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Die
Erfindung betrifft eine Hülsenkupplung für eine Spindel
einer Spinn-, Zwirn- oder Umspulmaschine, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, und eine Spindel für
eine Spinn-, Zwirn- oder Umspulmaschine mit einer Hülsenkupplung,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Eine derartige Hülsenkupplung ist
beispielsweise aus der
CH 403
584 bekannt.
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Hülsenkupplungen
dienen zur Herstellung einer drehmomentübertragenden lösbaren Verbindung
zwischen einer mit hoher Drehzahl antreibbaren Spindel einer Spinn-,
Zwirn- oder Umspulmaschine und einer zur Aufnahme oder Abgabe eines
Fadens ausgebildeten und auf die Spindel entfernbar aufgesteckten
Hülse,
um somit die Rotationsbewegung der Spindel auf die Hülse zu übertragen.
Zur Vermeidung von Unwuchten, unerwünschten Schwingungen, hohem
Verschleiss, erhöhtem
Energieaufwand, übermässigen Lärmbelastungen
und ungleichmässigem
Kopsaufbau sollte die Hülsenkupplung
eine stets zentrische Anordnung der Hülse auf der rotierenden Spindel
ermöglichen.
Dies ist vor allem bei elastischen Hülsen aus Kunststoff oder Pappe
problematisch, da die bei hohen Spindeldrehzahlen auf die Hülse wirkende
Zentrifugalkraft zu einer Vergrösserung
des Innenradius der Hülse
führt. Andererseits
kann die Einschnürung
der Hülse
insbesondere durch schwere Zwirne oder Bauschgarne eine Verminderung
des Innenradius der Hülse
und ein Festklemmen der Hülse
auf der Spindel zur Folge haben. Bei Stillstand der Spindel muss
die über
die Hülsenkupplung
erfolgende Verbindung zwischen der Spindel und der Hülse derart
sein, dass ein problemloses Abheben und Aufstecken der insbesondere
einen Kops tragenden Hülse
in axialer Richtung möglich
ist. Die Funktionsfähigkeit
der Hülsenkupplung
darf selbst bei Verschmutzung nicht beeinträchtigt werden. Auch im Falle
eines Rotierens der Spindel ohne aufgesteckte Hülse muss sichergestellt sein,
dass die aufgrund der hohen Drehzahlen erhebliche Zentrifugalkraft
nicht zum einem Zerbersten der Hülsenkupplung
und zu einem Lösen
einzelner Bestandteile der Hülsenkupplung
von der Spindel führen
kann. Dies hätte
zur Folge, dass Teile unkontrolliert mit hoher Geschwindigkeit von
der Spindel weggeschleudert werden würden und das Bedienpersonal
somit einer erheblichen Verletzungsgefahr aussetzt wäre.
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Unterschiedliche
Hülsenkupplungen
sind in mannigfachen Ausführungsformen
aus dem Stand der Technik bekannt. Die Hülse wird in einer bekannten
Ausführungsvariante
durch federnde oder elastische Elemente zentriert und gleichzeitig
mitgenommen, in einer anderen wird die Zentrierung und Mitnahme
durch Kupplungsglieder unter Einwirkung der Zentrifugalkraft erreicht.
Bei beiden Ausführungsvarianten
ist es möglich,
entweder eine kraftschlüssige oder
eine formschlüssige
Verbindung zwischen Spindel und Hülse herzustellen, gegebenenfalls
auch Kraft- und Formschluss gleichzeitig. Ein genereller Vorteil
bei formschlüssigen
Verbindungen besteht darin, dass ein Schlupf zwischen Spindel und
Hülse weitgehend
vermieden werden kann. Einen Nachteil bei einem Formschluss bildet
jedoch die Notwendigkeit, eine speziell geformte Hülse einzusetzen,
die Aussparungen oder Vorsprünge
bevorzugt auf ihrer Innenfläche
aufzuweisen hat. Eine kraftschlüssige Verbindung
geht in der Regel auch mit einem diskreten Eingreifverhalten einher,
so dass der Formschluss beim Aufsetzen der Hülse auf die Spindel nur in
bestimmten Stellungen möglich
ist. Kommen hierbei die zum Ineinandergreifen bestimmten Abschnitte exakt
aufeinander zu liegen, so lässt
sich die Hülse nicht
vollständig
auf die Spindel setzten. Erst beim Verdrehen der Hülse zur
Spindel erfolgt das Einrasten. Vor allem beim vollautomatischen
Doffen ist dieser unerwünschte
Effekt problematisch. Werden Hülse
und Spindel ausschliesslich kraftschlüssig verbunden, kann die Hülse kostengünstig rotationssymmetrisch
ausgebildet und flexibel eingesetzt werden.
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Die
deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE
73 30 642 beschreibt eine Hülsenkupplung, die im Wesentlichen
aus drei federbelasteten, in Ausnehmungen der Spindel angeordneten
Druckknöpfen,
die von der Aussenwand des Spindeloberteils abragen und sich zur
Zentrierung der Hülse
gegen deren Innenseite anlegen, und einer separaten formschlüssigen Verbindung
zur Übertragung
der Antriebskraft in Form von Profilierungen im Bereich des äusseren Endes
an der Spindel und der Hülse
besteht. Die Druckknöpfe
hintergreifen mit einem Rand eine Hinterschneidung der Ausnehmungen,
so dass ihr radialer Weg nach aussen begrenzt ist und sie gegen
ein Herausfallen gesichert sein sollen. Ein Problem bei einer derartigen
Ausführungsform
besteht darin, dass schwierig herstellbare, mit Hinterschneidungen versehene
Ausnehmungen in der Spindel ausge formt sein müssen. Um eine Montierbarkeit
der Druckknöpfe
zu ermöglichen,
sind die Druckknöpfe elastisch
ausgeführt,
um sie von aussen mit einem Spezialwerkzeug in die Ausnehmungen
und hinter die Hinterschneidungen einführen zu können. Ein Herausfliegen der
elastischen Druckknöpfe
trotz der hohen Zentrifugalkraft bei Betrieb der Spindel ohne Hülse muss
jedoch auch im Falle einer Ermüdung des
elastischen Materials oder unsachgemässer Montage auf jeden Fall
vermieden werden, um das Bedienpersonal nicht zu gefährden. Beim
Abziehen der vollen Hülse
und beim Aufsetzen einer neuen Hülse
muss die bei den Druckknöpfen
wirksame Federkraft überwunden
werden. Dies führt
insbesondere beim automatischen Doffen zu Problemen, weil die Hülse über den
Widerstand der Hülsenkupplung
in eine vorgegebene axiale Position gedrückt werden muss, was mit automatischen
Einrichtungen kaum zuverlässig
durchführbar
ist. Auch die zusätzliche, diskret
eingreifende, drehmomentübertragende, formschlüssige Verbindung
ist für
das automatische Doffen aus den oben genannten Gründen problematisch.
