АЛЮМИНИЕВАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ БОБИНА

Полезная модель относится к устройствам для намотки, хранения и транспортировки различных длинномерных материалов, полотен, лент и может быть использована для намотки, хранения и транспортировки алюминиевой ленты. Бобина (шпуля) предназначена для намотки лент, фольги, листов, пленок или других длинномерных материалов. Также она применяется для их хранения и транспортировки. Устойчива к влаге и маслу.
Известная спиралевидная шпуля, выполненная из профилированной металлической полосы с продольными ребрами, спиралевидно навитой, смежные витки которой минимально частично соединяются внахлестку (см. заявку DE 10105973 А1, МПК опубл. 05.09.2002).
Недостатком ее является повышенная металлоемкость, определяемая S-образной формой внутренней стороны спиралевидной трубы.
Этот недостаток частично устранен в бобине алюминиевая двухслойной по патенту РФ на полезную модель №54364, МПК В65Н 75/14, опубл. 27.06.2006, прототип.
0
1
1
Эта алюминиевая двухслойная бобина содержит профилированную ленту, свернутую в спираль с наложением краев ленты друг на друга и образующую внешнюю поверхность диаметром D и внутреннюю цилиндрическую поверхность диаметром D, образованную продольными гофрами Ω-образной формы, обращенными полукруглой частью формы с радиусом R вовнутрь бобины, а плоскими частями формы с цилиндрическими участками шириной В, выполненными с осевыми зазорами между ними С - на внешнюю сторону бобины
Недостаток низкая жесткость при высокой металлоемкости.
Задача создания полезной модели: повышение жесткости бобины при ее минимальной металлоемкости.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение жесткости бобины при ее минимальной металлоемкости.
Решение указанной задачи достигнуто в алюминиевой двухслойной бобине, содержащей профилированную ленту, свернутую в спираль с наложением краев ленты друг на друга и образующую внешнюю цилиндрическую и внутреннюю ребристую поверхности, образованную продольными гофрами Ω-образной формы, обращенными полукруглой частью формы вовнутрь бобины, а плоскими частями формы с цилиндрическими участками, выполненными с осевыми зазорами между ними - на внешнюю сторону бобины, тем, что выполнены следующие соотношения размеров бобины:
С=(0,2-0,4) В,
1
R=(0,4-0,6) В,
где В - ширина цилиндрического участка,
С - ширина осевого зазора,
1
R- радиус скругления гофра.
Профилированная лента может быть навита в два слоя со сдвигом каждого следующего слоя наполовину относительно ширины профилированной ленты, при этом продольные гофры Ω-образной формы, расположенные на внешней цилиндрической поверхности бобины, выполнены с размерами внутренней части, соответствующими размерам внешней части продольных гофр Ω-образной формы, расположенных на внутренней ребристой поверхности бобины.
Профилированная лента может быть выполнена с гофрами и навита в два слоя со сдвигом каждого следующего слоя наполовину относительно ширины профилированной ленты с последующим формированием внешней цилиндрической и внутренней ребристой внутренней поверхностей, при этом гофры Ω-образной формы, расположенные на внешней цилиндрической поверхности бобины, выполнены с размерами внутренней части, соответствующими размерам внешней части гофр Ω-образной формы, расположенных на внутренней ребристой поверхности бобины.
Слои профилированной ленты могут быть выполнены одинаковой толщины.
Существенные признаки п. 1 формулы полезной модели необходимы и достаточны для получения заявленного технического результата. Вполне очевидно, что жесткость бобины может быть значительно увеличена при увеличении ее металлоемкости. Учитывая, что бобина изготовлена из относительно дорогостоящего материала - алюминия, это недопустимо. Жесткость конструкции при незначительном увеличении металлоемкости достигнута за счет изготовления бобины по патенту-прототипу с гофрами и внутренними ребрами, образованными этими гофрами. Однако при больших зазорах между гофрами и неправильном выборе радиуса скругления тороидальной части гофра жесткость бобины будет недостаточна. Указанные соотношения размеров обеспечивают высокую жесткость бобины при минимальной металлоемкости.
