Die Erfindung betrifft einen Spannkopf für Wickelhülsen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 wiedergegebenen Art.

Ein solcher Spanπkopf ist aus der DE 1 574 438 B bekannt. Er wird zum Aufwickeln von bahnförmigem Gut, wie Papierbahnen, Folienbahnen u. dgl. auf Wickelhülsen und ebenso zum Abwickeln von solchen Wickelhülsen verwendet, wobei an jedem Hülsenstirnen- de ein Spannkopf in einer zentrischen, im wesentlichen kreisrun¬ den Ausnehmung verspannt wird, um das zum Aufwickeln oder gebrem¬ sten Abwickeln erforderliche Drehmoment auf die Wickelhülse bzw. von der Wickelhülse zu übertragen. Bei diesem bekannten Spannkopf ist ein sechskantiger Spannkopfschaft vorgesehen, der von seg¬ mentartig ausgebildeten Spannstücken umgeben ist. Die Spannstücke liegen mit ihren radial inneren Flächen (Berührungsflächen) an den sechs Außenflächen des SpannkopfSchaftes flächig an, solange sie sich in ihrer (nicht verspreizten) Ruheposition befinden. Die radialen Außenflächen der Spannstücke, die später in der Ausneh¬ mung der Wickelhülse zur Anlage gebracht werden sollen, bilden in der Ruheposition einen Umfang, der im Normalfall geringer ist als das lichte Maß der Ausnehmung am Stirnende der Wickelhülse. Die Spannstücke und der Spannkopfschaft sind zueinander verdrehbar. Dadurch können die Sannstücke auf ihrer gesamten in der Axial¬ richtung des Spannkopfes gesehenen Länge gleichmäßig nach radial außen gedrückt werden, so daß sich ihre Außenflächen in der Aus¬ nehmung der Wickelhülse kraftschlüssig verspreizen. Bei fort¬ schreitendem Aufwickeln der Bahn nimmt der Rollendurchmesser und damit das zu übertragende Drehmoment zu. Dies

führt automatisch zu einem verstärkten Verspreizen der Spann¬ stücke. Nun ist es aber nicht ohne weiteres möglich, nach Ab¬ schluß eines Aufwickel- bzw. Abwickelvorganges das gleiche Dreh¬ moment zwischen der Hülse bzw. der Rolle und dem Spannkopf in entgegengesetzter Richtung aufzubringen, welches bei dem Wickel¬ vorgang als maximales Drehmoment (in der anderen Richtung) aufge¬ treten ist. Ein Lösen oder Zurückstellen der Spreizvorrichtung ist also nicht möglich. Deshalb müssen die Spannköpfe in ihrer ausgespreizten Arbeitsposition unter hoher Krafteinwirkung von der Wickelhülse abgezogen werden.

Das Abziehen der Wickelhülsen vom Spannkopf ist bei einer anderen Spannkopf-Bauart, wie sie u. a. in der DE 28 15 310 C be¬ schrieben wird, einfacher, als bei den Spannköpfen der eingangs erwähnten Gattung, weil bei dieser anderen bekannten Spannkopf- Bauart anstelle einer Verdrehung eine Axialverschiebung zwischen dem Spannkopfschaft und den Spannstücken vorgenommen wird, um die Expansion bzw. Kontraktion der Spannstücke zu erreichen. Zu die¬ sem Zweck sind die Gleitflächen zwischen Spannkopfschaft und Spannkopfstücken keilförmig. Ein mit den Spannstücken verbundener Axialanschlag, der be noch nicht ausgespreizten Spannstücken an der Hülsenstirnfläche zur Anlage kommt, ermöglicht die Übertra¬ gung einer in der Achsrichtung wirkenden Kraft, durch welche die Spannstücke entlang des SpannkopfSchaftes gleiten und sich dabei in der Ausnehmung am Wickelhülsenende einspreizen. Dabei hängt der über die gesamte Einspannlänge konstante Expansioπsweg von der Größe der in Achsrichtung aufgebrachten Einschiebekraft ab. Beim Abziehen des Spannkopfes von der Wickelhülse zieht sich zu¬ nächst der Spannkopfschaft relativ zu den Spannstücken zurück, wodurch die Spannstücke sich nach radial innen bewegen und die radiale Preßkraft nachläßt. Bei dieser Spannkopfbauart ist das Abziehen des Spannkopfes von der Wickelhülse also einfacher, als bei den Spannköpfen der eingangs erwähnten Gattung. Mit diesem Vorteil geht aber u. a. der Nachteil einher, daß die Spannkraft ausschließlich von der auf die Spannköpfe ausgeübten Axialkraft

