicher Länge und Durchmesser verwendet werden kann, so daß die Wellen zur Aufnahme auch schwerer, im Durchmesser großer Rollen verwendet werden können.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine für Leichtmetallegierung- oder Kunststoff-Hohlwellen verwendbare Versteifungsstruktur bereitzustellen, entweder vom Typ mit glatter Außenoberfläche oder vom Typ mit in gleichen Winkelabständen angeordneten äußeren Längsschlitzen, mit Schwalbenschwanz- oder gleichartiger Form, um so ausdehnbare Wellen zu erhalten, entweder vom Typ mit einer Dehnkammer innerhalb ihres zylindrischen Hohlraums oder vom Typ mit mehreren Kammern innerhalb der genannten Schlitze, in Übereinstimmung mit der bekannten Technik.
• Diese und weitere Aufgaben, welche sich aus der folgenden Beschreibung ergeben, werden mit einer Versteifungsstruktur für Hohlwellen zum drehbaren Aufnehmen von Rollen aus bahnförmigem Papier-, Kunststoff, Stoff- oder Metallstreifen oder dergleichen erreicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer Mehrzahl länglicher, zylindrischer Stahlstäbe besteht, welche mit einem Gewinde versehen und durch Einschrauben in mit entsprechenden Gewinden versehene Längslöcher eingebracht sind, die in gleichen oder annähernd gleichen Winkelabständen innerhalb der ringförmigen Wandung der Hohlwelle aus Leichtmetallegierung, insbesondere Aluminium-Legierung, Hartkunststoff oder ähnlichem Material angeordnet sind, wobei die genannten Gewindebohrungen parallel zueinander und soweit wie möglich entfernt von der neutralen Längsachse der Hohlwelle angeordnet sind, so daß die genannten zylindrischen Stäbe, im in die genannten Löcher eingeschraubten Zustand der Biegetendenz der Welle während der Drehung unter Last entgegenwirken können.
• Die genannten zylindrischen Versteifungsstäbe haben eine im wesentlichen gleiche Länge wie die Länge der Hohlwelle.
• Die Anzahl der genannten vorgesehenen zylindrischen Versteifungsstäbe ist so gewählt, daß jedem Winkelsektor zwischen zwei zylindrischen Stäben jeweils mindestens ein oder zwei Stäbe des diametral gegenüberliegenden Sektors entsprechen, so daß während der Drehung der Welle unter Last jene Stäbe in der oberen Stellung durch Zusammendrücken auf die Zugspannung reagieren können, der die diametral gegenüberliegenden unteren Stäbe unterworfen sind.
• Zusätzlich ist die genannte Versteifungsstruktur sowohl geeignet für Wellen mit glatter Oberfläche, als auch für solche mit Ausdehnungsmitteln zum Fixieren von Rollen.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung verdeutlicht, wobei auf die beigefügte Zeichnung verwiesen wird, die als nicht beschränkendes Beispiel vorgesehen ist und in der:
• Fig. 1 eine Schrägansicht einer ersten Ausführungsform einer Versteifungsstruktur für einen Hohlwellen- Abschnitt aus Metallegierung oder dergleichen, und
• Fig. 2 eine Schrägansicht eines weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Struktur zeigt.
• Unter Hinweis auf die genannten Figuren, und insbesondere auf Fig. 1, ist die Versteifungsstruktur der vorliegenden Erfindung auf eine insgesamt mit 1 bezeichnete Hohlwelle angewendet, die aus hartem Kunststoff, z. B. Polyvenylchlorid (PVC) oder Aluminiumlegierung hergestellt ist. In der äußeren Zylinderwand 2 sind fünf Längsschlitze 3 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet, welche sich praktisch über die gesamte Länge erstrecken und gleiche Winkelabstände aufweisen. Die Schlitze 3 enthalten eine oder mehrere Luftkammern, und oberhalb dieser, Stift- oder Zungenelemente, welche bei jedem Aufblasen der genannten Luftkammern in radialer Richtung aus den Schlitzen 3 austreten; diese "Ausdehnungs"-Einrichtung ist Teil der bekannten Technik und wird daher nicht weiter beschrieben. Eine Ausdehnungs-Einrichtung, welche besonders effektiv im Hinblick auf Einfachheit der Konstruktion, Austausch von Bauteilen und Herstellungskosten ist, stellt den Gegenstand des italienischen Patents 11 00 972 des Anmelders dar.
• Im Gegensatz dazu, zeigt Fig. 2 eine Hohlwelle aus Leichtmetallegierung, z. B. Aluminiumlegierung, oder aus Kunststoff, mit einer glatten äußeren zylindrischen Oberfläche und eingerichtet, um in Fig. 2 insgesamt mit 3a bezeichnete Ausdehnungselemente aufzunehmen, die durch eine Luftkammer innerhalb des zylindrischen Hohlraums der Welle betätigt werden und aus Langlöchern austreten.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt die Versteifungsstruktur für beide der zwei Wellen 1 aus Leichtmetalllegierung oder dergleichen grundsätzlich eine Anzahl von zylindrischen Stahlstäben 4, die über ihre gesamte Länge mit einem Gewinde versehen sind, wobei fünf Stangen beispielhaft in den Figuren dargestellt sind.
• Jeder Stab 4 ist in ein Gewindeloch eingeschraubt, welches in Längsrichtung innerhalb der Dicke der ringförmigen Wandung 6 der Welle 1 angeordnet ist und im wesentlichen über die gesamte Länge der Welle verläuft.
• Die Löcher 5 sind in gleichem Winkelabstand parallel zu der Schwerpunktslängsachse der Welle 1 angeordnet. Die genannten Löcher 5 sind in maximal möglichem Abstand von der neutralen Achse der hohlen Anordnung 1 angeordnet, um der Welle maximale Steifigkeit und insbesondere maximale Festigkeit gegen Biegebelastung während der Drehung zu verleihen, wenn sie mit einer Rolle beladen ist.
• Um zusätzlich die Auslenkung der Hohiwelle während der Drehung zu verringern, ist vorzugsweise eine im Einklang mit den Abmessungen der Hohlwelle möglichst ungerade Anzahl von Versteifungsstäben zu verwenden, oder in jedem Falle eine solche Anzahl, daß jedem Stab, der eine obere Position während der Rotation erreicht und daher aufgrund der durch die Last bedingten Biegung mit Druck belastet wird, immer jeweils mindestens ein diametral gegenüberliegender Stab entspricht, der auf Zug belastet wird. In dieser Art tragen die unteren und oberen Stäbe gegenseitig dazu bei, ein Durchbiegen der Welle zu verringern.
• In der Praxis hat sich gezeigt, daß die oben beschriebene Versteifungsstruktur fähig ist, Hohlwellen aus wenig steifem Material wie Aluminiumlegierungen, Hartkunststoff und dergleichen die erforderliche Steifigkeit zu geben, mit dem Vorteil, eine erhebliche Gewichtsreduzierung der Welle gegenüber Stahlwellen gleicher Größe zu erzielen, welche 50 % erreicht und sogar übersteigt.
• Es ist selbstverständlich, daß an den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung Veränderungen durchgeführt werden können, sowohl im Hinblick auf das dargestellte Material der Welle, als auch auf die Anzahl der Versteifungsstäbe, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (4)

