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Die
Erfindung betrifft einen Spulenhalter zum Aufspannen einer Spulhülse
und Aufnahme einer gewickelten Fadenspule.
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Ein
gattungsgemäßer Spulenhalter ist aus der
US 4,458,850 bekannt.
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Zum
Aufwickeln von Fäden werden die gewickelten Fadenspulen üblicherweise
am Umfang einer Spulhülse gewickelt und gehalten. Die Spulhülsen werden
dabei durch einen Spulenhalter gehalten und angetrieben, wobei die
Spulenhalter lösbare Spanneinrichtungen aufweisen, so dass
die Spulhülsen zu Prozessbeginn und am Prozessende leicht
gewechselt werden können. Hierbei haben sich insbesondere
derartige Spulenhalter bewährt, bei welchen die Spulhülsen
auf ein freies auskragendes Ende des Spulenhalters aufgeschoben
werden. Die Spanneinrichtung zur Fixierung der Spulhülse
sind bei derartigen Spulenhaltern am Umfang einer Antriebswelle angeordnet.
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Aus
der
US 4,458,850 geht
ein solcher Spulenhalter hervor. Die am Umfang einer Antriebswelle ausgebildete
Spanneinrichtung wird durch mehrere Spannhülsen und mehrere
Spannringe gebildet, die jeweils einen umlaufenden Spannkragen aufweisen, der
zwischen den Spannhülsen hervorragt. Eine am Ende der Antriebswelle
gehaltene Spannhülse ist mit einem Spannkolben verbunden,
der in einer Führungsöffnung der Antriebswelle
geführt ist. Zum Fixieren einer am Umfang über
die Spannhülsen gestülpten Spulhülse
werden die Spannhülsen mittels des Spannkolbens am Umfang
der Antriebswelle derart gegen einen Anschlag verschoben, dass die sich
zwischen den Spannhülsen angeordneten Spannringe verformen
und dadurch am inneren Umfang der Spulhülsen eine Klemmkraft
erzeugen. Hierzu sind die Spannringe aus einem verformbaren sehr weichen
Werkstoff beispielsweise eines Elastomer gebildet.
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Bei
dem bekannten Spulenhalter müssen somit zur Erreichung
hoher Klemmkräfte insbesondere für die Fixierung
der Spulhülse mit gewickelter Fadenspule hohe Verformungen
an dem Spannring erzeugt werden. Die dadurch begünstigten
Ermüdungserscheinungen des Materials lassen somit nur geringe
Betriebszeiten derartiger Spulhalter zu. Bereits nach geringen Laufzeiten
des Spulenhalters wird ein Wechsel der Spannringe aufgrund von Materialverschleiß erforderlich.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung einen Spulenhalter der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, bei welcher die Spanneinrichtung mit hohen Standzeiten
wiederholend Spulhülsen sicher am Umfang einer Antriebswelle
verspannt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Spannring am Umfang einen durchgehenden Trennschlitz aufweist,
der sich zwischen zwei gegenüberliegenden Ringenden des Spannringes
erstreckt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen
der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die
Erfindung löst sich von dem Prinzip, dass die Erzeugung
der Radialkräfte zur Fixierung der Spulhülsen
allein aus der Materialverformung des Spannrings heraus erfolgt.
Die Erfindung nutzt im wesentlichen die geometrische Beschaffenheit
des Spannringes aus, um radiale Kräfte zum Spannen der
Spulhülsen zu erzeugen. Hierzu ist der Spannring am Umfang
an einer Stelle durchtrennt, so dass sich zwei in einem Trennschlitz
gegenüberliegende Ringenden des Spannringes ergeben. Damit
ist eine Aufweitung und Spreizung des Spannringes möglich, so
dass die wesentliche Spannkraft aus der Veränderung der
geometrischen Form des Spannringes heraus erfolgt. Dadurch lassen
sich relativ feste und harte Werkstoffe für den Spannring
verwenden, die entsprechend lange Standzeiten aufweisen.
