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Die
Erfindung betrifft einen Schaftantrieb für eine Webmaschine mit ein
oder mehreren Webschäften.
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Webmaschinen
sind in der Regel mit mehreren Webschäften versehen, die durch rechteckige, vertikal
stehende Rahmen gebildet werden. In den Webschäften sind Litzen gehalten,
mit denen die im Großen
und Ganzen horizontal verlaufenden Kettfäden geführt und zur Fachbildung vertikal
bewegt werden. Üblicherweise
vollführen
die Webschäfte
dabei eine auf und ab schwingende Bewegung, die durch einen so genannten
Schaftantrieb bzw. eine Schaftmaschine erzeugt wird. Der Schaftantrieb
ist ein Getriebe mit dem aus einer drehenden Antriebsbewegung die
hin und her gehende Bewegung des Schafts abgeleitet wird, wobei
dieser dann im Wesentlichen einer Sinusfunktion folgt.
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Ausgehend
von diesem Grundprinzip sind aus dem Stand der Technik verschiedene
Abwandlungen bekannt. Z.B. offenbart die
DE 69702039 T2 einen Schaftantrieb,
der eine Kupplungseinrichtung aufweist, um eine Aufwärts- oder
Abwärtsbewegung des
Schafts bedarfsweise auslösen
zu können.
Es sind dabei Mittel vorgesehen, die dazu dienen, den sich sonst
ergebenden Stoß beim
Ein- und Ausrasten der Kupplung zu mindern.
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Die
DE 1.03 43 377 B3 offenbart
einen Schaftantrieb, der sich wahlweise aktivieren und deaktivieren
lässt,
wobei der Webschaft bei deaktiviertem Antrieb in einer seiner Totlagen
eine Schwingung vollführt.
Mit dieser Maßnahme
werden die auf den Webschaft einwirkenden Beschleunigungskräfte minimiert.
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Die
US 4 651 784 offenbart einen
Schaftantrieb für
einen Webschaft. Unterhalb des Webschafts sind zwei Winkelhebel
angeordnet, die zumindest in der Ausführungsform gemäß
4 gegensinnig geschwenkt
werden und über
Schubstangen den Webschaft auf und ab bewegen. Zum Antrieb des Webschafts
dienen zwei miteinander kämmende
kreisrunde Zahnräder,
die gegensinnig drehen. Jedes Zahnrad ist mit einer Kurbel versehen,
die über
eine Pleuelstange jeweils einen der Winkelhebel antreibt.
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Des
Weiteren offenbart die
DE
195 38 018 A1 einen Schaftantrieb mit einem Modulationsgetriebe.
Dieses dient dazu, die Verharrungszeit der Webschäfte in ihren
Extremalhublagen (Totlagen) zu verzögern. Damit soll insbesondere
für breite
Gewebe der auf die Drehung der Antriebswelle bezogene Fachstillstandswinkel
zum Schusseintrag vergrößert werden.
Dadurch soll das Webfach länger
offen stehen.
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Ein
solches Modulationsgetriebe ist aufwändig. Außerdem zeigt sich, dass die
Kurvenscheiben und das Modulationsgetriebe insgesamt ein relativ großes Bauvolumen
beanspruchen. Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen
verbesserten Schaftantrieb zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Schafantrieb nach Anspruch 1 gelöst:
Der
erfindungsgemäße Schaftantrieb
weist einen Antriebsstrang auf, der aus Antriebswelle, Abtrieb und dazwischen
angeordnetem Getriebe gebildet ist. Das Getriebe enthält ein Unrundzahnradgetriebe,
das ein nichtkonstantes Übersetzungsverhältnis aufweist. Das Übersetzungsverhältnis ist
von der Winkelposition der Antriebswelle abhängig. Das Unrundzahnradgetriebe
enthält
vorzugsweise wenigstens zwei Zahnräder mit nichtkonstantem Radius,
wobei diese Zahnräder
in ständigem
kämmenden
Eingriff miteinander stehen. Jede gleichmäßige Umdrehung der Eingangswelle
verursacht somit eine nichtgleichförmige Drehung der nächsten,
von dem Unrundzahnradgetriebe angetriebenen Welle. Das Unrundzahnradgetriebe
erzeugt dadurch eine Drehzahlmodulation, wobei die Periode der Modulation
auf eine Umdrehung der Eingangswelle festgelegt ist. Außerdem ist
die erzeugte Drehzahlmodulation durch die Form der Zahnräder des
Unrundzahnradgetriebes vorgegeben. Sie kann jedenfalls an dieser
Stelle des Antriebsstrangs nicht weiter beeinflusst werden.
