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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung an einer Karde mit einer Trommel,
garnierten und/oder nichtgarnierten Arbeitselementen und verstellbaren Halteelementen,
die den Abstand zwischen der Trommelgarnitur und den Arbeitselementen
bestimmen, wobei eine durch Wärmeenergiezufuhr betätigbare
Verstellvorrichtung für die Arbeitselemente vorgesehen
ist, um im Betrieb sich ergebende Abstandsänderungen auszugleichen
und bei der mindestens ein Stellelement, z. B. Stab, vorhanden ist.
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Der
effektive Abstand der Spitzen einer Garnitur von einem der Garnitur
gegenüberstehenden Maschinenelement wird Kardierspalt genannt.
Das letztgenannte Element kann ebenfalls eine Garnitur aufweisen,
könnte aber stattdessen durch ein eine Leitfläche
aufweisendes Verschaltungssegment gebildet werden. Der Kardierspalt
ist für die Kardierqualität maßgebend.
Die Größe (Weite) des Kardierspaltes ist ein wesentlicher
Maschinenparameter, welcher sowohl die Technologie (die Faserverarbeitung) wie
auch das Laufverhalten der Maschine prägt. Der Kardierspalt
wird möglichst eng eingestellt (er wird in Zehntelmillimeter
gemessen), ohne das Risiko einer „Kollision” der
Arbeitselemente einzugehen. Um eine gleichmäßige Verarbeitung
der Fasern zur gewährleisten, muss der Spalt über
der ganzen Arbeitsbreite der Maschine möglichst gleich
sein.
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Der
Kardierspalt wird insbesondere durch die Maschineneinstellungen
einerseits und den Zustand der Garnitur andererseits beeinflusst.
Der wichtigste Kardierspalt der Wanderdeckelkarde befindet sich
in der Hauptkardierzone, d. h. zwischen der Trommel und dem Wanderdeckelaggregat.
Mindestens eine Garnitur, die am Arbeitsabstand angrenzt, ist in
Bewegung, meistens beide. Um die Produktion der Karde zu erhöhen,
versucht man die Betriebsdrehzahl bzw. die Betriebsgeschwindigkeit
der beweglichen Elemente so hoch zu wählen, wie die Technologie
der Faserverarbeitung dies erlaubt. Der Arbeitsabstand ändert
sich in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen.
Die Veränderung findet in der radialen Richtung (ausgehend
von der Drehachse) der Trommel statt. Der Kardierspalt ändert
sich im Betrieb insbesondere durch Wärme- und Fliehkraftdehnung
der Trommel.
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Beim
Kardieren werden zunehmend größere Fasermaterialmengen
je Zeiteinheit verarbeitet, was höhere Geschwindigkeiten
der Arbeitsorgane und höhere installierte Leistungen bedingt.
Steigender Fasermaterialdurchfluss (Produktion) führt schon
bei konstant bleibender Arbeitsfläche infolge der mechanischen
Arbeit zu erhöhter Erzeugung von Wärme. Zugleich
wird aber das technologische Kardierergebnis (Bandgleichmäßigkeit,
Reinigungsgrad, Nissenreduzierung usw.) ständig verbessert,
was mehr im Kardiereingriff stehende Wirkflächen und engere
Einstellungen dieser Wirkflächen zur Trommel (Tambour)
bedingt. Der Anteil zu verarbeitender Chemiefasern, bei denen – im
Vergleich zu Baumwolle – im Kontakt mit den Wirkflächen
der Maschine durch Reibung mehr Wärme erzeugt wird, nimmt
stetig zu. Die Arbeitsorgane von Hochleistungskarden sind heute allseitig
voll gekapselt, um den hohen Sicherheitsstandards zu entsprechen,
Partikelemission in die Spinnereiumgebung zu verhindern und den
Wartungsbedarf der Maschinen zu minimieren. Roste oder gar offene,
materialführende Flächen, die einen Luftaustausch
ermöglichen, gehören der Vergangenheit an. Durch
die genannten Umstände wird der Eintrag von Wärme
in die Maschine deutlich gesteigert, während der Wärmeaustrag
mittels Konvektion deutlich sinkt. Die dadurch bewirkte stärkere
Erwärmung von Hochleistungskarden führt zu größeren
thermoelastischen Verformungen, die aufgrund der Ungleichverteilung
des Temperaturfeldes die eingestellten Abstände der Wirkflächen
beeinflussen: Die Abstände zwischen Trommel und Deckel,
Abnehmer, Festdeckeln sowie Ausscheidestellen mit Messern nehmen ab.