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Um
am Umfang der Spulhülsen auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten
einen gleichmäßigen Spulenaufbau realisieren zu
können, ist gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung der Spannring in einem Bereich gegenüber liegend
zum Trennschlitz zumindest mit einer Massenausgleichsöffnung
versehen. Damit lassen sich die am Umfang der Antriebswelle gehaltenen
Massen des Spannrings gleichmäßig verteilen, so
dass größere Unwuchterscheinungen vermieden werden.
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Besonders
vorteilhaft ist hierbei die Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher
die Massenausgleichsöffnungen ihrer Größe
und/oder Anzahl derart bemessen ist, dass im gespannten Zustand
des Spannringes mit gespreizten Ringenden ein vollständiger
Massenausgleich am Umfang der Antriebswelle erzeugt ist. In jedem
Betriebszustand des Spulenhalters, ob zu Beginn der Aufwicklung
eines Fadens bei sehr hohen Drehzahlen der Antriebswelle oder am
Ende einer Aufwicklung mit entsprechend großen Spulengewichten
werden Unwuchten am Umfang der Antriebswelle vermieden. Es lassen
sich so qualitativ hochwertige Fadenspulen am Umfang des Spulhalters
wickeln.
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Zur
Einhaltung einer ausreichenden Stabilität des Spannringes
wird der Trennschlitz in dem Spannring bevorzugt axial ausgerichtet
ausgebildet und mit einer Schlitzhöhe von < 2 mm ausgeführt. Grundsätzlich
besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Trennschlitz in
einer schrägen Anordnung in dem Spannring auszubilden.
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Um
bei axialer Belastung des Spannringes ein Aufspreizen der Ringenden
zu erhalten, wird der Spannring bevorzugt gemäß der
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ausgeführt, bei
welcher der Spannring zu beiden Stirnseiten des Spannkragens jeweils
eine geneigte Spannfläche aufweist, die mit einer Druckfläche
eines der Spannhülse zusammenwirkt. Damit lassen sich relativ
hohe radial wirkende Kräfte zum Aufspreizen des Spannringes
in den Spannkragen einleiten, was zu hohen Fixierkräften im
Innern der Spulhülse führt.
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Die
Spannflächen weisen hierzu vorzugsweise einen Neigungswinkel
im Bereich zwischen 15° und 45° gegenüber
einer Normalen des Spannkragens auf. Damit lassen sich die durch
den Spannkolben erzeugten Axialkräfte zum Verspannen des Spannringes
relativ klein halten.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Spannring
einen inneren zylindrischen Haltesteg auf, der am Umfang in einem
mittleren Bereich mit dem Spannkragen derart verbunden ist, dass
der Haltesteg zu den Stirnseiten hin Vorsprünge bildet.
Damit lässt sich einerseits eine ausreichende Führung
am Umfang der Antriebswelle realisieren und andererseits wird selbst
beim Bruch des Spannrings alle Teile des Spannrings an der Antriebswelle
gehalten.
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Um
die Elastizität des Spannringes zum Aufspreizen der Ringenden
nicht zu behindern, ist der Haltesteg am Umfang durch mehrere Ausschnitte
unterbrochen, die gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnet sind. Damit wird auch bei sehr festen Werkstoffen
eine ausreichende Elastizität des Spannrings erzeugt, die
das Aufspreizen des Spannringes ermöglichen.
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Zum
Verschieben der am Umfang gehaltenen Spannhülsen ist eine
der Spannhülsen bevorzugte mit einem topfförmigen
Stirnende ausgebildet und unmittelbar am freien Ende der Antriebswelle
geführt. Dabei lässt sich ein innerhalb einer
Führungsöffnung der Antriebswelle geführter
Kolben in einfacher Art und Weise am Stirnende der Antriebswelle mit
der Spannhülse verbinden.