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Eine ähnliche
Hülsenkupplung
zeigt die
DE 42 17 381 .
Hier greifen federbelastete Druckknöpfe in Ausnehmungen der Innenseite
der Hülse,
so dass die Druckknöpfe
neben einer Zentrierwirkung auch – vergleichbar mit einer Fliehkraftkupplung – die Funktion
der Drehmomentübertragung
erfüllen.
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In
der
US 3,327,466 wird
eine Hülsenkupplung
beschrieben, bei welcher radial verschiebbare Knöpfe durch das Wirken der Zentrifugalkraft
gegen die Innenseite der Hülse
gedrückt
werden. Die Knöpfe
werden zur Montage durch einen in das obere Stirnende des Spindeloberteils
eingearbeiteten Hohlraum von innen in die in der Seitenwand des
Spindeloberteils vorgesehenen Öffnungen
eingeführt
und der Hohlraum im Anschluss durch einen Deckel verschlossen. Zwar
besteht durch diese Montageweise kaum die Gefahr des Herausfliegens
der Knöpfe,
jedoch sind die Montage und die Konstruktion der Spindel unverhältnismässig aufwendig.
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Die
DE 195 37 762 zeigt eine
Hülsenkupplung
mit einem die Aussenkontur der Spindel unterschreitenden, zur Spindel
um die Spindellängsachse frei
drehbaren Ring. Dieser Ring weist drei radiale Durchbrüche auf,
innerhalb welcher je eine frei bewegliche Kugel angeordnet ist.
Die Spindel ist im Bereich des Rings mit derart ausgeformten Abflachungen
versehen, dass durch ein Verdrehen des Rings gegenüber der
Spindel die Kugeln durch die Durchbrüche nach Aussen verschoben
werden und somit gegen die Innenfläche der Hülse drücken. Somit übt nicht
nur die Zentrifugalkraft, sondern auch das Beschleunigen der Spindel
eine radiale Kraft auf die Kugeln aus. Die Hülse wird hierdurch zentriert
und mitgenommen. Einen wesentlichen Nachteil dieser Lösung stellt
insbesondere die aufwendige Konstruktion dar.
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Aus
der
CH 403 584 ist eine
Hülsenkupplung mit
drei in einem Hohlraum radial beweglich angeordneten Kugeln bekannt.
Dieser Hohlraum wird von drei in der Spindel lotrecht zur Spindelachse
zylindrisch ausgeformten, zusammenlaufenden Kanälen gebildet, die in Umfangsrichtung
durch einen die Spindel umgebenden flexiblen Ring verschlossen sind,
gegen dessen Innenseite sich die Kugeln anlegen können. Der
Hohlraum ist von oben mittels eines Spindelendstücks verschlossen. Bei Rotation
der Spindel werden die Kugeln nach aussen gegen den Ring gedrückt, der
infolge seiner Flexibilität
nachgibt und sich im Bereich der anliegenden Kugeln gegen die Innenwand
der Hülse
anlegt. Ein Nachteil dieser Konstruktion liegt sowohl in ihrem verhältnismässig aufwendigen
Aufbau, als auch in der ungleichmässigen Verteilung der Fliehkraft
auf den flexiblen Ring, gegen den sich die Kugeln anliegen, so dass
starke Unwuchten insbesondere bei Betrieb der Spindel ohne Hülse entstehen
können.
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Eine
Hülsenkupplung
für eine
formschlüssige
Verbindung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 41 31 498 A1 bekannt.
Hier stehen am Aussenumfang des Spindeloberteils kappenartige Knöpfe ab,
die sich an eine Längsnut
der Spulenhülse
unter der Fliehkraftwirkung anlegen können. Zur Erhöhung der
Fliehkraft sind bewegliche Kugeln vorgesehen, die von innen auf
die kappenartigen Knöpfe
wirken.
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In
der
EP 0 392 338 und
der
DE 102 48 929 werden über reinen
Formschluss wirkende Hülsenkupplungen
offenbart, bei welchen mittels Aussparungen und Vorsprünge an Spindel
und Hülse
keine radial beweglichen Teile zum Einsatz kommen.