Im Extremfall kann der eingestellte Spalt zwischen den Wirkflächen
durch Wärmedehnungen vollständig aufgezehrt werden,
so dass relativbewegte Bauteile kollidieren. Größere
Schäden sind dann an der betroffenen Hochleistungskarde
die Folge. Nach alledem kann insbesondere die Erzeugung von Wärme
im Arbeitsbereich der Karde zu unterschiedlichen thermischen Dehnungen
bei zu großen Temperaturunterschieden zwischen den Bauteilen
führen.
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Um
die Gefahr von Kollisionen zu reduzieren oder zu vermeiden, wird
in der Praxis der Kardierspalt zwischen einander gegenüberliegenden Garnituren
relativ weit eingestellt, d. h. es ist ein gewisser Sicherheitsabstand
vorhanden. Ein großer Kardierspalt führt aber
zur unerwünschten Nissenbildung im Kardenband. Wünschenswert
ist dagegen eine optimale, insbesondere enge Größe,
wodurch der Nissenanteil im Kardenband wesentlich reduziert wird.
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Eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der
DE 10 2005 052 142 A bekannt.
Bei dieser Vorrichtung wirkt ein Stellelement, z. B. Stab, mit einem
Fluid, z. B. Öl, zusammen, wobei die Wärmeenergie
dem Fluid zuführbar, das Fluid durch Wärmeenergiezufuhr
ausdehnbar bzw. durch Wärmeenergieabfuhr kontraktierbar
und das Stellelement durch Ausdehnung bzw. Kontraktion des Fluids örtlich
verlagerbar ist. Durch die gute Wärmeausdehnung von Fluiden
ist eine kleine Baugröße möglich. Ebenso wird
nur ein geringer Temperaturunterschied von etwa 20 Kelvin benötigt,
um den erforderlichen Verfahrweg hervor zu rufen. Möglich
ist es, die notwendige Wärmeenergie direkt aus den Bauteilen
der Karde zu nutzen, um so ein passives Stellelement zu erzeugen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung weiter zu verbessern.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist
eine durch aktive Wärmezufuhr und -abfuhr betätigbare
Verstellvorrichtung für den Abstand zwischen Trommel und
den Arbeitselementen, z. B. Kardierelementen, vorgesehen, um den
Abstand bei wechselnden Betriebsbedingungen konstant zu halten.
Um die gewünschte Stellbewegung (aktiv regel- und steuerbar)
hervorzurufen, wird ein Element für die erforderliche Wärmeenergiezufuhr
und -abfuhr verwendet, welches sowohl Kühlen als auch Heizen
kann (z. B. ein Peltierelement). Dies ermöglicht eine sehr
flexibel und schnell auf Zustandswechsel reagierende Regelung oder
Steuerung. Es ist weiterhin möglich, den Kühleffekt
durch Kühlkörper, Lüfter oder Ähnlichem
zu verstärken.
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Der
Sollwert des Verstellweges wird vorzugsweise einer Regelung oder
Steuerung vorgegeben. Durch eine aktive Regelung wird es möglich,
die durch die Fliehkraft erzeugte Abstandsänderung auszugleichen.
Ein passives Verstellsystem würde erst zeitverzögert
auf die Abstandsänderung reagieren, da die Abstandsänderung
durch die Fliehkraft viel schneller herbei geführt wird,
als eine Änderung durch Wärmeenergiezufuhr.
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Bevorzugt
wird bei Anlauf- und Auslaufphasen der Maschine das Stellelement
der Verstelleinrichtung zur größten Ausdehnung
gebracht und der Abnehmer näher an die Trommel gefahren.