Пункты 2-4 формулы полезной модели могут дополнительно способствовать улучшению жесткости, но они не обязательны.
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1-7), где
на фиг. 1 показана внешняя сторона алюминиевой двухслойной бобины;
на фиг. 2 показано сечение А-А,
на фиг. 3 показан фрагмент цилиндрического участка,
на фиг. 4 приведена схема образования внутренней ребристой поверхности,
на фиг. 5 приведены два слоя, образующие профилированную ленту,
на фиг. 6 приведен внешний вид алюминиевой двухслойной бобины со стороны внешней цилиндрической поверхности,
на фиг. 7 приведен вид на бобину со стороны внутренней ребристой поверхности.
1
Алюминиевая двухслойная бобина (фиг. 1 и 2) содержит профилированную ленту 1, свернутую в спираль с наложением краев ленты 1 друг на друга и образующую внешнюю цилиндрическую 2 и внутреннюю ребристую 3 поверхности бобины с внутренними ребрами 4. Внутренние ребра 4 образованы тороидальной частью 5, выполненной радиусом R и двумя плоскостями 6 и 7 в форме зеркально симметричных усеченных конических поверхностей (фиг. 3 и 4).
1
Профилированная лента 1 выполнена с гофрами Ω-образной формы, обращенными тороидальной частью 5 с радиусом R вовнутрь бобины, и цилиндрическими частями 8 на внешнюю цилиндрическую поверхность 2 бобины с осевыми зазорами 9 кольцевой или спиральной формы (фиг. 3 и 4).
Цилиндрические части 8 разделены друг от друга осевыми зазорами - 9, которые из технологических условий (изготовления и сборки) не могут иметь нулевое значение.
Ширина осевых зазоров С значительно влияет на жесткость и металлоемкость бобины. При увеличении ширины осевого зазора С уменьшается жесткость бобины и немного уменьшается ее металлоемкость. Изготовление бобин с очень малыми значениями размера ширины осевых зазоров С технологически затруднено.
Оптимальные ширины осевых зазоров С:
C=(0,2-0,4) В,
где В - ширина цилиндрической части формы 6,
С - ширина осевого зазора 9.
Доказательство оптимальности указанного соотношения приведено в табл. 1
Вывод по табл. 1.
1
Радиус R скругления тороидальной части 5 имеет большое значение и влияет в первую очередь, на жесткость и немного на металлоемкость конструкции.
Оптимально соотношение C=(0,2-0,4) В, обосновано тем, что изготовление бобин по предложенной технологии без зазора вообще невозможно из-за особенностей изготовления гофр 4 на ленте и сборки бобины.
1
Оптимальная величина радиуса скругления тороидальной части 5-R;
1
R=(0,4-0,6) В,
1
где R - радиус скругления тороидальной части 5,
В - ширина цилиндрического участка.
Доказательство оптимальности радиуса скругления приведено в табл. 2
Вывод по табл. 2.
1
Оптимальная величина радиуса скругления тороидальной части 5-R.
1
R=(0,4-0,6) В.
1
При этом бобина с радиусом скругления тороидальной части R, более 0,6 не может быть реализована, так как осевые зазоры С, при этом должны быть увеличены свыше 0,4 В, что недопустимо по условиям выводов из табл. 1.
1
Реально изготовленные бобины выполнены с внутренним диаметром D согласно табл. 3.
1
Данные числовые значения D обеспечивают жесткость шпули в металлургическом производстве и не позволяют бобине при намотке алюминиевых лент складываться и разрушаться.
Профилированная лента 1 (фиг. 1 и 3) навита в два слоя 8 и 9 со сдвигом каждого следующего слоя наполовину относительно ширины профилированной ленты 1. Гофры Ω-образной формы, расположенные на внешней цилиндрической поверхности 2 бобины, выполнены с размерами внутренней части соответствующими размерам внешней части продольных гофров Ω-образной формы, расположенных на внутренней ребристой поверхности 3 бобины (фиг. 1 и 2).