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In
der
DE 34 26 858 wird
eine Spindel mit einer innerhalb der Spindel axial verschiebbaren
Spannachse und wenigstens einem durch die Spannachse betätigten,
radial expandier- und kontrahierbaren, an der Innenwand der Hülse angreifenden
Spannelement offenbart. Dieses Spannelement besteht aus gummielastischem
Material und wird durch die axiale Verschiebung der Spannachse bei
gleichzeitiger radialer Ausdehnung derart zusammengedrückt, dass es
sich gegen die Innenwand der Hülse
anpresst. Diese Hülsenkupplung
ist somit ausschliesslich fremdbetätigbar.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hülsenkupplung
zu schaffen, mittels welcher bei gleichzeitig verhältnismässig einfachem und
wenige Bauteile erforderndem Aufbau ein leichtes und sicheres Aufstecken
und Abnehmen der Hülse
auf die Spindel, ein zuverlässiges Übertragen
der Rotationsbewegung der Spindel auf die Hülse und bei Rotation der Spindel
ohne aufgesteckte Hülse
ein gefahrloser Betrieb, jeweils ohne Auftreten von Unwuchten, ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale,
die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden,
sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
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Der
elastische Ring ist bevorzugt gummielastisch. Die erfindungsgemässe Hülsenkupplung weist
einen elastischen Ring auf, der die Spindel einer Spinn-, Zwirn-
oder Umspulmaschine in demjenigen Bereich umschliesst, auf welchem
eine zur Aufnahme oder Abgabe eines Fadens bestimmte Hülse auf
die Spindel entfernbar aufsteckbar ist. Unter dem Begriff des Rings
ist nicht nur ein kreisförmiger
Körper
mit einem kreisförmigen
Querschnitt zu verstehen, sondern auch ein beliebig anders geformter, gürtelartiger
Körper
beliebigen, insbesondere rechteckigen, trapezartigen, dreieckigen
oder sonstigen Querschnitts, also auch eine Zylindermantelfläche. Dieser
Körper
ist bevorzugt entlang seinem Umfang geschlossen, alternativ jedoch
auch beispielsweise an einer Stelle geöffnet und somit aufbiegbar
ausgestaltet. Der im aufgesteckten Zustand der Hülse von selbiger umschlossene
Abschnitt der gesamten Spindel wird im Folgenden allgemein als Spindel
bezeichnet. Hierfür
werden in der Praxis auch andere Begriffe, wie beispielsweise Schaft
oder Spindeloberteil verwendet. Der elastische Ring ist vorzugs weise
in einer Ausnehmung der Spindel, insbesondere einer Umfangsnut,
angeordnet und somit vor axialer Verschiebung entlang der Spindelachse
gesichert. Der Ring ist zumindest in Umfangsrichtung und/oder in radialer
Richtung elastisch, so dass er bei Rotation um seine Ringachse unter
Fliehkraft radial nach aussen expandiert und somit der äussere Durchmesser des
Rings zunimmt. Der elastische Ring besteht beispielsweise aus elastischem
Naturkautschuk oder Synthesekautschuk, insbesondere Gummi, und weist auf
seiner Aussenseite vorzugsweise eine Oberflächenbeschaffenheit auf, die
in Kombination mit der korrespondierenden Innenfläche der
Hülse eine
ausreichend hohe Reibungszahl zur Mitnahme der Hülse aufweist. Das E-Modul (Elastizitätsmodul)
des elastischen Ringes kann z. B. kleiner 1 GPa, insbesondere kleiner
0.1 GPa betragen (1 GPa = 109 N/m2).
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Erfindungsgemäss ist mindestens
ein Expansionsbegrenzungsring vorgesehen, der den elastischen Ring
in einem Teilabschnitt umgibt. Der Expansionsbegrenzungsring ist
im Wesentlichen konzentrisch zum elastischen Ring angeordnet. Der
vom Expansionsbegrenzungsring umgebene Teilabschnitt liegt in radialer
Richtung von der Ringachse zum Expansionsbegrenzungsring innerhalb
der von letzterem umgebenen Fläche,
wobei auf einer von der Ringachse senkrecht durchstossenen virtuellen Ebene
entweder der gesamte elastische Ring vom Expansionsbegrenzungsring
umschlossen wird oder nur ein Teilabschnitt. Der vom Expansionsbegrenzungsring
umgebene Teilabschnitt des elastischen Rings kann sich somit, bezogen
auf den nicht umgebenen Restabschnitt, entweder in Umfangsrichtung und/oder
axial versetzt und/oder nach innen radial versetzt zum Restabschnitt
befinden, liegt also in Umgangsrichtung bzw. entlang der Ringachse
vor, nach oder zwischen bzw. entlang der radialen Richtung innerhalb
des Restabschnitts.
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Unter
einem Teilabschnitt oder Restabschnitt des elastischen Rings ist
auch jeweils eine Mehrzahl an Abschnitten zu verstehen.
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Erstreckt
sich der Teilabschnitt, bezogen auf den Restabschnitt, in Umfangs-
und/oder axialer Richtung, so umgibt der Expansionsbegrenzungsring den
elastischen Ring beispielsweise gitterartig oder mäanderartig
in Form von in Umfangs- und/oder axialer Richtung alternierend geschlossenen
und offenen Bereiche, die im Folgenden als Aussparungsbereich bezeichnet
werden. Ausserdem besteht die Möglichkeit,
dass der Expansionsbegrenzungsring den elastischen Ring gürtelförmig in
Form eines Rings oder eines Zylindermantels, insbesondere Kreiszylindermantels,
der entlang seinem Umfang auch eine Trennfuge aufweisen kann, von
aussen umgibt. Somit wird nur ein Teil der nach aussen weisenden
Fläche
des elastischen Rings von dem Expansionsbegrenzungsring umgeben.
Der Expansionsbegrenzungsring liegt in diesem Fall entweder direkt
auf einem Teil der nach aussen weisenden Fläche des nicht expandierten
elastischen Rings auf oder ist um den elastischen Ring geringfügig beabstandet
mit einem Zwischenspalt angeordnet.
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Erstreckt
sich hingegen der Teilabschnitt, bezogen auf den Restabschnitt,
auch radial nach innen, so ragt zumindest ein Teil des elastischen
Rings über den
Expansionsbegrenzungsring nach aussen hinaus. In diesem Fall ist
der Expansionsbegrenzungsring beispielsweise im elastischen Ring
integriert.