Mit steigender Drehzahl und Zunahme der Wärme wird die Temperatur
der Verstelleinrichtung wieder erniedrigt, um die Abstandsveränderung
durch Zunahme der Fliehkraft und der Walzentemperaturen auszugleichen.
Demnach ist es bei warm gewordener Maschine gar nicht mehr oder
nur wenig nötig zu heizen oder zu kühlen, wenn
die Maschine zuvor so voreingestellt wurde, dass der Abstand bei
warmer Maschine auf Raumtemperatur ideal ist. Ggf. auszugleichen sind
dann nur noch die Schwankungen der Umgebungstemperatur bzw. Anpassungen
aufgrund einer veränderten Materialauswahl. Die vorliegende
Erfindung arbeitet dadurch resourceschonend, was den Energieverbrauch
anbelangt.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Verbesserung der Maschinensicherheit.
Gibt es zum Beispiel einen plötzlichen Maschinen-Stopp
(z. B. durch Stromausfall) und die Wärmeelemente fallen
aus, verringern sich die Abstände zwischen Trommel und den
Arbeitselementen, da die Verstelleinheit aufgrund ihrer weitaus
geringeren Masse schneller abkühlen kann, als die Trommel.
Dies kann zu Berührungen zwischen Tambour und den umliegenden Walzen
und Arbeitselementen führen. In der vorliegenden Erfindung
wird der Abstand in derartigen Notfällen vergrößert.
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Die
Vorteile der Erfindung sind unter anderem:
- • Die
Verstelleinrichtung kann neben dem Heizen auch gekühlt
werden und ist dadurch flexibler und schneller regel- und steuerbar.
- • Die entgegengesetzte Wirkrichtung der Verstellelemente
senkt den Energieverbrauch und bietet eine Sicherheit vor Maschinenschäden
bei plötzlichen Maschinen-Stopps.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Aktor) werden
Abstände zwischen der Trommel und Arbeitselementen automatisch
eingestellt. Mit dieser Einstellbarkeit werden Spaltänderungen
durch die Fliehkraft der Trommel und die Wärmeausdehnung der
Walzen mittels einer Regelstruktur ausgeglichen. Es ist eine aktive
Aufheizung und eine aktive Kühlung ermöglicht,
d. h. es werden in kurzer Zeit gezielt bestimmte Temperaturen der
Versteileinrichtung verwirklicht. Insbesondere erlaubt die Erfindung – außer der
aktiven Aufheizung – auch eine aktive Kühlung (Wärmeabfuhr
bzw. Wärmeenergieentzug) der Versteileinrichtung. Die Einrichtung,
die sowohl Kühlen als auch Heizen kann, ermöglicht
eine sehr flexibel und schnell auf Zustandswechsel reagierende Regelung
oder Steuerung.
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Die
Ansprüche 2 bis 76 haben vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung zum Inhalt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 schematisch
Seitenansicht einer Karde für die erfindungsgemäße
Vorrichtung,
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2 in
Seitenansicht Seitenschild mit einem Einstellbogen (Flexibelbogen)
für Wanderdeckelstäbe und zwei integrierten Einstellbögen
(Verlängerungsbögen) für ortsfeste Funktionselemente mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 ein
Metallrohr als Stellelement, dem ein Peltierelement mit Kühlkörper
zugeordnet ist,
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4 schematisch
Aufbau eines Peltierelements,
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5 ein
steuerbarer Fluidzylinder als Einstelleinrichtung,
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6 schematisch
Blockschaltbild einer Regeleinrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Einstellung des Arbeitsabstandes,
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7 ein
Festkardiersegment, Ausschnitt aus einem Seitenschild mit Abstand
zwischen der Garnitur des Festkardiersegmentes und der Trommelgarnitur,
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8 ein
Verlängerungsbogen mit Festkardierelementen sowie der erfindungsgemäßen
Einrichtung, wobei der Verlängerungsbogen mit einer Mehrzahl
von Arbeitselementen verschoben wird,
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9 Deckelstäbe
des Wanderdeckels und Ausschnitt aus einer Gleitführung
aus einem Einstellbogen (Flexibelbogen), einem Seitenschild und
aus der Trommel sowie den Kardierspalt zwischen den Garnituren der
Deckelstäbe und der Trommelgarnitur und
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10 schematisch
Schnitt I-I durch den Einstellbogen (Flexibelbogen) und das Seitenschild gemäß 2 auf
einer Seite sowie entsprechende Darstellung auf der anderen Seite.