abhängt. Ist diese zu groß, wird die Wickelhülse deformiert, ist sie zu klein, so entsteht bei zunehmendem Drehmoment die Gefahr des Schlupfens zwischen Wickelhülse und Spannkopf. Beides ist un¬ erwünscht .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannkopf der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei dem bei Erhalt der drehmomentabhängigen Verspreizung das Abziehen von der Wickelhülse erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 wiederge¬ gebenen Merkmale gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Spannkopf hat u. a. den Vorteil, daß der radiale Expansionsweg drehmomentabhängig ist, so daß sowohl Beschädigungen der Wickelhülsen, als auch ein Schlupfen der Wickelhülsen vermieden wird, und daß gleichwohl das Abziehen des Spannkopfes von der Wickelhülse erleichtert wird. Die Vorteile der beiden eingangs erwähnten Spannkopf-Bauarten werden also mit¬ einander vereinigt, ohne daß die beiderseitigen Nachteile auftre¬ ten. Bei dem Spannkopf nach Patentanspruch 1 wird darüber hinaus der Vorteil erzielt, daß die Relativlage zwischen der Wickelhülse und dem Spannkopfschaft in der Axialrichtung stets exakt defi¬ niert ist, weil sich der Expansionsweg stets aus einem verschie¬ bungsbedingten und einem verdrehungsbedingten Anteil zusammen¬ setzt, wobei der verschiebungsbedingte Anteil stets automatisch den Vorrang hat, weil der Spannkopf notwendigerweise zunächst in seiner Axialrichtung eingeschoben werden muß, bevor das Verdrehen beginnen kann. Demgegenüber ist die Relativposition zwischen den Spannstücken (und damit auch der Wickelhülse) und dem Spannkopf¬ schaft bei den Spannköpfen der zweitgenannten Bauart zwingender¬ maßen variabel und Undefiniert. Dies ist aber in der Regel uner¬ wünscht .

Um zu erreichen, daß auch bei den erfindungsgemäßeπ Spaπn- köpfen der Expansionsweg der Spannstücke über ihre gesamte Wirk-

länge konstant ist, wird ein Spannkopf mit den Merkmalen des An¬ spruchs 3 vorgeschlagen.

Sofern es im konkreten Anwendungsfall nicht so sehr darauf ankommt, daß die in der Axialrichtung gesehene Relativposition zwischen dem Spannkopfschaft und den Spannstücken stets dieselbe ist, es aber sehr wohl darauf ankommt, daß der Expansionsweg, über die gesamte Wirklänge der Spannstücke konstant ist, wird, als Alternative zu dem Spannkopf nach Patentanspruch 1 der Spanπ- kopf nach Patentanspruch 3 vorgeschlagen.

Auf besonders einfache Weise wird die Konstanz des Expan¬ sionsweges über die Wirklänge der Spannstücke durch die in An¬ spruch 4 wiedergegebenen Merkmale erreicht.

Ein vergleichsweise geringer Reibwiderstand zwischen dem Spannkopfschaft und den Spannstücken während der Expansion bzw. der Kontraktion wird durch die Merkmale des Anspruchs 5 erzielt. Ferner werden hierdurch besonders exakt definierbare Relativlagen zwischen dem Spannkopfschaft und den Spannstücken erreicht. Neben der Abrollbewegung zwischen den Spanπstücken und dem Spannkopf¬ schaft kann aber auch noch eine gewisse Gleitbewegung stattfin¬ den. Die Abrollbewegung wird auf besonders einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 6 realisierbar.

Um nach dem Abziehen eines Spannkopfes von einer Wickelhül¬ se ein automatisches Rückstellen der Verdrehbewegung zwischen dem Spaπnkopfschaft und den Spannstücken zu erreichen, wird ein Spaπnkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen. Prak¬ tische Ausführuπgsformen für diese Lösung, die auch unabhängig von den Kennzeichnungsmerkmalen der Ansprüche 1 und 3 bei den gattungsgemäßen Spannköpfen vorteilhaft einsetzbar ist, ergeben sich aus den Ansprüchen 8 und 9.

Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unter¬ liegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und tech¬ nischen Konzeption keinen besonderen Ausπahmebedingungen, so daß in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien un¬ eingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstan¬ des der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - eine bevorzug¬ te Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannkopfes darge¬ stellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. la einen erfindungsgemäßen Spannkopf in Ruheposition, d. bis lc h. mit völlig nach innen eingezogenen Spaπnstücken, wobei Fig. la einen Längsschnitt durch den Spannkopf (Schnitt entlang der Linie Ia-Ia gemäß Fig. 1b), Fig. lb einen Querschnitt durch den Spannkopf gemäß Fig. la (Schnitt entlang der Linie Ib-Ib) sowie Fig. lc eine Stirnseitenansicht des Spannkopfes gemäß Fig. la (Ansicht A, d. h. ohne Deckel) zeigt;

Fig. 2a denselben Spaπnkopf nach Abschluß des durch Axialver¬ schiebung bedingten Spannweges (Schnitt entlang der Linie Ila-IIa gemäß Fig. 2b);

Fig. 2b die den Fig. lb und lc entsprechenden Darstellungen und 2c für die in Fig. 2a gezeigte Arbeitsposition des Spaπnkopfes;

Fig. 3a denselben Spannkopf in entsprechender Darstellungs¬ bis 3c weise wie in Fig. la bis lc, jedoch in einer dritten Arbeitsstellung (Wickelposition, d. h. mit fest im Wickelhülseninneren verspreizten Spannstücken) ;

Fig. 4a denselben Spannkopf in einer vierten Arbeitsposition, bis 4c d. h. bei relativ zu den Spannstücken noch verdrehtem, aber bereits in Axialrichtung zurückgezogenem Spann¬ kopfschaft;

Fig. 5 von demselben Spannkopf eine schematisierte Stirnsei¬ tenansicht (entsprechend Ansicht A) zur Darstellung der Relativlagen zwischen Spannkopfschaft und Spann¬ stück mit und ohne gegenseitiger Verdrehung;

Fig eine alternative Ausführungsform des SpannkopfSchaftes in der gleichen Darstellung wie in Fig. 5.

Ein in den Figuren allgemein mit 100 gekennzeichneter Spannkopf für Wickelhülsen 10 besteht aus einem Spannkopfschaft 20, einem als Spannkopfgehäuse 30 dienenden hülsenförmigen Teil sowie Spannstücken 40.

Die in den Figuren dargestellten Wickelhülsen 10 bestehen, wie aus Fig. la/b ersichtlich, aus kreiszylindrischen Rohren mit Stirnenden 11 und einer stirnseitig zugänglichen konzentrischen Ausnehmung 12, in die der Spannkopf 100 in axialer Richtung ein¬ schiebbar ist. Rohrförmige Wickelhülsen sind zwar am gebräuch¬ lichsten, doch ist es grundsätzlich auch möglich, als Wickelhül¬ sen innen geschlossene kreiszylindrische Körper mit entsprechen¬ den Ausnehmungen in den Stirnenden zu verwenden.

Der Spannkopfschaft 20 ist als sechsflächiger Pyramiden- stumpf geformt, dessen Basis 21 an einer Platte 22 befestigt ist. Die Platte 22 oder der Spannkopfschaft 20 selber sind in an sich bekannter Weise an Tragarmen drehbar gelagert und ggf. im Dreh¬ sinne um die Achsrichtung B antreibbar. Der Spannkopfschaft ist als Kragwelle ausgebildet, d. h. einseitig gelagert. Bezüglich seiner Basis 21 und seinem freien Ende 23 ist das Spannkopfgehäu- se 30 drehbar gelagert. An seinem freien Ende ist außerdem eine

später noch zu beschreibende Rückstellvorrichtung 50 befestigt.

Die sechs Spannflächen 24 des SpannkopfSchaftes 20 sind zur Achsrichtung B leicht geneigt und in der der Achsrichtung ent¬ sprechenden Erstreckungsrichtung geradlinig geformt; hingegen sind die Spannflächen 24 in Richtung C des Spannkopfumfanges (siehe Fig. lc sowie Fig. 5) konkav gewölbt, wobei diese konkave Wölbung am Schmalende (freies Ende 23) des Pyramidenstumpfes am ausgeprägtesten ist und zur Basis 21 stetig bis auf Null abnimmt. Dies ergibt sich besonders deutlich aus Fig. 5.