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Der
Expansionsbegrenzungsring ist im Verhältnis zum elastischen Ring
derart fliehkraftstarr, dass bei gleicher Drehzahl die Durchmesserzunahme
des Expansionsbegrenzungsrings wesentlich geringer oder zumindest
ab einem vorgegebenen Dehnungszustand des Expansionsbegrenzungsrings
wesentlich geringer ist als die des elastischen Rings.
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Es
ist möglich,
den Expansionsbegrenzungsring als ein einzelnes Teil oder ein mehrstückiges Element
auszubilden. Alternativ kann der Expansionsbegrenzungsring ein integraler
Bestandteil eines anderen Elements, beispielsweise der Spindel, sein.
Die Spindel kann derart ausgebildet sein, dass ein Abschnitt der
Spindel, z.B. ein Absatz in einer Ringnut, als Expansionsbegrenzungsring
wirkt. Die Nut ist bevorzugt eine ein- oder zweiseitig hinterschnittene Nut,
bei welcher z. B. eine oder zwei Begrenzungsflächen der hinterschnittenen
Nut Begrenzungsflächen
des Expansionsbegrenzungsringes ausbilden. Die hinterschnittene
Nut kann T- oder C-förmig
oder schwalbenschwanzförmig
ausgebildet sein. Ein Vorteil einer konisch schwalbenschwanzartigen
Ausgestaltung der Umfangsnut besteht darin, dass die Konizität zentrierend
für den
elastischen Ring wirkt. Alternativ ist es unter anderem möglich, anstelle
der konischen Hinterschneidung einen abgerundeten Hinterschnitt
zu wählen.
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Der
Expansionsbegrenzungsring kann ein E-Modul von z. B. grösser 1 GPa,
insbesondere grösser
10 GPa aufweisen. Der Expansionsbegrenzungsring kann z. B. aus einem
Metall, wie Aluminium oder Stahl, oder einem Kunststoff bzw. verstärkten Kunststoff
bestehen.
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Der
Aussendurchmesser des elastischen Rings und der des Expansionsbegrenzungsrings sind
derart, dass im nicht durch Fliehkraft expandierten Zustand des
elastischen Rings die Hülse über die Spindel
und die dort angeordnete Hülsenkupplung ohne
grösseren
Widerstand schiebbar ist. Der Aussendurchmesser des nicht expandierten
elastischen Rings kann somit kleiner oder gleich dem Innendurchmesser
des entsprechenden Abschnitts der Hülse sein, so dass anfangs kein
Kontakt zwischen dem elastischen Ring und der Hülse besteht, oder er ist geringfügig grösser, so
dass es zu einem Zusammenpressen des elastischen Rings beim Aufschieben
der Hülse
auf die Spindel kommt. Im letzteren Fall bewirkt der elastische
Ring bereits die Mitnahme der Hülse.
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Erfolgt
ein Antreiben der Spindel, wirkt auf den elastischen Ring aufgrund
der Fliehkraft eine radial nach aussen gerichtete Kraft, so dass
der elastische Ring zur Expansion nach aussen neigt. Diese Expansion
wird jedoch in dem von dem Expansionsbegrenzungsring umgebenen Teilabschnitt
nach aussen vollkommen verhindert oder ab einem vorgegebenen Dehnungszustand
des Expansionsbegrenzungsrings und/oder einer vorgegebenen Expansion des
elastischen Rings begrenzt. Der nicht vom Expansionsbegrenzungsring
umgebene Restabschnitt des elastischen Rings kann der Fliehkraft
jedoch nachgeben, expandiert somit nach aussen und bewirkt eine
Zunahme des Aussendurchmessers des elastischen Rings. Hierdurch
kommt es zu einem Kontakt zwischen dem elastischen Ring und der
Innenfläche
der Hülse,
sofern zuvor noch kein solcher Kontakt bereits durch das Aufschieben
der Hülse
vorhanden war, und zu einem Anpressen des elastischen Rings auf
die Innenfläche
der Hülse.
Durch dieses entlang dem gesamten Umfang des elastischen Rings gleichmässig radial
nach aussen erfolgende Anpressen wird die Hülse gegenüber der Spindel zentriert bzw.
koaxial fixiert, so dass die Hülsenachse
und die Spindelachse aufeinander liegen und Unwuchten somit vermieden
werden. Ausserdem wird die insbesondere lose von oben auf die Spindel
gesteckte Hülse
in axialer Richtung fixiert, so dass im Falle von axialen Kräften auf
die Hülse
beispielsweise während
der Aufnahme oder Abgabe des Fadens ein Anheben der Hülse nach
oben vermieden wird. Weiters wird eine drehmomentübertragende,
sich automatisch durch Rotation der Spindel herstellende Verbindung
zwischen der Spindel und der Hülse
bewirkt, die eine Mitnahme der Hülse
ermöglicht.
Im Rahmen der Erfindung kann diese drehmomentübertragende Verbindung im Wesentlichen die
einzige oder lediglich eine weitere drehmomentübertragende Verbindung zwischen
Spindel und Hülse sein.
Selbstverständlich
ist es möglich,
dass neben dieser zumindest untergeordnet drehmomentübertragende
Verbindung weitere, insbesondere formschlüssige drehmomentübertragende
Verbindungen vorgesehen sind. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin,
dass mittels der Hülsenkupplung
sowohl ein Unwuchten verhinderndes Zentrieren und ein axiales Fixieren
der Hülse
bei Rotation der Spindel bei gleichzeitigem Herstellen einer drehmomentübertragenden
Verbindung ermöglicht
wird. Bei erneutem Stillstand der Spindel nimmt der elastische Ring
wieder seine ursprüngliche
Form ein, so dass sein Aussendurchmesser abnimmt, der Anpressdruck
auf die Innenfläche
der Hülse
reduziert wird, gegebenenfalls der Kontakt zwischen dem elastischen
Ring und der Innenfläche
der Hülse
unterbrochen wird und die Hülse
von der Spindel ohne eine gesonderte Entriegelung abgenommen werden
kann.