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1 zeigt
eine Karde, z. B. Trützschler Karde TC 07, mit Speisewalze 1,
Speisetisch 2, Vorreißern 3a, 3b, 3c,
Trommel 4, Abnehmer 5, Abstreichwalze 6,
Quetschwalzen 7, 8, Vliesleitelement 9, Flortrichter 10,
Abzugswalzen 11, 12, Wanderdeckel 13 mit
Deckelumlenkrollen 13a, 13b und Deckelstäben 14,
Kanne 15 und Kannenstock 16. Die Drehrichtungen
der Walzen sind mit gebogenen Pfeilen gezeigt. Mit M1 ist
der Mittelpunkt (Achse) der Trommel 4, mit M2 der
Mittelpunkt des Abnehmers 5 und mit M3 der
Mittelpunkt des Vorreißers 3c bezeichnet. 4a gibt die
Garnitur und 4b gibt die Drehrichtung der Trommel 4 an. 5a gibt
die Garnitur und 5b gibt die Drehrichtung des Abnehmers 5 an.
Mit C ist die Drehrichtung des Wanderdeckels 13 in Kardierstellung
und mit C ist die Rücktransportrichtung der Deckelstäbe 14,
mit F', F'' sind ortsfeste Funktionselemente und mit 41 ist
eine Abdeckung unterhalb der Trommel 4 bezeichnet. Der
Pfeil A bezeichnet die Arbeitsrichtung.
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Nach 2 ist
ein Seitenschild 19a (das Seitenschild 19b auf
der anderen Seite ist in 10 dargestellt)
mit einem Einstellbogen 17a (Flexibelbogen) für
die Wanderdeckelstäbe 14 und zwei Einstellbögen 181, 182 (Verlängerungsbögen)
für ortsfeste Funktionselemente (Festkardierelemente, Absaughauben)
gezeigt. Der Einstellbogen 17a ist im Bereich der oberen
Peripherie des Seitenschildes 19a vorhanden. Es sind als
Stelleinrichtungen vier Stellspindeln 281 bis 284 (Schraubspindeln) vorhanden, die sich
mit ihrem einen Ende an einem Flansch 19' des Seitenschildes 19a und
mit ihrem anderen Ende an dem Einstellbogen 17a abstützen.
In den beiden seitlichen Peripheriebereichen des Seitenschildes 19a sind
zwei Einstellbögen 181, 182 vorhanden. Es sind als Stelleinrichtungen
jeweils Stellspindeln 285 bis 288 und 289 bis 2812 den Einstellbögen 181 bzw. 182 zugeordnet.
Die Stellspindeln 285 bis 288 stützen sind mit ihrem einen
Ende an einem Flansch 19'' des Seitenschildes 19a und
mit ihrem anderen Ende an dem Einstellbogen 181 ab.
Die Stellspindeln 288 bis 2812 stützen sich mit ihrem einen
Ende an einem Flansch 19''' des Seitenschildes 19a und
mit ihrem anderen Ende an dem Einstellbogen 182 ab.
Der Einstellbogen 181 ist zwischen
Vorreißer 3 und Deckelumlenkrolle 13a,
d. h. im Vorkardierbereich, angeordnet. An dem Einstellbogen 181 sind ortsfeste Funktionselemente angebracht,
im Beispiel der 2 nichtgarnierte Abdeckelemente,
drei Festkardierelemente und drei Absaughauben. Der Einstellbogen 182 ist zwischen Deckelumkenkrolle 13b und Abnehmer 5,
d. h. im Nachkardierbereich, angeordnet. An dem Einstellbogen 182 sind ortsfeste Funktionselemente angebracht,
im Beispiel der 2 sechs Festkardierelemente 62'' und
drei Absaughauben. Die Stellspindeln 281 bis 2812 bilden Stellelemente 28,
die zur Ein- bzw. Nachstellung des Arbeitsabstandes a zwischen der
Trommelgarnitur 4a und den Arbeitselementen dienen. Dem
Stellelement 281 bis 2812 ist jeweils ein Peltierelement 291 bis 2912 (sh. 3)
zugeordnet.
