專利名稱：改進(jìn)的鋸線卷線筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其上繞有金屬線的卷線筒。更具體地，本發(fā)明涉及由金屬片制成的且用于將在其上繞有鋸線的卷線筒。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的卷線筒具有芯部和兩個法蘭。這兩個法蘭例如被焊接在所述芯部的兩端。 芯部和兩個法蘭由碳鋼材質(zhì)的、l_6mm厚的厚金屬片制成。繞在所述卷線筒上的金屬線的一個實(shí)例是鋸線。鋸線的直徑在0. 08-0. 16mm之間，最典型的直徑是0. 12mm，然而已知還存在0.25mm的鋸線。鋸線的發(fā)展趨勢是更細(xì)、更長。鋸線被用在松散研磨劑鋸床上，其中鋸線將包含液體載體和研磨劑顆粒的漿液拖入被鋸材料的正在增大的切口中。這類鋸床被廣泛用于切割用在半導(dǎo)體工業(yè)或太陽能電池制造業(yè)中的硅錠?；蛘撸砭€筒還可以被用來將固定的研磨鋸線繞在其上；然后將研磨顆粒牢固地 附連在線上，無需載體漿液。卷線筒還可以被用來將軟管加強(qiáng)線繞在其上。將這種線圍繞內(nèi)部軟管主體編織或盤旋以加強(qiáng)軟管。其中，這種軟管被用在液壓驅(qū)動機(jī)械中。軟管線的直徑通常為0. 16mm至 0. 25mm,或者更大。當(dāng)在卷線筒上纏繞線層時，添加到卷線筒上的各個層向其下層施加壓力。這種壓力與用于將線纏繞在卷線筒上的作用力和已纏繞的層數(shù)成正比。該壓力被轉(zhuǎn)移給卷線筒的芯部和法蘭。這種壓力導(dǎo)致兩個法蘭被推向外側(cè)。在極端情況下，這些作用力會巨大到使法蘭與芯部分離，或者甚至更為巨大，芯部完全塌縮。在上述割鋸應(yīng)用中，直徑為0. 12mm、長度為800km的單根線被纏繞在卷線筒上。由于金屬線的直徑很小，因此累積的層數(shù)很大(層數(shù)可以高達(dá)500-800層)。卷繞張力通常為2-4牛頓。因此，形成在法蘭上的側(cè)壓很大。在將線繞在卷線筒上時，法蘭將發(fā)生變形， 并且擴(kuò)展張開。這對于在切割過程中的后續(xù)使用而言是非常不利的，因為在切割期間，由于在層數(shù)減少的同時壓力變小，卷線筒的法蘭將趨于回復(fù)其初始位置。因此，存在以下巨大風(fēng)險，即法蘭內(nèi)側(cè)附近的剩余線環(huán)處于陷在剩余線包和法蘭之間，并且隨后在將其從卷線筒上抽出時斷裂。為了提供足以承受這種側(cè)向壓力的強(qiáng)度和剛性，現(xiàn)有技術(shù)的一些卷線筒具有由約 20-50mm厚的金屬圓盤構(gòu)成的法蘭(例如參見USD399857)。然而，這種卷線筒非常重，使得其操作性變得非常差。此外，這種卷線筒存在材料、加工和運(yùn)輸方面的高成本的問題。由于這種過高的側(cè)向壓力，即使這種機(jī)械上強(qiáng)的卷線筒也不能避免法蘭和芯部的塑性變形。在重復(fù)使用之后，這種卷線筒由于進(jìn)一步變形或斷裂而變得不能再使用。因此，這種卷線筒不能確保具有與其高成本相適的耐用性。已有另一種方案，S卩使卷線筒的法蘭包含焊接在一起的不同金屬片層，從而提高法蘭的剛性。在EP 1295836B1中描述了這種方案的實(shí)例。然而，這類卷線筒的卷繞能力較低。
在JP 2006 240 865中提出了另一種方案，其中法蘭的外側(cè)被噴丸硬化處理以減少由繞線的側(cè)向壓力引起的法蘭變形。最常見的用于鋸線的卷線筒在USD441772中描述，并且由厚金屬片制成。雖然它很堅固，但是它只能使用一次，因為法蘭在一個使用周期之后就會發(fā)生塑性變形。此外，這種卷線筒未被設(shè)計成將直徑為0. 120mm或更少的線卷繞在其上