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In
der Praxis ist es insbesondere aufgrund der Tatsache, dass bei zahlreichen
Spinn-, Zwirn- oder Umspulmaschine ein einziger Antrieb eine Vielzahl
von Spindeln gemeinsam antreibt und ein Deaktivieren einer unbestückten Spindel
oft versehentlich unterbleibt, kaum vermeidbar, dass eine Spindel ohne
eine aufgesetzte Hülse
betrieben wird. Um in diesem Fall ein übermässiges Expandieren des elastischen
Rings zu verhindern, das beispielsweise ein Herausspringen des elastischen
Rings aus der Umfangsnut der Spindel, eine axiale Deplatzierung,
ein Beschädigen,
Reissen oder Zerbersten des elastischen Rings und somit eine durch
das radiale Wegschleudern des elastischen Rings hervorgerufene Gefährdung für das Bedienpersonal
zur Folge haben könnte,
ist der Expansionsbegrenzungsring vorgesehen, der die radiale Expansion
begrenzt. Durch die oben beschriebene Anordnung, die ein Umgeben
eines Teilabschnitts des elastischen Rings vorsieht, wird der elastische
Ring in diesem Teilabschnitt an der Expansion nach aussen gehindert,
so dass eine übermässige Durchmesserzunahme
bei Betrieb der Spindel ohne aufgesetzte Hülse vermieden wird. Die Expansion
ist begrenzt auf denjenigen Restabschnitt des elastischen Rings,
der nicht vom Expansionsbegrenzungsring umgeben wird. Dieser Restabschnitt ermöglicht somit
das Herstellen des Kontakts bzw. das Anpressen eines Teils des elastischen
Rings auf die Innenfläche
der Hülse,
während
der umgebene Teilabschnitt, der mit dem Restabschnitt den elastischen
Ring bildet, die Expansion nach aussen begrenzt. In einer möglichen
Ausführungsform
ist der Expansionsbegrenzungsring vorgegeben begrenzt – insbesondere
elastisch – nachgiebig
ausgebildet, so dass der Expansionsbegrenzungsring zunächst die Expansion
des umgebenen Teilbereichs des elastischen Rings zulässt. Ab
einer vorgegebenen Dehnung des Expansionsbegrenzungsrings ist dieser
jedoch nicht weiter dehnbar, wodurch eine weitere Zunahme des Aussendurchmessers
des Expansionsbegrenzungsrings und des Teilbereichs des elastischen
Rings verhindert wird. Eine derartige Eigenschaft des Expansionsbegrenzungsrings
ist beispielsweise mittels einer lang gezogenen Spiral- oder Zickzackringfeder
realisierbar, deren maximale Dehnbarkeit durch die Länge des
vollständig
auseinander gezogenen Drahtrings bestimmt ist. Eine derartiger Expansionsbegrenzungsring
ist insbesondere im Falle einer Integrierung des Expansionsbegrenzungsrings
in den elastischen Ring vorteilhaft. Der Expansionsbegrenzungsring
kann jedoch auch auf der Innenseite, d.h. der zur Spindel gerichteten
Seite des elastischen Ringes angeordnet und mit diesem verbunden,
z. B. vergossen, sein.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels der erfindungsgemässen Hülsenkupplung
bei einem verhältnismässig einfachen
und wenige Bauteile erfordernden Aufbau ein leichtes und sicheres Aufstecken
und Abnehmen der Hülse
auf die Spindel ermöglicht
wird, da die drehmomentübertragende Verbindung über Fliehkraft
bewirkt werden kann. Somit ist ein zuverlässiges Übertragen der Rotationsbewegung
der Spindel auf die Hülse
bei gleichzeitigem Zentrieren und axialen Fixieren der Hülse auf
der Spindel möglich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei Rotation
der Spindel ohne aufgesteckte Hülse
ein gefahrloser Betrieb, jeweils ohne Auftreten von Unwuchten, ermöglicht wird,
da der Expansionsbegrenzungsring der erfindungsgemässen Hülsenkupplung
eine übermässige Expansion
des elastischen Rings radial nach aussen begrenzt und somit ein
Beschädigen,
Deplatzieren oder Wegschleudern des elastischen Rings von der Spindel
verhindert wird.
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Die
Erfindung kann grundsätzlich
sowohl auf Spinn-, wie auf Vorspinn-, Zwirn-, Umspul- oder anderen Maschinen,
die eine Hülsenaufnahme
für ein beliebiges
Wickelgut aufweisen, angewandt werden, denen die oben beschriebene
Aufgabe zugrunde liegt. Unter dem Begriff des Spinnens im Sinne
der Erfindung ist stets auch das Zwirnen zu verstehen, wobei anstelle
einer Fadenaufnahme auch eine Fadenabgabe von einer Fadenspule erfolgen
und der Faden allgemein von einem Wickelgut, insbesondere einem
Garn, Zwirn, Gewebe, Band, Nonwovens oder Kabel, gebildet werden
kann.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch
dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen
rein beispielhaft näher
beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird.