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Das
Stellelement 28 ist nach 3 als Metallrohr
ausgebildet. Der dehn- bzw. kontraktierbare Körper des
Stellelements 28 besteht vorzugsweise aus einem Material
mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und gleichzeitig
hoher Festigkeit (z. B. Aluminium). Der in 3 gezeigte
Körper ist ein Aluminiumrohr (Wärmeausdehnungskoeffizient α = 23,8·10–6 [1/°K]). Ausgebildet
als Hohlkörper (Rohr) besitzt der Körper so wenig
Masse wie möglich, damit er schnellstmöglich erwärmt
und abgekühlt werden kann. Weiterhin ist er isoliert, damit
er die zugeführte Wärme nicht an die Umgebung
abgeben kann. Die Isolation 30 kann außen zum
Beispiel über ein Moosgummirohr geschehen. Die Verbindungsstellen 31a, 31b zu
den umgebenden Bauteilen der Maschine bestehen im Gegensatz zum
Körper des Stellelementes 28 aus einem Material
mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, um dem Körper
so wenig Wärme wie möglich zu entziehen und das
Stellelement 28 ebenso zu isolieren. Hier eignet sich zum Beispiel
(niedrig) legierter Stahl. Das Peltierelement 29 benötigt
eine ebene Fläche zur Montage. Wird ein rundes Rohr wie
in 3 verwendet, ist es nötig, ein Zwischenstück 32 (Peltieranbindung)
am Rohr zu befestigen (z. B. mit Wärmeleitkleber oder Schrauben), um
eine ebene Fläche zu bekommen. Es ist auch möglich,
den Körper des Stellelements 28 direkt mit einer
ebenen Fläche zu gestalten, z. B. in Form eines Aluminium-Strangpressprofils.
Ein Kühlkörper 33 ist direkt an das Peltierelement 29 angeklebt;
er kann auch geklemmt befestigt werden.
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Sind
nach 4 zwei verschiedene elektrische Leiter an ihren
Enden miteinander verbunden (z. B. Lötverbindung) und werden
die elektrischen Leiter mit einer Spannung versorgt, arbeitet das
Peltierelement 29 als eine Art Wärmepumpe und
transportiert die Wärme von der einen Seite des Elements zur
anderen Seite. Die Seite, die Wärme abgibt, ist kalt und
die andere warm.
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Wird
die Energieversorgung 34 umgepolt, wechseln Kalt- und Warmseite.
Das Peltierelement 29 stellt somit mittels der Energieversorgung 34 einen
Temperaturunterschied zwischen beiden Seiten des Elements her. Soll
gekühlt werden, muss die Wärme an der warmen Seite
so gut wie möglich abgeführt werden, damit die
zu kühlende Seite umso kälter werden kann. Umgekehrt,
muss beim Heizen an der kalten Seite soviel Wärme wie möglich
aufgenommen werden, damit die zu erwärmende Seite umso
wärmer werden kann. Entsprechend 4 sind negativ
dotierte Halbleiter 35a, 35b (n-dotiert) und positiv
dotierte Halbleiter 36a, 36b (p-dotiert) immer
abwechseln an ihren Enden an Kupferplättchen 37a, 37b, 37c miteinander
verbunden. Meistens werden die Kupferplatten 37a, 37b, 37c von
jeweils einer Keramikplatte 38a, 38b pro Warm-
und Kaltseite bedeckt.
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Um
den Körper des Stellelements 28 so schnell wie
möglich zu erwärmen, wird dieser von der Umgebung
isoliert. Ansonsten würde der Körper einen Teil
der erhaltenen Wärme direkt an die Umgebung weiter geben.