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Das
Unrundzahnradgetriebe stellt eine einfache und kostengünstige Lösung dar,
um eine wesentlich von der Sinusform abweichende Webschaftbewegung
zu erzielen, insbesondere wenn der Webschaft länger als bei einer ungefähren Sinusbewegung
in oberer oder unterer Extremlage (Totlage) verweilen und den Übergang
zwischen oberer und unterer Totlage schneller als bei einer Sinusbewegung durcheilen
soll. Das Unrundzahnradgetriebe ist dabei in der Lage, erhebliche
Drehmomente zu übertragen, wobei
die Baugröße und der
Materialeinsatz gering ist. Dank moderner Fertigungsmethoden (CNC-Fertigung)
ist ein Unrundzahnradgetriebe in Serienproduktion kostengünstig. Trotz
der längeren
Verweilzeit in den Totlagen (Extremalhublagen) und trotz des schnelleren
Durchlaufens des Wegs zwischen beiden Extremalhublagen können die
Drehmomentanstiege vor und nach den Extremalhublagen minimiert werden.
Dabei wird als Bewegungsgesetz für
den Schaft, zumindest bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Polynom siebten
Grades gewählt.
Der Drehmomentanstieg bei Ein- und Ausleitung der Bewegung ist sanft.
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Prinzipiell
eignet sich dieser Schaftantrieb sowohl für dauernd betriebene Webschäfte (Exzentermaschinen)
als auch für
Webschäfte,
die ein- und auszuschalten sind (Schaftmaschinen), beispielsweise
um komplizierte Webbindungen zu erzeugen. In diesem Fall enthält das Getriebe
eine Kupplungseinrichtung, die in einer Betriebsposition die Antriebsbewegung
ungehindert überträgt und in
einer zweiten Betriebsposition die Bewegungsübertragung unterbricht. Durch
die Verlängerung
der Verweilzeit des Schafts in den Extremalhublagen findet sich
dort ein größerer Zeit-
bzw. Winkelbereich zum sanften Ein- und Auskuppeln der Kupplungseinrichtung.
Das Ein- und Auskuppeln erfolgt dort im Wesentlichen lastfrei bei
minimiertem Drehmoment und minimierter Drehgeschwindigkeit der Kupplungselemente.
Laststöße und Kupplungsbelastung
werden reduziert bzw. minimiert.
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Bei
einer verbesserten Ausführungsform lässt die
Kupplungsanordnung bei Unterbrechung der Antriebsbewegung eine Pendelbewegung
des Abtriebs zu oder erzeugt eine solche. Die Pendelbewegung kann
einerseits zum Minimieren der Beschleunigungen des Webschafts und
andererseits dazu genutzt werden, Synchronphasen zu schaffen, in
denen die Kupplung weich ein- und
auskuppeln kann.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Kupplungseinrichtung zwischen dem Unrundzahnradgetriebe
und dem Abtrieb vorgesehen. Das Unrundzahnradgetriebe, kann sowohl
Bestandteil eines üblichen
Schaftantriebs als auch als Vorsatzgetriebe ausgebildet sein. In
letzterem Fall ist vorteilhaft, dass vorhandene Schaftantriebe weiter
verwendet werden können
und dass ein einziges Unrundzahnradgetriebe ausreicht, um eine modulierte
Drehbewegung für alle
Abtriebe der Schaftmaschine zu erzeugen. In Einzelfällen mag
es sinnvoll sein, zwei oder mehrere Unrundzahnradgetriebe vorzusehen,
die an ihren Ausgangswellen unterschiedliche Ausgangsbewegungen
erzeugen. Bei Exzenterwebmaschinen können diese unterschiedlichen
Ausgangsbewegungen zum unmittelbaren Antrieb der Exzenter dienen.