Im Einzel nen zeigen:
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1a eine
Spindel mit einer erfindungsgemässen
Hülsenkupplung
und einer aufgesteckten Hülse;
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1b eine
Detailansicht des oberen Abschnitts der Spindel ohne die Hülsenkupplung
und die Hülse;
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2a eine
erste Ausführungsform
der Hülsenkupplung
im demontierten Zustand in einer Schrägansicht;
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2b die
erste Ausführungsform
der Hülsenkupplung
im montierten Zustand in einer Schrägansicht;
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2c die
erste Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit aufgesteckter Hülse
in einer Draufsicht bei stillstehender Spindel;
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2d die
erste Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit aufgesteckter Hülse
in einer Draufsicht bei rotierender Spindel;
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2e die
erste Ausführungsform
der Hülsenkupplung
ohne aufgesteckte Hülse
in einer Draufsicht bei rotierender Spindel;
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3a eine
zweite Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit aufgesteckter Hülse
in einer Draufsicht bei stillstehender Spindel;
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3b die
zweite Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit aufgesteckter Hülse
in einer Draufsicht bei rotierender Spindel;
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3c die
zweite Ausführungsform
der Hülsenkupplung
ohne aufgesteckte Hülse
in einer Draufsicht bei rotierender Spindel;
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4a eine
dritte Ausführungsform
der Hülsenkupplung
im demontierten Zustand in einer Schrägansicht;
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4b die
dritte Ausführungsform
der Hülsenkupplung
im montierten Zustand in einer Schrägansicht;
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5a eine
vierte Ausführungsform
der Hülsenkupplung
in einer Schrägansicht;
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5b die
vierte Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit aufgesteckter Hülse
in einer Draufsicht bei stillstehender Spindel;
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5c die
vierte Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit aufgesteckter Hülse
in einer Draufsicht bei rotierender Spindel;
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5d die
vierte Ausführungsform
der Hülsenkupplung
ohne aufgesteckte Hülse
in einer Draufsicht bei rotierender Spindel;
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6a eine
fünfte
Ausführungsform
der Hülsenkupplung
mit einem als integraler Bestandteil der Spindel ausgebildeten Expansionsbegrenzungsring bei
stillstehender Spindel; und
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6b die
fünfte
Ausführungsform
der Hülsenkupplung
bei rotierender Spindel.
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In 1a ist
eine um die Spindelachse 12 rotierbare Spindel 2 einer
Spinn-, Zwirn- oder Umspulmaschine 3 und ein auf die Spindel 2 geschobene Hülse 4 zur
Aufnahme oder Abgabe eines Fadens 13 dargestellt. Die Spindel 2 besitzt
eine konische Grundform. In einem oberen Abschnitt der Spindel 2 ist
eine erste Ausführungsform
einer Hülsenkupplung 1a angeordnet,
die eine lösbare
drehmomentübertragende
Verbindung zwischen der Spindel 2 und der Hülse 4 bewirkt.
Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Spindel 2 und
der Hülse 4 wird
bereits durch das Aufschieben der Hülse 4 auf die Spindel 2 schwerkraftbedingt
eine reibschlüssige
drehmomentübertragende
Verbindung geschaffen, wobei die Achsen der Hülse 4 und der Spindel 2 in
der Spindelachse 12 aufeinander liegen. Diese schwerkraftbedingte drehmomentübertragende
Verbindung ist jedoch zur Übertragung
eines grösseren
Drehmoments nicht ausreichend, weshalb es zu Schlupf kommen würde. Ausserdem
bestünde
die Gefahr, dass die Hülse 4 aufgrund
externer Einflüsse
nach oben abhebt und es somit zu Unwuchten kommt. Dies wird mittels
der Hülsenkupplung 1a verhindert,
denn sobald die Spindel 2 in Rotation versetzt wird, expandiert
die Hülsenkupplung 1a radial
nach aussen, so dass eine radial auf die Innenfläche der Hülse wirkende Kraft von der Spindel 2 über die
Hülsenkupplung 1a auf
die Hülse 4 ausgeübt wird.
Hierdurch wird bei Rotation der Spindel 2 nicht nur eine
für hohe
Drehzahlen und die auf der Hülse 4 stattfindende
Aufnahme oder Abgabe des Fadens 13 geeignete Verbindung
geschaffen, sondern die Hülse 4 wird
ausserdem in ihrem oberen Abschnitt zentrisch fixiert und vor einer
axialen Verschiebung nach oben gesichert. Es ist möglich, die konische
Ausgestaltung der Spindel 2 und der Hülse 4 derart zu wählen, dass
zwischen der Hülse 4 und der
Spindel 2 im oberen Abschnitt der Spindel 2, in welchem
die Hülsenkupplung 1a angeordnet
ist, Spiel besteht und das Zentrieren in diesem Bereich ausschliesslich
mittels der Hülsenkupplung 1a erfolgt.
Hiermit kann statische Überbestimmtheit
vermieden werden. Weiters ist es möglich, nicht nur im oberen
Abschnitt der Spindel 2, wie abgebildet, sondern auch im
unteren Abschnitt eine Hülsenkupplung anzuordnen.
Unterschiedliche Spindel- und Hülsengeometrien
und Hülsenkupplungsanordnungen
sind selbstverständlich
möglich.
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1b zeigt
eine Detailansicht auf den oberen Abschnitts der Spindel 2 aus 1a,
jedoch ohne die Hülsenkupplung 1a.
Zur Aufnahme der Hülsenkupplung 1a ist
eine Um fangsnut 11 vorgesehen. Zur Montierbarkeit der Hülsenkupplung 1a ist
die Spindel 2 zweiteilig trennbar ausgestaltet.
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In 2a wird
eine erste Ausführungsform der
Hülsenkupplung 1a im
demontierten Zustand und in 2b im
montierten Zustand in einer Schrägansicht
dargestellt. 2c zeigt die Hülsenkupplung 1a mit
auf die Spindel 2 aufgesteckter Hülse 4 in einer Draufsicht
im Querschnitt bei stillstehender Spindel 2. Aus Darstellungsgründen wird
die Spindel 2 innerhalb der Hülsenkupplung 1a nicht
gezeigt. Zwischen der Hülsenkupplung 1a und
der nicht dargestellten Spindel 2 besteht eine im Wesentlichen
drehfeste Verbindung.
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Die
drei 2a, 2b und 2c werden im
Folgenden gemeinsam beschrieben. Über einen unter Fliehkraft
radiale nach aussen expandierbaren elastischen Ring 5a ist
ein im Wesentlichen fliehkraftstarrer Expansionsbegrenzungsring 7a geschoben, der
die Aussenfläche 9a des
elastischen Rings 5a in einem Teilabschnitt 6a umgibt.