Um den Körper des Stellelements 28 so schnell
wie möglich abzukühlen, verfügt er über eine
große Kühloberfläche, welche schnell
Wärme an die Umgebung abgeben kann. Das Peltierelement 29 ist
zwischen dem zu heizenden oder zu kühlenden Körper
des Stellelements 28 und dem Kühlkörper 33 geklemmt
oder geklebt. Hierbei ist wichtig, dass es keine Wärmebrücke
zwischen dem Kühlkörper 33 und dem Körper
des Stellelements 28 gibt. Wäre diese Brücke
vorhanden, könnte das Peltierelement 29 keinen
Temperaturunterschied zwischen Kühlkörper 33 und
Körper des Stellelements 28 herstellen, da durch
Wärmeleitung der Temperaturunterschied direkt ausgeglichen
werden würde. Der Kühlkörper 33 ist
folglich entkoppelt von dem zu erhitzenden bzw. zu kühlenden
Bauteil. Dies bietet den Vorteil, dass der Kühlkörper 33 beim
Erwärmen nicht mit erhitzt werden muss, wodurch der Heizvorgang
schneller erfolgt.
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Dank
der großen Oberfläche des Kühlkörpers 33 ist
das Peltierelement 29 in der Lage, der Umgebung die Wärme
zu entziehen und pumpt sie in den Körper des Stellelements 28 hinein.
Soll nun gekühlt werden (z. B. in Notsituationen oder Crashfall), wird
die Stromversorgung 34 des Peltierelements 29 umgepolt.
Sofort wird vom Kühlkörper 33 die zuvor
in den Körper des Stellelements 28 hineingepumpte Wärme
wieder entzogen und der Körper des Stellelements 28 zieht
sich zusammen. Hier wird durch das Umpolen des Stromes also aktiv
gekühlt, anders als beim Stand der Technik. Der Kühlprozess
könnte außerdem durch die Verwendung eines (nicht
dargestellten) Lüfters, der gegen den Kühlkörper 33 bläst, aktiv
unterstützt und dadurch beschleunigt werden. Doch nicht
nur beim aktiven Kühlen durch Umpolen ist der Vorgang schneller.
Allein das Ausschalten des Peltierelements 29 und das passive
Kühlen über den Kühlkörper 33 (der
nur in Verbindung mit einem Peltierelement 29 sinnvoll
einsetzbar ist) bewirken einen schnellen Kühlprozess. Da
die Wärme nicht nur über die gesamte Oberfläche
des Körpers des Stellelements 28 abgeführt,
sondern hauptsächlich über das Peltierelement 29 und
den Kühlkörper 33 heraus gepumpt wird,
ist es möglich und auch sinnvoll, das Stellelement 28 zu
isolieren, um den Heizprozess schneller zu gestalten.
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Durch
die Verwendung des Peltierelements 29 in Kombination mit
einem Kühlkörper 33 (und evtl. Lüfter)
erfolgen die Heiz- und Kühlprozesse demnach schneller als
z. B. mit herkömmlichen Heizelementen. Folglich ist die
Regeldynamik einer Verstelleinheit zur Abstandseinstellung von Trommel 4 und Arbeitselementen
mit Peltierelement 29 höher, als bei bisher bekannten
Verstelleinrichtungen.
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Nach 5 befindet
sich in einem dichten Behälter 40 eine Flüssigkeit 44 mit
hohem Volumenausdehnungskoeffizienten. Ein z. B. durch zwei Druckfedern 41a, 41b federbelasteter
Kolben 42 mit einer Kolbenstange 43 sorgt für
Vorspannung der Flüssigkeit 44 (Überdruck).
Bei Erwärmung der Flüssigkeit 44 dehnt
sich diese aus. Die herausragende Kolbenstange 43 fährt
aus. Verbunden mit einem Arbeitselement entfernt sich dieses von
der Trommel 4. Bei Abkühlung der Flüssigkeit 44 erfolgt
der Vorgang umgekehrt. Die notwendige Energie zur Erwärmung der
Flüssigkeit 44 bzw. zum Wärmeentzug von
der Flüssigkeit 44 wird durch das Peltierelement 29 verwirklicht,
das am Behälter 40 befestigt ist. 29 verbunden
ist. Die Kolbenstange 43 hat zum Beispiel Gewinde, so dass
eine Grundeinstellung durchgeführt werden kann. Durch die
richtige Wahl der Flüssigkeit, Kolbenfläche, Federvorspannung
und des Flüssigkeitsvolumens ist die Vorrichtung in Bezug
auf Verstellkraft und Verstellweg anpassbar. Das Gehäuse 40 ist
in ein Gehäuseteil 40a, in dem sich die Druckfedern 41a, 41b befinden
und in ein Gehäuseteil 40b, in dem sich das Hydrauliköl
befindet, aufgeteilt. Die Kolbenstange 43 und der Kolben 42 sind
bei Wärmeausdehnung in Richtung des Pfeils F und bei Wärmeentzug
in Richtung des Pfeils G verschiebbar. Mit 44 ist schematisch
das Fluid bezeichnet; mit 63 ist die Verstelleinrichtung
bezeichnet.