Bei Schaftmaschinen können
diese unterschiedlichen Ausgangsbewegungen zum Antrieb der Kupplungen dienen.
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Das
Unrundzahnradgetriebe weist vorzugsweise Stirnräder auf, deren Zähnezahlen
in einem ganzzahligen Verhältnis
zueinander stehen. Im bevorzugten Ausführungsfall haben die Zahnräder eine übereinstimmende
Zähnezahl.
Es ergibt sich somit insgesamt, d.h. im Durchschnitt ein Übersetzungsverhältnis von
1:1, wobei dieses in Abhängigkeit
von der jeweiligen Drehposition der Zahnräder zueinander in jedem Drehwinkel über oder
unter Eins liegen kann. In einem einfachen Ausführungsbeispiel haben die Zahnräder elliptische
Form. Solche Zahnräder lassen
sich leicht auswuchten und steigern bzw. mindern das Übersetzungsverhältnis bei
einer Umdrehung der Eingangswelle zwei mal. Ein angeschlossener
Exzenter, der den Abtrieb des Schaftantriebs bewegt, kann somit
in beiden Ex tremlagen verzögert werden.
Mit dieser Maßnahme
lässt sich
der Fachstillstandswinkel vergrößern, d.h.
die Zeit, in der das Fach zum Schusseintrag offensteht, verlängern.
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Einzelheiten
vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder
Unteransprüchen.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 einen
Webschaft und einen Schaftantrieb in schematisierter Gesamtansicht,
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2 die
Schaftmaschine und Webschäfte in
ausschnittsweiser Draufsicht,
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3 den
Schaftantrieb nach 1 und 2 in einer
schematischen Blockdarstellung,
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4 ein
Unrundstirnradgetriebe des Schaftantriebs nach 3 in
schematisierter Darstellung,
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5 eine
Kupplungseinrichtung für
den Schaftantrieb nach 3 in Prinzipdarstellung und
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6 ein
Diagramm, das den Hub des Schafts in Abhängigkeit von dem Drehwinkel
der Antriebswelle veranschaulicht.
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In 1 ist
ein Webschaft 1 veranschaulicht, dem eine Schaftmaschine 2 zugeordnet
ist und die diesen über
ein Gestänge,
welches als Hebelgetriebe 3 ausgebildet ist, antreibt.
Wie 2 erkennen lässt,
sind parallel zu dem Webschaft 1 weitere Webschäfte 1a, 1b usw.
vorgesehen, die ebenfalls von der Schaftmaschine 2 angetrieben
sind. Die Anordnung ist insoweit auf herkömmliche Weise getroffen. Die
Webschäfte,
die dazu dienen, Litzen 4 wie durch einen Pfeil 5 angedeutet
auf und ab zu bewegen, werden durch das Hebelgetriebe 3 auf
und ab bewegt. Dazu wird die von einer als Abtrieb dienenden Schwinge 6 der
Schaftmaschine 2 vollführte
schwingende Bewegung (Pfeil 7) durch das Hebelgetriebe 3 in
die vertikal gerichtete Schaftbewegung umgesetzt, wozu ein Lenker 8,
Winkelhebel 9, 10 und eine Verbindungsstange 11 dienen.
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Wie 2 erkennen
lässt,
weist die Schaftmaschine 2 als Abtrieb zum Antrieb der
weiteren Webschäfte 1a, 1b Schwingen 6a, 6b auf,
die über Kupplungseinrichtungen 12, 12a, 12b von
einer Welle 13 angetrieben sind. Die Welle 13 ist
von einem Unrundzahnradgetriebe 14 in eine nichtgleichförmige Umdrehung
d.h. eine Drehung mit modulierter Winkelgeschwindigkeit versetzt.