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明的特定目標(biāo)是提供一種用于將細(xì)線 (諸如鋸線)卷繞在其上的卷線筒，所述卷線筒的機(jī)械強(qiáng)度足以使法蘭的變形最小化，從而獲得可重復(fù)使用性。本發(fā)明的目標(biāo)還在于降低重量和成本。本發(fā)明的另一目標(biāo)是能夠卷繞長度為IOOOkm或更多的、更細(xì)的線(例如直徑為0. 08mm)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于將金屬線卷繞在其上的、由金屬片形成的卷線筒，所述卷線筒包括芯部和分別與所述芯部的兩端相連的兩個法蘭，其中所述法蘭中的每一個的外側(cè)包括多個凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)從所述芯部徑向延伸。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述凹陷區(qū)圍繞所述芯部等角間距地均勻分布。卷線筒的法蘭可以例如焊接到卷線筒上。或者，它們可以銅焊到芯部上，或者它們可以借助機(jī)械緊固裝置附連在芯部上。另一種可能是預(yù)見使法蘭在中心孔上具有軸環(huán)。軸環(huán)的邊緣接著被焊接在芯部上?；蛘呖梢允馆S環(huán)從末端滑入芯部中，并且在那里進(jìn)行點(diǎn)焊。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以找到將芯部與法蘭連接的其它方法。“徑向延伸的凹陷區(qū)”指的是凹陷區(qū)在從芯部到法蘭外邊緣的徑向方向上具有較大尺寸。對于本申請而言，“凹陷區(qū)”指的是金屬片上已經(jīng)發(fā)生塑性壓縮的區(qū)域。因此，凹陷的區(qū)域比其周圍的區(qū)域低。這與“使凸出”(例如以鑄造硬幣的“人頭面”，其中凸出面比其周圍的區(qū)域高)是相反的。凹陷區(qū)的下降完全源于材料的壓縮。該區(qū)域的下降不是移除表面材料以獲得下陷區(qū)域的結(jié)果。同樣，使凹陷不是由于壓印金屬片引起的金屬片的局部變形。在壓印期間，金屬片的厚度大部分保持不變，印記的負(fù)片在壓印的相對側(cè)可見。已發(fā)生凹陷的區(qū)域在法蘭的內(nèi)側(cè)(即彼此相對側(cè))上幾乎不可見。法蘭的內(nèi)側(cè)應(yīng)當(dāng)盡可能地平滑，以致于在卷繞過程中當(dāng)線靠近該側(cè)時不會引起線的擺動。從材料科學(xué)中已知，局部壓縮材料會影響材料的屈服應(yīng)力。例如，壓縮金屬條可能導(dǎo)致金屬條的張力屈服強(qiáng)度增大。因此，在金屬發(fā)生屈服之前需要更大的應(yīng)力。在材料科學(xué)中這被稱做“包辛格效應(yīng)(Bauschinger effect)” (以德國工程師Johann Bauschinger 命名的)。不受該理論限制，認(rèn)為使由金屬片制成的法蘭局部凹陷能夠有利地增加法蘭的屈服強(qiáng)度，從而使得它們更加能夠耐受線層的壓力。單個凹陷區(qū)的表面積的上限由所用模具規(guī)定過高的表面積將形成較小的深度， 因為所用壓具只能產(chǎn)生最大的擠壓力。在下限方面，單個凹陷區(qū)的面積不應(yīng)過小，因為否則材料將流到壓縮區(qū)域外面，結(jié)果在區(qū)域內(nèi)部獲得較小的有效壓縮。在第一實(shí)施例中，凹陷區(qū)的數(shù)量為四個，優(yōu)選每隔90度一個凹陷區(qū)。在另一實(shí)施例中，凹陷區(qū)的數(shù)量為六個，優(yōu)選每隔60度一個凹陷區(qū)。在另一實(shí)施例中，凹陷區(qū)的數(shù)量在 4-18個之間。本發(fā)明的卷線筒提供具有外徑Dl的芯部和具有外徑D2的兩個法蘭，因此所述法蘭的自由半徑為(D2-Dl)/2。卷線筒的特征還在于，所述凹陷區(qū)在所述自由半徑的至少 25%，優(yōu)選至少35%，最優(yōu)選地至少50%上徑向延伸。即，沿徑向方向測量的該區(qū)域的最大尺寸為自由半徑的至少25 %，優(yōu)選至少35 %，最優(yōu)選地至少50 %。在一個實(shí)施例中，所述法蘭的自由半徑介于5cm和20cm之間，所述凹陷區(qū)的徑向長度在2. 5cm至IOcm之間。