Die Achsen des Expansionsbegrenzungsrings 7a und des elastischen Rings 5a liegen
gemeinsam auf der Spindelachse 12, so dass der Expansionsbegrenzungsring 7a den elastischen
Ring 5a konzentrisch umgibt. Zwischen der Aussenfläche 9a des
elastischen Rings 5a und dem Expansionsbegrenzungsring 7a besteht
im gezeigten Ausführungsbeispiel
bei Spindelstillstand kein Kontakt, jedoch ist es alternativ möglich, dass der
Expansionsbegrenzungsring 7a bereits bei stillstehender
Spindel auf der Aussenfläche 9a des
elastischen Rings 5a aufliegt. Der Expansionsbegrenzungsring 7a hat
die Grundform eines Zylindermantels und weist entlang seinem Umfang
mehrere Aussparungsbereiche 8a in Form quadratischer Aussparungen
auf. Somit umgibt der Expansionsbegrenzungsring 7a die
Aussenfläche 9a des
elastischen Rings 5a nur in einem Teilabschnitt 6a,
nicht jedoch in den Aussparungsbereichen 8a, so dass sich
der Teilabschnitt 6a, bezogen auf den nicht umgebenen Restabschnitt 8a,
hauptsächlich
in Umfangsrichtung erstreckt und der Expansionsbegrenzungsring 7a den
elastischen Ring 5a gitterartig in Form von in Umfangsrichtung
alternierend geschlossenen und offenen Bereichen umgibt. Da der
Expansionsbegrenzungsring 7a jedoch an seinen beiden Rändern zwei vollständig umschliessende
Abschnitte aufweist, erstreckt sich der Teilabschnitt 6a,
bezogen auf den Restabschnitt 8a, in auch in axialer Richtung.
Zwischen dem Expansi onsbegrenzungsring 7a, dem elastischen
Ring 5a und der Spindel 2 besteht eine drehfeste
Verbindung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel berührt die
Innenfläche
der Hülse 4 im
Bereich der Hülsenkupplung 4 bei
stillstehender Spindel 2 weder den Expansionsbegrenzungsring 7a,
noch den elastischen Ring 5a.
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Die 2d und 2e zeigen
die Hülsenkupplung 1a aus 2c bei
rotierender Spindel 2. Der elastische Ring 5a' expandiert
aufgrund seiner Rotation unter Fliehkraft radial nach aussen, legt
sich mit seiner Aussenfläche 9a zunächst an
die Innenseite des Teilabschnitts 6a des Expansionsbegrenzungsrings 7a und
wird von diesem in seiner Expansion begrenzt. In den Aussparungsbereichen 8a kann
sich der expandierende elastische Ring 5a' jedoch weiter ausdehnen und tritt
durch diese Aussparungsbereiche 8a hindurch. Der hindurch
getretene expandierte elastische Ring 5a' legt sich aufgrund der Durchmesserzunahme
an die Innenfläche
der Hülse 4 an
und übt
auf diese eine radial nach aussen gerichtete Kraft aus. Hierdurch
wird eine drehmomentübertragende
Verbindung zwischen der Spindel 2 und der Hülse 4 bewirkt,
letztere gegenüber
der Spindelachse 12 zentriert und axial fixiert.
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Um
ein zur Herstellung des Kontakts zwischen dem durch die Aussparungsbereiche 8a hindurchtretenden
expandierten elastischen Ring 5a' und der Innenfläche der
Hülse 4 ausreichende,
fliehkraftbedingte Expansion zu ermöglichen, sollte der elastische
Ring 5a geeignete elastische Dehnungseigenschaften in Umfangs-
und axialer Richtung aufweisen.
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In 2e wird
die Hülsenkupplung 1a bei
rotierender Spindel 2 ohne aufgesteckte Hülse 4 gezeigt.
Da für
den durch die Aussparungsbereiche 8a hindurchtretenden
expandierenden elastischen Ring 5a'' keine
Gegenfläche
in Form der Hülse 4 existiert, ist
der maximale Aussendurchmesser des expandierten elastischen Rings 5a'' etwas grösser als im Falle der 2d.
Jedoch wird mittels der erfindungsgemässen Anordnung des Expansionsbegrenzungsrings 7a eine übermässige Expansion
des elastischen Rings 5a'' in radiale
Richtung nach aussen verhindert und ein Deplatzieren des elastischen Rings
durch übermässiges Hinaustreten
aus der Umfangsfuge 11 der Spindel (siehe 1b)
und Zerreissen des elastischen Rings 5a'' durch Überdehnung vermieden.
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In
der 3a, 3b und 3c ist
eine zweite Ausführungsform
einer Hülsenkupplung 1b, eine
modifizierte Ausführungsform
der Hülsenkupplung 1a,
wie in den 2c, 2d und 2e gezeigt,
veranschaulicht. Der Expansionsbegrenzungsrings 7b entspricht
demjenigen 7a der ersten Ausführungsform. Der elastische
Ring 5b weist zu den Aussparungsbereichen 8b des
Expansionsbegrenzungsrings 7b korrespondierende und durch
diese schon bei Spindelstillstand nach aussen ragende Vorsprünge 10b auf.
Der Aussendurchmesser dieser Vorsprünge 10b ist im nicht
expandierten Zustand des elastischen Rings 5b grösser als
der des Expansionsbegrenzungsrings 7b, jedoch geringer
als der Innendurchmesser des entsprechenden Abschnitts der Hülse 4.
In einer alternativen Ausführungsform
berühren
diese Vorsprünge 10b bereits
bei Spindelstillstand die Innenflächen der Hülse 4. Bei Rotation
der Spindel 2 (nicht dargestellt, siehe 1a)
expandiert der elastische Ring 5b', wodurch sich auch seine Vorsprünge radial
nach aussen bewegen, bis es zum Kontakt zwischen der Aussenseite 9b der
Vorsprünge 10b des
elastischen Rings 5b mit der Hülse 4 kommt, wie in 3b gezeigt.