Das Unrundzahnradgetriebe 14 wird über eine Antriebswelle 15 von
einer durch einen Elektromotor gebildeten Antriebsquelle 16,
welche ein Teil einer Webmaschine sein kann, vorzugsweise gleichförmig drehend
angetrieben. Das Unrundzahnradgetriebe 14 bildet zusammen
mit den Kupplungseinrichtungen 12, 12a, 12b ein
Getriebe 17, dessen Abtrieb durch die Schwingen 6, 6a, 6b gebildet
wird.
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Der
so aufgebaute Antriebsstrang ist in 3 nochmals
schematisch für
einen einzigen Abtrieb veranschaulicht. Die Kupplungseinrichtung 12 ist
dabei optional. Über
sie wird eine Exzenterwelle 18 mit einem Exzenter 19 angetrieben,
der über
ein Pleuel 20 die nicht weiter veranschaulichte Schwinge 6 antreibt.
Die Kupplungseinrichtung 12 weist mindestens einen Eingang
in Form von einer Eingangswelle 22 auf. Die Eingangswelle 22 vollführt eine
Drehung mit modulierter Drehzahl, dabei aber nicht wechselndem Richtungssinn.
Die Kupplungseinrichtung 12 kann in einer Schaltstellung
diese Drehbewegung an die Exzenterwelle 18 weitergeben.
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Es
ist auch möglich,
dass die Kupplungseinrichtung mehrere Eingangswellen 22, 21 aufweist. Dabei
können
alle Eingangswellen jeweils an das Unrundzahnradgetriebe 14 angekoppelt
sein und jeweils mit der modulierten Drehzahl angetrieben werden
(siehe 3). Es ist aber auch möglich, dass z.B. die Eingangswelle 21 direkt über die
Antriebswelle 15 von der Antriebsquelle 16 gesteuert
wird.
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Die
Eingangswelle 22 rotiert vorzugsweise ungleichförmig, ohne
Richtungsumkehr. Durch nicht weiter dargestellte Mittel, beispielsweise
Exzenter oder Kurven/Kurvenfolgermittel, wird diese Drehbewegung
in eine hin und her drehende Bewegung umgesetzt. In der in 3 veranschaulichten
Schaltstellung bzw. Kupplungsposition gibt die Kupplungseinrichtung 12 diese
Drehpendelbewegung an die Exzenterwelle 18 weiter.
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Die
Eingangswelle 22 und die Eingangswelle 21 werden über das
Unrundzahnradgetriebe 14 angetrieben. Dieses enthält wenigstens
zwei Stirnräder 23, 24,
die zentrisch an ihren jeweiligen Wellen befestigt sind und einen
nichtkonstanten Radius aufweisen. Die Stirnräder 23, 24 sind
in 4 veranschaulicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind sie etwa elliptisch, wobei sie so ausgebildet sind, dass sie
in ständigem
kämmenden
Eingriff miteinander stehen. Sie weisen übereinstimmende Zähnezahl
auf und legen somit ein durchschnitt liches Übersetzungsverhältnis von
1:1 fest. Durch die wechselnden Durchmesser erzwingt jedoch die
gleichmäßige Rotation
des Stirnrads 23 eine fortwährend beschleunigte und verzögerte Drehung
des Stirnrads 24. Pro Umdrehung des Stirnrads 24 wird
dieses zwei mal beschleunigt und zwei mal verzögert, wobei die Beschleunigung
und Verzögerung
bei symmetrischer Zahnradausbildung in beiden Beschleunigungs/Verzögerungsphasen
identisch abläuft.
Dies führt
zu symmetrischen Bewegungsgesetzen für den Schaft (abgesehen von
Verzerrungen, die durch das Hebelgetriebe 3 und das Pleuel 20 entstehen).