1. Versteifungsstruktur für Hohlwellen aus Leichtmetallegierungen, Kunststoff oder dergleichen, verwendbar zum drehbaren Aufnehmen von Rollen aus dünnlagigem Papier, Stoff, Metallstreifen oder dergleichen, mit einer Hohlwelle (1) aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, Hartkunststoff oder ähnlichem Material, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl darin enthaltener geradliniger zylindrischer Stahlstäbe (4), welche mit einem Gewinde versehen sind und durch Einschrauben in mit entsprechenden Gewinden versehene längsgerichtete Löcher (5) eingebracht werden, die in möglichst gleichen Winkelabständen innerhalb der ringförmigen Wandung der genannten Hohlwelle (1) angeordnet sind, wobei die genannten Gewindelöcher (5) parallel zueinander und soweit wie möglich entfernt von der neutralen Längsachse der Hohlwelle angeordnet sind, um den genannten zylindrischen Stäben (4) zu ermöglichen, wenn sie in die Löcher (5) eingeschraubt sind, der Biegetendenz der Hohlwelle während ihrer Drehung unter Last entgegenzuwirken.

2. Versteifungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten zylindrischen Versteifungsstäbe (4) und die zugehörigen Gewindelöcher (5) vorzugsweise die gleiche Länge wie die Hohlwelle (1) aufweisen.

3. Versteifungsstruktur nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der genannten vorgesehenen zylindrischen Stäbe (4) so gewählt ist, daß jedem Sektor, der durch zwei benachbarte Stäbe bestimmt wird, jeweils mindestens ein Stab im gegenüberliegenden Sektor entspricht.

4. Versteifungsstruktur nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Stäbe (4) und die zugehörigen Löcher (5) vorzugsweise auf der gesamten Länge der Hohlwelle mit einem Gewinde versehen sind.