Bei Betrieb ohne aufgesteckte Hülse 4,
siehe 3c, wird eine übermässige Expansion
des elastischen Rings 5b'' mittels des
Expansionsbegrenzungsrings 7b verhindert, da der den expandierten
elastischen Ring 5b'' umgebenen Teilabschnitt 6b die
Expansion nach aussen begrenzt, so dass eine Beschädigung oder
Deplatzierung des elastischen Rings 56" vermieden wird.
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Eine
weitere mögliche
Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Hülsenkupplung 1c zeigen die 4a und 4b.
Ein geschlossener elastischer Ring 5c wird von einem im
Wesentlichen fliehkraftstarren Expansionsbegrenzungsring 7c,
der eine Zylindermantelflächenform
aufweist, gürtelartig
eng in einem mittigen Teilabschnitt 6c umschlossen. Innerhalb
dieses Teilabschnitts 6c kann der eng umschlossene elastische
Ring 5c somit nicht radial nach aussen expandieren. Oberhalb
und unterhalb des Teilabschnitts 6a besteht jeweils ein
Aussparungsbereich 8c, innerhalb welchem der elastische
Ring 5c nach aussen expandierbar ist. Der Teilabschnitt 6c erstreckt
sich somit, bezogen auf den nicht umschlossenen Restabschnitt 8c,
in axialer Richtung in Form von zwei offenen Bereichen und einem
geschlossenen Bereich.
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Eine
vierte Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Hülsenkupplung
ist den 5a bis 5d zu
entnehmen. Während 5a eine
Schrägansicht
auf die Hülsenkupplung 1d zeigt
im demontierten Zustand zeigt, ist selbige mit aufgesteckter Hülse 4 (5b und 5c)
in einer Draufsicht bei stillstehender (Fig. 5b) bzw.
rotierender (5c und 5d) Spindel 2 (nicht
dargestellt, siehe 1a) im Querschnitt abgebildet.
Der elastische Ring 5d besitzt einen Kreisquerschnitt.
Innerhalb des elastischen Rings 5d befindet sich in Umfangsrichtung
mittig ein Expansionsbegrenzungsring 7d in Form einer ringförmigen Zickzackfeder,
die – begrenzt
durch die Drahtlänge
der Feder – in
Umfangsrichtung vorgegeben begrenzt dehnbar ist. Ab einem vorgegebenen
Dehnungszustand ist der vollständig expandierte
Expansionsbegrenzungsring 7d'' jedoch fliehkraftstarr,
sodass sein maximaler Durchmesser und Aussenumfang begrenzt ist.
Der Expansionsbegrenzungsring 7d ist beispielsweise im
elastischen Ring 5d vergossen. Somit umgibt der Expansionsbegrenzungsring 7d den
elastischen Ring 5d in einem inneren Teilbereich 6d,
der sich, bezogen auf den nicht umschlossenen Restabschnitt, radial
nach innen erstreckt, wobei sich ein Teil des elastischen Rings 5d ausserhalb
des Expansionsbegrenzungsrings 7d befindet. Die drehfeste
Fixierung des elastischen Rings 5d mit der Spindel 2 erfolgt
beispielsweise reibschlüssig
in der Umfangsfuge 11 der Spindel 2 (siehe 1b).
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Wird
die Spindel 2 mit aufgesteckter Hülse 4 angetrieben,
siehe 5c, so expandiert der elastische Ring 5d' zunächst im
Wesentlichen ungehindert vom noch nicht vollständig expandierten Expansionsbegrenzungsrings 7d' nach aussen,
bis sich der elastische Ring 5d' von innen an die Hülse 4 anlegt,
auf diese eine radial von innen gerichtete Kraft ausübt, die
Hülse 4 zentriert,
axial fixiert und die drehmomentübertragende
Verbindung bewirkt. Bei Betrieb der Spindel 2 ohne Hülse 4,
siehe 5d, expandiert der elastische
Ring 5d'' bis zur vollständigen Ausdehnung
des Expansionsbegrenzungsrings 7d'' nach
aussen. Ist letzterer vollständig
gedehnt, hindert der Expansionsbegrenzungsrings 7d'' den expandierten elastischen Ring 5d'' an einer weiteren, ungewollt übermässigen Expansion.
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In
den 6a und 6b ist
eine fünfte Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Hülsenkupplung 1e dargestellt,
bei welcher ein doppelter Expansionsbegrenzungsring 7e als
integraler Bestandteil der Spindel 2e ausgebildet ist.
Wie in 6a veranschaulicht, ist ein
elastischer Ring 5e derart in einer T-förmigen Umfangsnut 11e der
Spindel 2e angeordnet, dass beide Hinterschneidungsbereiche
der Umfangsnut 11e einen Teilabschnitt 6e des
elastischen Rings 5e konzentrisch umgebenden, während ein
Teil des elastischen Rings 5e in einem dazwischen liegenden
Aussparungsbereich 8e nach aussen ragt. Wird die Spindel 2e um
ihre Spindelachse 12e angetrieben, siehe 6b,
expandiert der elastische Ring 5e'' im
Aussparungsbereich 8e nach aussen, so dass es zu einer
Aussendurchmesserzunahme kommt, wobei der in der Spindel 2e ausgeformte
doppelte Expansionsbegrenzungsring 7e in dem Teilabschnitt 6e eine übermässige Expansion und
ein Wegschleudern des elastischen Rings 5e verhindert.
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Selbstverständlich sind
zahlreiche weitere Ausführungs-
und Anordnungsformen der erfindungsgemässen Hülsenkupplung realisierbar,
so dass sich die Erfindung keineswegs auf die hier dargestellten,
konkreten Ausführungsbeispiele
beschränkt.