Die sechs auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Spannstücke 40 bestehen aus Druckstücken 41 und Gleitstücken 42, welche in an sich bekannter Weise miteinander verbunden sind. Durch eine Durchbrechung 43 jedes Spannstücks 40 in Umfangsrichtung sind Fe¬ dern 44 geführt, die (wie aus Fig. lb ersichtlich) als offene Ringe ausgestaltet sind und als im Koπtraktionssinne wirkende Rückstellfedern dienen. Die Gleitstücke 42 sind, wie aus Fig. la ersichtlich, in Achsrichtung geradlinig geformt und, wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, in der Quererstreckung (Umfangsrichtung C) konvex gewölbt, so daß ihre Berührungsfläche 45, mit der sie an der zugeordneten Spannfläche 24 des SpannkopfSchaftes 20 anlie¬ gen, kreiszylindrisch geformt sind. Die jeweilige Berührung zwischen Spannstück und Spannkopfschaft findet also entlang einer Berührungslinie 46 statt (siehe Fig. 5 und 6) - und zwar unabhän¬ gig von der Größe des Verdrehwinkels zwischen Spannkopfschaft und Spannstück.

Das Spannkopfgehäuse 30 weist am Basisende des Spannkopf¬ schaftes eine zylindrische Gleitfläche 31 und am freien Spann¬ kopfende eine zylindrische Gleitfläche 32 auf. Am Basisende ist ein flanschartig auskragender Anschlag 33 mit dem Spannkopfgehäu- se einstückig verbunden oder an ihm befestigt. Er bildet einen ersten Endanschlag 34 für das Stirneπde 11 der Wickelhülse 10

sowie einen zweiten Endanschlag 35 für die Axialbewegung relativ zum Spannkopfschaft 20, welcher mit der Platte 22 zusammenwirkt (siehe Fig. 2a). Das Spannkopfgehäuse 30 ist mit länglichen Durchbrechungen 36 versehen, innerhalb deren die Spannstücke 40 aufgenommen und radial verschiebbar angeordnet sind. Endanschläge 37 begrenzen den maximal möglichen Expansionsweg der Spannstücke 40.

Die Rückstellvorrichtung 50 befindet sich in einem sich ko¬ nisch verjüngenden Deckel 51, der mit dem Spannkopfgehäuse 30, z. B. durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben, drehfest verbunden ist. Innerhalb des Deckels 50 ist eine ringförmige oder ringsegmentför ige Nut 52 vorgesehen, in der sich zwei Spiralfe¬ dern 53, ein deckelfester, d. h. also auch gehäusefester Anschlag 54 sowie ein kreisringsegmeπtför iger Mitnehmer 55 befinden. Der Mitnehmer 55 ist über einen mit ihm verbundenen Arm 56 drehfest am freien Stirnende des SpannkopfSchaftes 20 befestigt. Der Mit¬ nehmer 55 und der Arm 56 sind so geformt, daß sie gemeinsam in¬ nerhalb des Deckels 51 sowie bezüglich des Spannkopfgehäuses 30 gegen die Rückstellwirkung der Federn 53 verdrehbar sind. Die Fe¬ dern 53 halten das Spannkopfgehäuse 30 und den Spannkopfschaft 20 in einer neutralen Verdrehlage zueinander, solange der Spannkopf sich außerhalb der Wickelhülse befindet oder die Verdrehung zwischen Spannkopfschaft und Spannkopfgehäuse noch nicht stattge¬ funden hat, was in den Arbeitspositionen gemäß Fig. 1 und 2 der Fall ist. Nach erfolgter Verdrehung ist die eine der Federn 53 gespannt und die andere Feder 53 entspannt oder entgegengesetzt gespannt. Dies ist aus den Fig. 3c und 4c ersichtlich. Die jetzt in der komprimierten bzw. expandierten Feder gespeicherte Energie wird erst wieder freigesetzt, wenn die Wickelhülse vom Spannkopf abgezogen ist.

Aus einem Vergleich zwischen Fig. la und 2a wird ersicht¬ lich, daß der in Axialrichtung B maximal mögliche Verschiebeweg zwischen dem Spannkopfschaft 20 und dem Spaπnkopfgehäuse 30 rela¬ tiv klein ist und vermittels des Mitnehmerarmes 56 durch die In¬ nenfläche 57 des Deckels 51 einerseits und die Stirnfläche 38 des