所述凹陷區(qū)的表面積總計超過所述芯部和所述法蘭之一的邊緣之間的環(huán)形表面積的2 %，且小于該環(huán)形表面積的40 %。所述凹陷區(qū)的深度在所述法蘭的厚度的3%至50%之間。在一個實(shí)施例中，所述法蘭的厚度在2. 5mm至6. Omm之間，所述凹陷區(qū)的深度在0. 2mm至1. 25mm之間。在特定實(shí)施例中，所述法蘭的厚度在4. Omm至5. Omm之間，所述凹陷區(qū)的深度在0. 15mm至2. Omm之間。在更特定的實(shí)施例中，所述法蘭為4. 5mm厚，所述凹陷區(qū)的深度在0. 15mm至1.5mm之間。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述凹陷區(qū)基本上為矩形，所述矩形的長邊在徑向方向上。在一個實(shí)施例中，所述矩形凹陷區(qū)的寬度在5mm至20mm之間。在替換實(shí)施例中，所述凹陷區(qū)為截頭扇形。這些扇形的尖端位于卷線筒法蘭的中心。當(dāng)從卷線筒中心看去時，所述扇形中的每一個對應(yīng)一個角度。所述截頭扇形所對應(yīng)的角度的總和優(yōu)選在10至180弧度之間。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述法蘭中的一個或兩個上設(shè)有一個或兩個或者多于兩個的突出驅(qū)動立柱，用于在使用過程中拽引所述卷線筒。驅(qū)動立柱與鋸床的驅(qū)動板上的圓形或半圓形切口相接合。當(dāng)驅(qū)動板轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動板借助立柱的作用驅(qū)動卷線筒。這些立柱可以為環(huán)，其在環(huán)的內(nèi)側(cè)上與法蘭焊接。在外側(cè)上焊接將在立柱的腳部形成焊接毛刺，這些毛刺將阻礙立柱在驅(qū)動孔中的正確接合。或者，更優(yōu)選的是使用具有兩個相對的半月形切口的圓盤。從外側(cè)在切口中完成焊接，這要比在狹窄的環(huán)形空間中焊接方便得多。


將參見附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的卷線筒；圖2是根據(jù)本發(fā)明的卷線筒的側(cè)視圖；圖3是圖2的法蘭的B-B，橫截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的卷線筒的側(cè)視圖；圖5和6是根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的卷線筒的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的卷線筒10的第一實(shí)施例。卷線筒10包括芯部12和分別焊接在芯部12的兩端上的兩個法蘭14。這兩個法蘭14上設(shè)有六個凹陷區(qū)16，這六個凹陷區(qū)從芯部12沿徑向延伸并且等角間距地分布。凹陷區(qū)16的形狀基本上為矩形。設(shè)有兩個突出的驅(qū)動立柱18，用于在使用期間拽引卷線筒10。這兩個法蘭可以具有邊緣20，但這對于本發(fā)明而言不是必需的。圖2是根 據(jù)本發(fā)明的卷線筒的第一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中芯部12具有外徑D1，兩個法蘭14具有外徑D2。在第一實(shí)施例中，Dl為156mm，D2為310mm。法蘭的自由半徑為 (D2-D1)/2，即77mm。這六個凹陷區(qū)16具有基本上矩形的形狀，其中徑向尺寸為40mm，即自由半徑的約50%為凹陷的。這些凹陷區(qū)的寬度約為8mm。自由區(qū)域的約3%是凹陷的。圖3是圖2的法蘭的B-B’橫截面圖，其示出了法蘭14具有厚度‘d’，凹陷區(qū)16具有厚度‘ S ’，其中‘ δ，介于法蘭14的厚度‘d’的50% -97%之間，這意味著鋼片已被壓縮了 3-50%。