Die Stirnräder 23, 24 können jedoch
auch mehr oder weniger asymmetrisch ausgebildet sein, um bei einer
Volldrehung im 180° Abstand
zwei unterschiedliche Bewegungsmodulationen zu erzeugen.
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Zur
Vergleichmäßigung der
Drehung der Antriebswelle 15 ist diese vorzugsweise mit
einer Schwungmasse 25 versehen, so dass Lastschwankungen
weitgehend von der Antriebsquelle 16 fern gehalten und
die Antriebsquelle 16 gleichmäßig belastet wird.
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5 veranschaulicht
eine mögliche
Ausführungsform
der Kupplungseinrichtung
12. Zur vollständigeren Beschreibung derselben
sowie wegen alternativen Ausführungsformen
wird auf die
DE 103 43
377 B3 verwiesen. Die Kupplungseinrichtung
12 weist
einen von der Eingangswelle
21 angetriebenen Nocken
26 auf,
der mit einem Kurvenfolger
27 einen Pendelantrieb
28 bildet.
Der Kurvenfolger
27 ist mit einer Kupplungsscheibe
29 verbunden,
die eine hin und her drehende Bewegung ausführt. Hingegen führt eine
weitere, zu der Kupplungsscheibe
29 konzentrisch angeordnete
Kupplungsscheibe
30 eine von der Eingangswelle
22 vorgegebene
Drehbewegung aus. Die Kupplungsscheibe
30 ist mit der Eingangswelle
22 fest
verbunden. Die Exzenterwelle
18 ist mit einer Scheibe
31 verbunden,
die den Abtrieb der Kupplungseinrichtung
12 bildet. Die
Scheibe
31 trägt
eine Schaltklinke
32, die alternativ mit der Kupplungsscheibe
29 oder
mit der Kupplungsscheibe
30 in Eingriff zu bringen ist.
Dazu dienen Schalthebel
33,
34, die schwenkbar
gelagert sind und über
einen Auswahlfinger
35 von einem Betätigungshebel
36 bewegt
werden. Dieser wird durch Elektromagnete
37,
38 zur
Aktivierung entweder des Schalthebels
33 oder des Schalthebels
34 hin
und her geschwenkt. Federn
39,
40 spannen die
Schalthebel
33,
34 in gewünschter Richtung vor.
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Die
insoweit beschriebene Schaftmaschine 2 arbeitet wie folgt:
In
Betrieb wird davon ausgegangen, dass die Antriebswelle 15 gleichförmig rotiert.
Somit führen
die Eingangswellen 21, 22 in Folge des zwischengeschalteten
Unrundzahnradgetriebes eine Drehbewegung aus, die pro Umdrehung
beschleunigt, verzögert,
wieder beschleunigt und wieder verzögert wird. Wenn davon ausgegangen
wird, dass die Kupplungseinrichtung 12 die Eingangswelle 22 fortwährend mit der
Exzenterwelle 18 verbindet, ergibt dies an der Schwinge 6 bzw.
an dem Webschaft 1 eine Bewegung, die durch die in 6 gezeichnete
Kurve I charakterisiert wird. Die Kurve I veranschaulicht den Hub des
Webschafts 1 in Abhängigkeit
von der Drehung der Antriebswelle 15. Unter Vernachlässigung
der von dem Hebelgetriebe 3 und gegebenenfalls dem Pleuel 20 hervorgerufenen
Verzerrung des Bewegungsgesetzes würde sich bei gleichförmiger Drehung
der Eingangswelle 22 eine Schaftbewegung gemäß Kurve
II ergeben. Dies wäre
der Fall, wenn die Stirnräder 23, 24 als
gewöhnliche
Stirnräder
mit konstantem Radius ausgebildet wären. Die Kurve II entspricht
einer Sinusfunktion. Wie ersichtlich, verzögert jedoch das Unrundzahnradgetriebe 14 die
Bewegung der Eingangswelle 22 in Bezug auf die Bewegung
der Antriebswelle 15 jeweils dann, wenn sich der Webschaft 1 in
seinem oberen oder seinem unteren Umkehrbereich befindet. Im Übergang
zwischen beiden Umkehrbereichen beschleunigt das Unrundzahnradgetriebe 14 die
Eingangswelle 22 gegenüber der
Antriebswelle 15 und verzögert die Eingangswelle 22 in
den Endbereichen. Mit anderen Worten, während der oberen und unteren
Umkehrbereichen des Webschafts 1 dreht die Eingangswelle 22 deutlich langsamer
als die Antriebswelle 15 während sie ansonsten deutlich
schneller dreht. Der Webschaft 1 verharrt dadurch über einen
längeren
Winkelbereich der Drehung der Antriebswelle 15 im oberen
und unteren Umkehrbereich, wodurch die Zeit für den Schusseintrag steigt.