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Der
Spannkolben wird innerhalb der Führungsöffnung
bevorzugt mittels einer Federkraft einer Druckfeder in einer Spannstellung
gehalten, an welcher die Spannhülsen die Spannringe aufspreizen. Zum
Entspannen einer Spulhülse am Umfang des Spulenhalters
lässt sich der Spannkolben mittels einer Fluidkraft eines
wahlweise zuführbaren Druckfluids in eine Lösestellung
führen.
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Um
eine möglichst kompakte Anordnung des Spulhalters, der üblicherweise
in einer Auspulmaschine gehalten ist, zu realisieren, ist gemäß einer bevorzugten
Ausbildung der Erfindung die Antriebswelle an dem gelagerten Ende
mit einem Rotor eines Elektromotors verbunden. Der Rotor ist hierzu
direkt am Umfang der Antriebswelle angeordnet, wobei dem Rotor ein
gegenüberliegender Stator des Elektromotors zugeordnet
ist.
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Die
Antriebswelle lässt sich dabei vorzugsweise durch mehrere
Wälzlager lagern, die zu beiden Seiten des Rotors angeordnet
sind und in einem Motorgehäuse des Elektromotors gehalten
werden.
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Der
erfindungsgemäße Spulenhalter wird nachfolgend
anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten
Figuren näher erläutert.
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Es
stellen dar:
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1 schematisch
eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Spulenhalters
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2 und 3 schematisch
mehrere Ansichten eines Spannringes des Spulenhalters gemäß 1
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In 1 ist
schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Spulenhalters in einer Querschnittsansicht dargestellt. Der Spulenhalter
weist eine Antriebswelle 1 auf, die ein Lagerende 2 und
ein auskragendes Spannende 3 aufweist. An dem auskragenden
Spannende 3 der Antriebswelle 1 ist eine Spanneinrichtung 4 gehalten,
um am Umfang des Spannendes 3 der Antriebswelle 1 eine Spulhülse 36 zu
spannen.
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Die
Spanneinrichtung 4 weist mehrere am Umfang der Antriebswelle 1 hintereinander
angeordnete Spannhülsen 5.1, 5.2 und 5.3 auf.
Zwischen den Spannhülsen 5.1 und 5.2 sowie
zwischen den Spannhülsen 5.2 und 5.3 ist
jeweils ein Spannring 6.1 und 6.2 angeordnet.
Dabei ragen die Spannringe 6.1 und 6.2 mit jeweils
einem Spannkragen 17 zwischen den Spannhülsen 5.1, 5.2 und 5.3 hervor.
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Zur
Beschreibung der Spannringe 6.1 und 6.2 wird zunächst
auf die 2 und 3 Bezug
genommen, in welcher einer der Spannringe 6.1 schematisch
in mehreren Ansichten dargestellt ist. Die nachfolgende Beschreibung
gilt für beide Figuren, insoweit kein ausdrücklicher
Bezug zu einer der Figuren gemacht ist.
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Der
Spannring 6.1 weist einen umlaufenden Spannkragen 17 auf.
Der Spannkragen 17 ist an einer Stelle des Umfangs durch
einen Trennschlitz 20 durchgehend durchtrennt. Der Trennschlitz 20 erstreckt
sich zwischen den sich gegenüberliegenden Ringenden 21.1 und 21.2.
Der Abstand zwischen den Ringenden 21.1 und 21.2 bildet
die Höhe des Trennschlitzes 20, die in 2 durch
den Kleinbuchstaben h gekennzeichnet ist. Der Trennschlitz 20 ist
in seiner Höhe sehr schmal ausgebildet und wird vorzugsweise
kleiner 2 mm ausgeführt.
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Auf
der gegenüberliegenden Seite des Trennschlitzes 20 sind
mehrere Massenausgleichsöffnungen 22 in dem Spannkragen 17 eingebracht. Die
Anzahl und die Größe der Massenausgleichsöffnungen 22 ist
auf eine geometrische Form des Spannringes ausgelegt, die sich bei
Belastung im aufgespreizten Zustand der Ringenden 21.1 und 21.2 einstellt.