На фиг. 1 и 4 приведена схема образования внутренних ребер 4. Между внутренними ребрами 4 выполнен осевой зазор Е.
Высота внутренних ребер h определяется из соотношения по фиг. 1:
0
1
h=(D-D)/2
1
Оптимальное по жесткости соотношение высоты ребер h и радиуса скругления тороидальной части R выбирают из следующих условий:
1
h=6…7 мм и R=3…4,5 мм
1
h/R=1,2-2,5.
1
Данное соотношение h/R обеспечивает наилучшую технологичность изготовления шпули, оптимальное соотношение жесткости алюминиевой двухслойной бобины на сжатие (раздачу) и расход материала на ее изготовление.
Материал профилированной ленты 1 алюминий.
1
2
На фиг. 5 приведены два слоя толщиной t и t профилированной ленты 1, при этом толщины слоев 10 и 11 одинаковы.
На фиг. 6 приведен внешний вид алюминиевой двухслойной бобины, а на фиг. 7 приведен вид на бобину сбоку.
Алюминиевая двухслойная бобина используется при промышленном применении следующим образом. После изготовления алюминиевой двухслойной бобины, включающего свертывание в спираль предварительно профилированной алюминиевой ленты 1 с продольными гофрами Ω-образной формы, наложение краев профилированной ленты 1 друг на друга, обжатие гофров для скрепления двух слоев 10 и 11 алюминиевой профилированной ленты 1 и обрезания для образования торцов бобины, мерной длины бобина помещается на устройство для намотки алюминиевой ленты. На нее наматывают алюминиевую ленту заданной длины (или веса), затем снимают с устройства для намотки и отправляют на хранение. После сматывания алюминиевой ленты с бобины возможно повторное использование бобины или переработка ее в качестве алюминиевого лома.
Свертывание в спираль, предварительно профилированной алюминиевой ленты 1 в два слоя с продольными гофрами Ω-образной формы обеспечивает минимизацию расхода алюминиевого материала и одновременно получение жесткой конструкции бобины с максимально возможно сплошной внешней цилиндрической поверхностью бобины. Выполнение профилированной ленты 1 с продольными гофрами Ω-образной формы с последующим формированием внешней цилиндрической 2 и внутренней ребристой 3 поверхностями бобины обеспечивает получение жесткой конструкции бобины с более сплошными внешней цилиндрической и внутренней ребристой поверхностями бобины.
Вышеприведенные данные подтверждают соответствие критерию патентоспособности промышленная применимость.
Изготовлены многочисленные опытные образцы предложенных бобин разных размеров. Проведены испытания. Выбраны оптимальные соотношения размеров. Предложенные бобины после намотки материала могут выдержать нагрузку в несколько тонн, тем не менее, они имеют очень незначительный вес. Также бобины способны выдерживать нагрузки при погрузочно-разгрузочных работах и при транспортировке.
На фиг. 6 и 7 приведен внешний вид бобины в разных проекциях, при этом на фиг. 6 отчетливо видна внешняя цилиндрическая, а на фиг. 7 внутренняя ребристая поверхность.
Планируется серийное производство предложенной полезной модели.
Совокупность отличительных признаков заявленной алюминиевой двухслойной бобины не выявлена в других аналогичных бобинах, что подтверждает соответствие критерию патентоспособности новизна.
Применение полезной модели позволило:
1
обеспечить значительную жесткость бобины. Соотношение размеров С=(0,2-0,4) В и R=(0,4-0,6) В обеспечивает оптимальную сплошную внешнюю цилиндрическую поверхность бобины, что исключает деформацию материала (лент) при намотке на бобину, а также обеспечивается радиусная (внутренняя ребристая поверхность), задающая дополнительную жесткость и прочность бобины на сжатие (разжим):
обеспечить минимальный вес бобины,
обеспечить технологичность бобины,
обеспечить защиту наматываемого материала от влаги и масла за счет применения для бобины алюминия,
обеспечить большой ресурс алюминиевой двухслойной бобины.