Dies hat insbesondere bei breiten Webmaschinen und hohen Maschinengeschwindigkeiten
Bedeutung.
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Außerdem kann
im oberen und im unteren Umkehrbereich auf Pendelbetrieb umgeschaltet
werden, wozu die Kupplungseinrichtung
12 dient. Dieser Vorgang
ist detailliert in der
DE
103 43 377 B3 beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird.
Durch die Kombination der Kupplungseinrichtung
12 mit dem Unrundzahnradgetriebe
14 wird
im oberen oder unteren Umkehrbereich des Webschafts
1 ein
weiches Umschalten erreicht. Der Webschaft
1 kann beliebig lange
im Pendelbetrieb verharren und ohne Reduktion der Drehzahl der Antriebswelle
15 wieder
aktiviert, d.h. eingeschaltet werden. Das Umschalten der Schaltklinke
32 erfolgt
dann in einem Moment, in dem die Kupplungsscheiben
29,
30 kurzzeitig
weitgehend synchron laufen.
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Die
erfindungsgemäße Schaftmaschine 1 kombiniert
eine herkömmliche
Schaftmaschine 2 mit einem Unrundzahnradgetriebe 14 zur
gezielten Verlängerung
der Verharrungszeiten des Webschafts 1 im oberen oder unteren
Umkehrbereich und zur Reduktion auftretender Beschleunigungen. Dies
ermöglicht
eine Steigerung der Webgeschwindigkeit bzw. der Webbreiten. Bei einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
ist zusätzlich
eine Kupplungseinrichtung 12 vorgesehen, die dem Webschaft 1 in
Ruhephasen, d.h. wenn keine Fachbildung vorgenommen werden soll,
eine Pendelbewegung mit einem Hub von wenigen Millimetern bis Zentimetern
erteilt. Durch die schwingende Bewegung des Webschafts 1 im
oberen oder unteren Umkehrbereich können die Beschleunigungsbelastungen
des Webschafts 1 weiter reduziert werden.
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- 1,
1a, 1b
- Webschaft
- 2
- Schaftmaschine
- 3
- Gestänge, Hebelgetriebe
- 4
- Litzen
- 5
- Pfeil
- 6,
6a, 6b
- Abtrieb,
Schwinge
- 7
- Pfeil
- 8
- Lenker
- 9,10
- Winkelhebel
- 11
- Verbindungsstange
- 12,
12a, 12b
- Kupplungseinrichtungen
- 13
- Welle
- 14
- Unrundzahnradgetriebe
- 15
- Antriebswelle
- 16
- Antriebsquelle
- 17
- Getriebe
- 18
- Exzenterwelle
- 19
- Exzenter
- 20
- Pleuel
- 21,22
- Eingangswellen
- 23,24
- Stirnräder
- 25
- Schwungmasse
- 26
- Nocken
- 27
- Kurvenfolger
- 28
- Pendelantrieb
- 29,
30
- Kupplungsscheibe
- 31
- Scheibe
- 32
- Schaltklinke
- 33,
34
- Schalthebel
- 35
- Schaltfinger
- 36
- Betätigungshebel
- 37,
38
- Elektromagnete
- 39,
40
- Federn
- I,
II
- Kurven