在第一實(shí)施例中，金屬片的厚度‘d’為4. 5mm，凹陷區(qū)處的厚度‘ δ，為4. 0mm， 這使得凹陷區(qū)具有0.5mm的深度。在實(shí)際操作中更容易測量厚度‘d’和‘ δ ’，然后獲得凹陷區(qū)的深度，而不是直接測量凹陷區(qū)的深度。凹陷是借助具有預(yù)期表面形狀的硬化鋼印(steel stamp)來實(shí)現(xiàn)的，例如通過沖壓原本平坦的表面來將該表面形狀壓印在法蘭上。這在常溫下完成且無需其它處理。重要的是沖壓不會明顯地顯露在法蘭內(nèi)側(cè)上盡管能夠看到較小陰影，但在法蘭內(nèi)側(cè)上應(yīng)該不存在突出部。這種突出部對于金屬線的卷繞質(zhì)量而言是有害的。圖3還示出了如何通過分別位于法蘭的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上的兩個焊縫15和17將法蘭 14附連在芯部12上。立柱18由從內(nèi)側(cè)焊接到法蘭14上的直徑為27mm且高為12mm的環(huán) 27制成。圖4是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的卷線筒的側(cè)視圖，其與第一實(shí)施例的不同之處僅在于突出的驅(qū)動立柱18具有不同的形狀。這些立柱由從中切除兩個半月形部分的直徑為27mm且高為12mm的實(shí)心圓盤27構(gòu)成。立柱與法蘭的焊接現(xiàn)在變得容易得多，因為可以從外側(cè)進(jìn)入切除部來進(jìn)行。圖5和6示出了本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例，其中凹陷區(qū)16的總表面積大于在上圖中示出的六個凹陷區(qū)16的表面積。圖5示出了具有六個截頭扇形的凹陷區(qū)16的法蘭。一個凹陷區(qū)16的角度’ α’ 為約30度的弧度。所述截頭扇形所對應(yīng)的角度的總和約為180度的弧度。芯部和邊緣之間的環(huán)形表面積的約23%是凹陷的。圖6示出了本發(fā)明的特定實(shí)施例，其中兩個法蘭中的每一個包括18個凹陷區(qū)16。在本發(fā)明的卷線筒和不同之處僅在于法蘭上沒有凹陷區(qū)的傳統(tǒng)卷線筒之間作比較測試。卷線筒依照如第一實(shí)施例所述的尺寸和凹陷。傳統(tǒng)的和本發(fā)明的卷線筒的測試如下在約3. 5牛頓的受控的卷繞張力和0. 15mm 的卷繞步幅下，將直徑為0. 14mm的細(xì)線卷繞在各個卷線筒上。這是比正常情況更加嚴(yán)厲的條件。分別在細(xì)線長度達(dá)到200、400和800km時停止卷繞。在停止時，在卷線筒的邊緣處 (直徑D2處)利用塞規(guī)沿軸向方向精確測量內(nèi)法蘭寬度。在卷線筒的邊緣處具有最大的變形量。在表1中示出的結(jié)果顯示與傳統(tǒng)的卷線筒相比，本發(fā)明的卷線筒在法蘭末端處的變形較小。卷繞有200km細(xì)線的卷線筒未發(fā)生變形，而傳統(tǒng)的卷線筒具有0.2mm的變形。卷繞有400km細(xì)線的卷線筒的變形比傳統(tǒng)卷線筒小1/3。卷繞有800km細(xì)線的卷線筒仍然表現(xiàn)出有所改善，盡管稍小一些。由此推測，通過使凹陷具有更長的徑向長度甚至可以使結(jié)果得到進(jìn)一步改善。最終，當(dāng)與在例如USD441772中描述的現(xiàn)有技術(shù)的卷線筒上獲得的法蘭變形量相比時，存在相當(dāng)大的改善。事實(shí)上，當(dāng)在同等測試條件下對傳統(tǒng)的和本發(fā)明的卷線筒進(jìn)行測試時，現(xiàn)有技術(shù)的卷線筒表現(xiàn)出超出IOmm的法蘭擴(kuò)展量。表 權(quán)利要求
1.一種用于在其上卷繞金屬線、由金屬片形成的卷線筒(10)，所述卷線筒(10)包括芯部(12)和分別與所述芯部(12)的兩端連接的兩個法蘭(14)，其特征在于每個所述法蘭(14)的外側(cè)包括由經(jīng)過塑性壓縮的金屬片(16)構(gòu)成的多個凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)從所述芯部(12)徑向延伸，而所述法蘭的內(nèi)側(cè)基本上是平坦的。