Im aufgespreizten Zustand des Spannringes 6.1 liegen die
Ringenden 21.1 und 21.2 in dem Trennschlitz 20 mit
größerem Abstand voneinander entfernt, so dass
sich am Umfang der Antriebswelle an der Seite der Trennschlitze
ein größerer Masseverlust durch den Trennschlitz 20 einstellt.
Zur Kompensation des Masseverlustes sind auf der gegenüberliegenden
Seite des Trennschlitzes 20 mehrere Massenausgleichsöffnungen 22 ausgebildet,
so dass der Spannring 6.1 am Umfang der Antriebswelle keine
Unwucht erzeugt.
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Wie
aus der 3 hervorgeht, sind an dem Spannkragen 17 des
Spannringes zwei sich gegenüberliegende Spannflächen 18.1 und 18.2 ausgebildet.
Die Spannflächen 18.1 und 18.2 weisen
gegenüber einer Normalen einen Neigungswinkel α auf. Der
Neigungswinkel α ist bei beiden Spannflächen 18.1 und 18.2 identisch
ausgebildet und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 15° bis
45°. Die Spann flächen 18.1 und 18.2 wirken
im Betriebszustand – wie später noch erläutert – mit
Druckflächen 25 der Spannhülsen 5.1, 5.2 und 5.3 zusammen.
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Im
Innern des Spannringes 6.1 ist ein umlaufender zylindrischer
Haltesteg 19 ausgebildet, der zu jeder Stirnseite des Spannringes 6.1 jeweils
einen Vorsprung 24 bildet. Der Haltesteg 19 ist
im mittleren Bereich mit dem Spannkragen 17 verbunden.
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Wie
aus der Darstellung in 2 hervorgeht, wird der Haltesteg 19 sowie
der Spannkragen 17 an mehreren Stellen des Umfangs durch
Ausschnitte 23 durchtrennt. Die Ausschnitte 23 sind
gleichmäßig am Umfang des Haltesteges 19 verteilt.
Dadurch ist der Haltersteg 19 in eine Mehrzahl von Teilstücken durchtrennt.
Die Größe und die Form der Ausschnitte 23 ist
derart bemessen, dass trotz Verwendung eines festen Werkstoffes
beispielsweise eines harten Kunststoffes eine ausreichende Elastizität
des Spannringes zum Aufspreizen der Ringenden 21.1 und 21.2 ergibt.
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In 1 ist
der Spannring 6.1 und der identisch zu dem Spannring 6.1 ausgebildete
Spannring 6.2 in einer aufgespreizten Stellung zum Fixieren
der Spulhülse 36 gezeigt. Die Spannringe 6.1 und 6.2 werden
durch die Spulhülsen 5.1, 5.2 und 5.3 gehalten.
Die dem Lagerende 2 der Antriebswelle 1 zugewandte
Spannhülse 5.1 ist vorzugsweise am Umfang der
Antriebswelle 1 fixiert und bildet mit einem hervorragenden
Kragen einen Anschlag 29. An dem den Spannring 6.1 zugewandten
Stirnende weist die Spannhülse 5.1 eine Druckfläche 25 sowie
einen Einschnitt 26 auf, um einen Flächenkontakt
und Anlage an den Spannring 6.1 zu ermöglichen.
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Die
sich anschließende Spannhülse 5.2 ist verschiebbar
an dem Umfang der Antriebswelle 1 geführt und
weist zu beiden Stirnenden jeweils eine Druckfläche 25 und
einen Einschnitt 26 auf. Die Spannhülse 5.2 liegt
mit ihrer linken Druckfläche 25 an dem Spannring 6.1 an
und mit der rechten Druckfläche 25 an dem Spannring 6.2.
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Die
am Ende der Antriebswelle 1 geführte Spannhülse 5.3 weist
ebenfalls eine gegenüber dem Spannring 6.2 ausgebildete
Druckfläche 25 und einen Einschnitt 26 auf.