Spannkopfgehäuses 30 andererseits begrenzt ist. In Verbindung mit der nur geringen Konizität der Spannflächen 24 des Spannkopf¬ schaftes 20 zueinander, führt dies dazu, daß der verschiebungsbe¬ dingte Expansionsweg der Spannstücke 40 relativ klein ist. Dies ergibt sich ohne weiteres aus einem Vergleich zwischen den Fig. la und 2a. In der Regel ist es nicht einmal erforderlich (wenn¬ gleich möglich) , daß die radial außen liegenden Druckflächen 47 der Spannstücke 40 die inneren Wandflächen der Wickelhülse 10 be¬ rühren, wenn der verschiebungsbedingte Expansioπsweg der Spann¬ stücke vollständig durchlaufen ist (siehe Fig. 2a). In dieser Ar¬ beitsstellung muß lediglich für einen ersten, aber noch relativ geringfügigen Reibschluß zwischen der Wickelhülse 10 und dem Spannkopf 100 bestehen, so daß beim Verdrehen des Spanπkopfes ge¬ gen eine an der Wickelhülsenperipherie angreifende Zugkraft eine Verdrehung zwischen dem Spaπnkopfgehäuse und den Spannstücken ei¬ nerseits und dem Spannkopfschaft andererseits möglich wird. Bei einer derartigen Verdrehbewegung findet eine kombinierte Gleit- und Rollbewegung zwischen dem Spannkopfschaft und den Spann¬ stücken statt. Dies ist besonders deutlich aus Fig. 5 und 6 er¬ sichtlich. Hierdurch werden die Spannstücke nach radial außen verspreizt und verspreizen sich fest in der Ausnehmung 12 der Wickelhülse 10 (siehe Fig. 3a bis 3c).

Soll die Wickelhülse vom Spannkopf wieder abgezogen werden, wird in bekannter Weise eine axial nach außen gerichtete Kraft auf den Spannkopf ausgeübt. Dadurch zieht sich der Spannkopf¬ schaft 20 um ein kleines Verschiebestück aus dem Spannkopfgehäuse 30 zurück. Der verschiebungsbedingte Expansionsweg der Spann¬ stücke wird dadurch rückgängig gemacht, was durch die Rückstellfedern 44 unterstützt wird. Dieser relativ kleine, in der Darstellung gemäß Fig. 4a bis 4c bereits abgeschlossene Kon¬ traktionsweg der Spannstücke reicht aus, daß der Spannkopf mit vergleichsweise geringer Kraft aus der Wickelhülse 10 herausgezo¬ gen werden kann.

Aus Fig. 5 und 6 ist ersichtlich, daß der Expansionsweg der Spannstücke 40 bzw. der Gleitstücke 42 an dem in Achsrichtung ge¬ sehenen vorderen und hinteren Ende der Spanπstücke identisch ist, weil die Spanπflächen 24 entlang des SpannkopfSchaftes eine sich stetig ändernde Wölbung aufweisen. Durch den allmählichen Über¬ gang zwischen der maximalen Wölbung und der minimalen Wölbung entlang des SpannkopfSchaftes, liegen die Gleitstücke entlang ih¬ rer gesamten Länge an den Spannflächen 24 an. Die Druckflächen 47 der Spannstücke 40 bleiben also in allen Expansions- bzw. Kon¬ traktionsstellungen achsparallel. Die erforderliche Wölbungsgeo¬ metrie läßt sich auf mathematischem Wege relativ einfach ermit¬ teln. Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn sich die Wölbung, insbesondere der Krümmungsradius, der Berührungsfläche 45 der Gleitstücke 42 sich entlang der Länge des Spannstückes 40 kontinuierlich ändert oder wenn unterschiedliche Wölbungen sowohl am Spannkopfschaft als auch an den Spannstücken vorgesehen sind. Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Geometrie hat allerdings den Vorteil besonders einfacher Beherrschbarkeit.

Bezugszeichenliste:

10 Wickelhülse

11 Stirnenden

12 Ausnehmung

20 Spannkopfschaft

21 Basis

22 Platte

23 freies Ende

24 Spannflächen

30 Spanπkopfgehäuse

31 Gleitfläche

32 Gleitfläche

33 Anschlag

34 erster Endanschlag

35 zweiter Endanschlag

36 Durchbrechungen

37 Endanschläge

38 Stirnfläche

40 Spannstücke

41 Druckstück

42 Gleitstück

43 Durchbrechung

44 Feder

45 Berührungsfläche

46 Berührungslinie

47 Druckflächen (Außenflächen)

50 Rückstellvorrichtung

51 Deckel

52 Nut

53 Spiralfedern

54 Anschlag

55 Mitnehmer

56 Arm