2.如權(quán)利要求1所述的卷線筒(10)，其中所述凹陷區(qū)(16)圍繞所述芯部(12)成等角間距地均勻分布。
3.如權(quán)利要求1或2所述的卷線筒(10)，其中所述凹陷區(qū)(16)的數(shù)量在4個至18個之間。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的卷線筒(10)，其中所述芯部(12)具有外徑D1，所述兩個法蘭(14)具有外徑D2，所述兩個法蘭(14)的自由半徑為(D2-Dl)/2，其特征在于所述凹陷區(qū)(16)在所述自由半徑的至少25%，優(yōu)選至少35%，最優(yōu)選地至少50%上徑向延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的卷線筒(10)，其中所述法蘭(14)的所述自由半徑在5cm至20cm 之間，所述凹陷區(qū)(16)的徑向長度在2. 5cm至IOcm之間。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的卷線筒(10)，其中所述凹陷區(qū)(16)的表面積的總和大于所述芯部(12)和所述法蘭(14)之一的邊緣(20)之間的環(huán)形表面積的2%，并且小于所述環(huán)形表面積的40%。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的卷線筒(10)，其中所述凹陷區(qū)(16)的深度在所述法蘭(14)的厚度(‘d’ )的3%至50%之間。
8.如權(quán)利要求7所述的卷線筒(10)，其中所述法蘭(14)的厚度在2.5mm至6. Omm之間，所述凹陷區(qū)(16)的深度在0. 2mm至1. 25mm之間。
9.如權(quán)利要求7所述的卷線筒(10)，其中所述法蘭(14)的厚度在4.Omm至5. Omm之間，所述凹陷區(qū)(16)的深度在0. 15mm至2. Omm之間。
10.如權(quán)利要求7所述的卷線筒(10)，其中所述法蘭(14)的厚度為4.5mm，所述凹陷區(qū) (16)的深度在0. l5mm至1.5讓之間。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的卷線筒(10)，其中所述凹陷區(qū)(16)基本上為矩形。
12.如權(quán)利要求11所述的卷線筒(10)，其中所述矩形凹陷區(qū)(16)的寬度在5mm至20mm 之間。
13.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的卷線筒(10)，其中所述凹陷區(qū)(16)為截頭扇形。
14.如權(quán)利要求13所述的卷線筒(10)，其中所述截頭扇形所對應(yīng)的角度的總和在10 度至180度之間。
15.如上述權(quán)利要求中任一項所述的卷線筒(10)，其中所述兩個法蘭(14)中的一個或兩個設(shè)有一個或兩個或者多于兩個的突出驅(qū)動立柱(18)，用于在使用過程中拽引所述卷線筒(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將金屬線卷繞在其上的卷線筒，其包括芯部和分別與所述芯部的兩端相連的兩個法蘭，其中所述法蘭中的每一個的外側(cè)包括多個凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)從所述芯部徑向延伸，并且圍繞所述芯部均勻分布。當(dāng)將金屬線卷繞在其上時，這些凹陷區(qū)減少了法蘭的擴(kuò)展。
文檔編號B65H5/14GK102224094SQ200980146654
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者L·保韋爾斯 申請人:貝卡爾特公司