An der gegenüberliegenden Stirnseite der Spannhülse 5.3 ist
ein topfförmiges Stirnende 14 ausgebildet, so
dass die Spannhülse 5.3 das freie Ende der Antriebswelle 1 topfförmig
umschließt.
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Am
Umfang der Antriebswelle 1 weisen die Spannhülsen 5.1, 5.2 und 5.3 mehrere
Materialaussparungen 28 auf. Somit lassen sich insbesondere bei
den Spannhülsen 5.2 und 5.3 gegenüber
dem Umfang der Antriebswelle 1 geringe Gleitflächen
realisieren. Zudem werden unnötige Materialanhäufungen
am Umfang der Antriebswelle 1 vermieden.
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Das
Stirnende 14 der Spannhülse 5.3 ist über
ein Befestigungsmittel 35 mit einem Spannkolben 7 verbunden.
Der Spannkolben 7 ist als Stufenkolben ausgebildet und
wird in einer Führungsöffnung 8 am freien
stirnseitigen Ende der Antriebswelle 1 geführt.
Der Spannkolben 7 weist hierzu einen Führungsabschnitt 11 auf,
der in der Führungsöffnung 8 druckdicht
geführt ist. Durch eine am Umfang des Führungsabschnittes 11 vorgesehene
Dichtung 12 wird ein Druckraum 37 am geschlossenen
Ende der Führungsöffnung 8 gebildet,
der auf die Stirnfläche des Führungsabschnittes 11 einwirkt.
Der Druckraum 37 ist über ein Fluidkanal 15 mit
einem am Lagerende 2 der Antriebswelle 1 angeordneten
Fluidanschluß 16 verbunden.
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Neben
dem Führungsabschnitt 11 weist der Spannkolben 7 einen
im Durchmesser kleineren Halteabschnitt 13 auf, der mit
seinem freien Ende aus der Führungsöffnung 8 herausragt
und mit dem Stirnende 14 der Spannhülse 5.3 fest
verbunden ist. Am Umfang des Halteabschnittes 13 ist eine
Druckfeder 10 innerhalb der Führungsöffnung 8 gehalten,
die sich einerseits einer Druchmesserstufe zwischen dem Führungsabschnitt 11 und
dem Halteabschnitt 13 des Spannkolbens 7 abstützt
und andererseits durch einen an der Führungsöffnung 8 fixierten
Halterings 9 gehalten ist. Der Halterring 9 weist
im Zentrum eine Öffnung auf, die von dem Halteabschnitt 13 des
Spannkolbens 7 durchdrungen ist.
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Die
Antriebswelle 1 ist am Lagerende 2 mit einem Elektromotor 32 gekoppelt.
Hierzu ist am Umfang der Antriebswelle 1 ein Rotor 33 befestigt,
der mit einem gegenüberliegenden Stator 34 des
Elektromotors 32 zusammenwirkt. Seitlich neben dem Rotor 33 sind
in einem Motorgehäuse 30 jeweils ein Wälzlager 31.1 und 31.2 gehalten,
in welchem die Antriebswelle 1 mit dem Lagerende 2 gelagert
ist. Das Lagerende 2 der Antriebswelle 1 ist hierzu
mit mehreren Durchmesserstufen versehen.
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Um
zu Beginn eines Aufwickelvorgangs eine Spulhülse 36 am
Umfang des Spulenhalters aufzuschieben und zu verspannen, wird die
Spanneinrichtung 4 in einem nicht gespannten Zustand gehalten. Hierzu
wird über den Fluidanschluß 16 ein Druckfluid in
den Fluidkanal 15 und Druckraum 37 geleitet. Das auf
die Stirnseite des Führungsabschnittes 11 des Spannkolbens 7 wirkende
Druckfluid erzeugt eine Fluidkraft, die den Spannkolben 7 gegen
die Druckfeder 10 in Richtung zum freien Ende der Antriebswelle 1 hin
in eine Lösestellung verschiebt. Hierdurch wird die Spannhülse 5.3 ebenfalls
zum freien Ende der Antriebswelle 1 hin verschoben, so
dass die Spannringe 6.1 und 6.2 aus ihrer Verspannung
gelöst werden. Die Aufspreizung der Spannringe 6.1 und 6.2 löst
sich und die jeweiligen Ringenden 21.1 und 21.2 legen
sich mit kurzem Abstand zueinander um den Umfang der Antriebswelle 1 an.
In diesem Zustand werden die Spulhülsen 36 an
dem Spulhalter gewechselt.
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Sobald
eine Spulhülse 36 bis zu einem Anschlag 29 auf
das auskragende Ende des Spulenhalters aufgeschoben ist, wird die
Spanneinrichtung 4 in einen gespannten Zustand versetzt.
Hierzu wird das Druckfluid innerhalb der Druckkammer 37 in
einen drucklosen Zustand versetzt, so dass der Spannkolben 7 durch
die Federkraft der Druckfeder 10 in eine Spannstellung
in Richtung hin zum Lagerende 2 verschoben. Dabei wird
die Spannhülse 5.3 über den Spannkolben 7 ebenfalls
in Richtung des Anschlages 29 verschoben, so dass sich
das Hülsenpaket 5.1, 5.2 und 5.3 mit
den dazwischen liegenden Spannringen 6.1 und 6.2 verspannt
wird. Die über die jeweiligen Druckflächen 25 der
#Spannhülsen 5.1, 5.2 und 5.3 und Spannflächen 18.1 und 18.2 der
Spannringe 6.1 und 6.2 eingeleitete axiale Kraft
führt an den Spannring 6.1 und 6.2 zu
einem Aufspreizen der jeweiligen Ringenden 21.1 und 21.2,
wobei der jeweilige Spannkragen 17 der Spannringe 6.1 und 6.2 radial
nach außen gegen die Spulhülse 36 gedrückt
wird. Die Spulhülse 36 ist nun über die
Spannringe 6.1 und 6.2 am Spulhalter fixiert.
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Um
einen Faden am Umfang der Hülse aufzuwickeln, wird die
Antriebswelle 1 mit der Spanneinrichtung 4 über
den Elektromotor 32 angetrieben.
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Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel insbesondere
die Ausgestaltung des in 2 und 3 gezeigten
Spannringes ist beispielhaft. Grundsätzlich lässt
sich eine derartige Spanneinrichtung mit ähnlichen Formen
des Spannringes realisieren, wobei wesentlich hierbei ist, dass
die radiale Spannkraft im wesentlichen durch ein radiales Aufspreizen
der Ringenden des Spannringes erzeugt wird.
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Lagerende
- 3
- Spannende
- 4
- Spanneinrichtung
- 5.1,
5.2, 5.3
- Spannhülsen
- 6.1,
6.2
- Spannring
- 7
- Spannkolben
- 8
- Führungsöffnung
- 9
- Haltering
- 10
- Druckfeder
- 11
- Führungsabschnitt
- 12
- Dichtung
- 13
- Halteabschnitt
- 14
- Stirnende
- 15
- Fluidkanal
- 16
- Fluidanschluß
- 17
- Spannkragen
- 18.1,
18.2
- Spannfläche
- 19
- Haltesteg
- 20
- Trennschlitz
- 21.1,
21.2
- Ringende
- 22
- Massenausgleichsöffnung
- 23
- Ausschnitt
- 24
- Vorsprung
- 25
- Druckfläche
- 26
- Einschnitt
- 28
- Materialaussparung
- 29
- Anschlag
- 30
- Gehäuse
- 31.1,
31.2
- Wälzlager
- 32
- Elektromotor
- 33
- Rotor
- 34
- Stator
- 35
- Befestigungsmittel
- 36
- Spulhülse
- 37
- Druckraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4458850 [0002, 0004]