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Das
Peltierelement 29 ist nach 6 in einen
Regelkreis eingebunden. Einem Regler 45, z. B. PID-Regler,
ist ein Sollwertsteller 46, z. B. Speicher, für
einen gewünschten (vorgegebenen) Arbeitsabstand zugeordnet.
An den Regler 45 ist als Messglied elektrisch ein Sensor 47,
z. B. ein Wegaufnehmer angeschlossen, der Messgrößen
in den Regler 45 eingibt. An den Regler 45 ist
weiterhin elektrisch das Peltierelement 29 angeschlossen,
an das Stellgrößen vom Regler 45 ausgegeben
werden. Das Peltierelement 29 ist am Stellelement 28 (sh. 3)
befestigt, das auf eine Verstelleinrichtung 48 (vgl. 2) für
die Ein- bzw. Nachstellung des Arbeitsabstandes einwirkt. Mit 49 ist
ein Element zur Eingabe von Störeinflüssen bezeichnet.
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Der
Sollwert des Arbeitsabstandes wird vorgegeben durch die Berechnungen
aus Trommeldrehzahl und den Temperaturen von Trommel 4,
Seitenschild und Umgebung (T-CON). Die Ist-Position des Abnehmers 5 zur
Trommel 4 wird gemessen über den Sensor 47 (z.
B. einen Wegaufnehmer). Der Regler 45 (vorzugsweise PID-Regler)
gleicht die Ist-Position mit dem Sollwert ab und regelt dementsprechend
die Energieversorgung 34 des Peltierelements 29 (sh. 4).
Durch Wärmen oder Kühlen mit dem Peltierelement 29 dehnt
sich der Körper des Stellelements 28 oder der
Flüssigkeit 44 aus oder zieht sich wieder zusammen.
Störeinflüsse, wie z. B. die Änderung
der Umgebungstemperatur, können den nun erreichten Arbeitsabstand
nachteilig beeinflussen. Der Sensor 47 misst aber die Änderung
des Arbeitsabstandes, der Regler 45 regelt wieder nach und
so schließt sich der Regelkreislauf.
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Nach 7 ist
auf jeder Seite der Karde seitlich am (nicht dargestellten) Maschinengestell
ein etwa halbkreisförmiges starres Seitenschild 19 befestigt
(sh. 2), an dessen Außenseite im Bereich der
Peripherie konzentrisch ein bogenförmiges verstellbares
Auflageelement 18 (Verlängerungsbogen) angebracht
ist, das als Unterlagefläche eine konvexe Außenfläche 18a aufweist.
Die Kardierelemente 62 weisen an ihren beiden Enden Auflageflächen
auf, die auf der konvexen Außenfläche 18a des
Auflageelements 18 aufliegen. An der Unterfläche
der Kardierelemente 62 sind Kardiergarnituren angebracht. Mit 21 ist
der Spitzenkreis der Garnituren bezeichnet. Die Trommel 4 weist
an ihrem Umfang eine Trommelgarnitur 4a, z. B. Sägezahngarnitur,
auf. Mit 22 ist der Spitzenkreis der Trommelgarnitur 4a bezeichnet.
Der Abstand zwischen dem Spitzenkreis 21 und dem Spitzenkreis 22 ist
mit a bezeichnet und beträgt z. B. 0,20 mm. Der Abstand
zwischen der konvexen Außenfläche 18a und
dem Spitzenkreis 22 ist mit b bezeichnet. Der Radius der
konvexen Außenfläche 19a ist mit r1, und der Radius des Spitzenkreises 22 ist
mit r2 bezeichnet. Die Radien r1 und
r2 schneiden sich im Mittelpunkt M1 (sh. 1) der Trommel 4.
Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung bewirkt
die Verschiebung des Verlängerungsbogens 18 mit
dem Kardierelement 62 in radialer Richtung in Bezug auf die
Trommelachse M1, wodurch bei Verschiebung das
Kardiersegment 62 in Richtung der Pfeile D, E verlagert
wird. Der Abstand a zwischen den Garnituren des Kardierelementes 62 und
des Trommelgarnitur 4a ist dadurch auf einfache Weise und
genau einstellbar.
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Entsprechend 8 sind
drei erfindungsgemäße Vorrichtungen gemäß 5 vorhanden,
die in Verstellspindeln integriert sind, die den Verlängerungsbogen 18b radial
verstellen. Den Behältern 401, 402 und 403 ist
jeweils ein Peltierelement 291, 292 bzw. 293 zugeordnet.
Die Verstellspindeln sind mit 35a, 35b und 35c bezeichnet.
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Nach 9 ist
auf jeder Seite der Karde ein Einstellbogen 17 (Flexibelbogen)
vorhanden, der dem zugehörigen Seitenschild 19 zugeordnet
ist. Der Einstellbogen 17 weist eine konvexe Außenfläche 17a und
eine Unterseite 17b auf. Oberhalb des Einstellbogens 17 ist
eine Gleitführung 20, z. B. aus gleitfähigem
Kunststoff, vorhanden, die eine konvexe Außenfläche 20a und
eine konkave Innenfläche 20b aufweist. Die konkave
Innenfläche 20b liegt auf der konvexen Außenfläche 17a auf
und vermag auf dieser in Richtung der Pfeile D, E zu gleiten. Jeder
Deckelstab 14 besteht aus einem Rückenteil 14a und
einem Tragkörper 14b. Jeder Deckelstab 14 besitzt
an seinen beiden Enden jeweils einen Deckelkopf, der jeweils zwei
Stahlstifte 141, 142 umfasst. Die über die Stirnflächen
des Tragkörpers 14b ragenden Teile der Stahlstifte 141, 142 gleiten
auf der konvexen Außenfläche 20a der
Gleitführung 20 in Richtung des Pfeils B. An der
Unterfläche des Tragkörpers 14b ist eine Garnitur 14' angebracht.
Mit 21 ist der Spitzenkreis der Deckelgarnituren 18 bezeichnet.
Die Trommel 4 weist an ihrem Umfang eine Trommelgarnitur 4a,
z. B. Sägezahngarnitur, auf. Die Zahnhöhe der
Sägezähne beträgt z. B. h = 2 mm. Mit 22 ist
der Spitzenkreis der Trommelgarnitur 4a bezeichnet. Der
Abstand (Kardierspalt) zwischen dem Spitzenkreis 21 und
dem Spitzenkreis 22 ist mit a bezeichnet und beträgt
z. B. 3/1000''. Der Abstand zwischen der konvexen Außenfläche 20a und
dem Spitzenkreis 22 ist mit b bezeichnet. Der Abstand zwischen
der konvexen Außenfläche 20a und dem
Spitzenkreis 21 ist mit c bezeichnet. Der Radius der konvexen
Außenfläche 20a ist mit r3 und
der Radius des Spitzenkreises 22 ist mit r1 bezeichnet.
Die Radien r1 und r3 schneiden
sich im Mittelpunkt M der Trommel 4. Mit 19 ist
das Seitenschild bezeichnet.
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10 zeigt
einen Teil der Trommel 4 mit einer zylindrischen Fläche 4f des
Mantels 4e und Trommelböden 4c, 4d (radiale
Tragelemente). Die Fläche 4f ist mit einer Garnitur 4a versehen,
die in diesem Beispiel in der Form von Draht mit Sägezähnen
(Ganzstahlgarnitur) vorgesehen ist. Der Sägezahndraht wird
auf der Trommel 4 aufgezogen, d. h. in dicht nebeneinanderliegenden
Windungen zwischen (nicht dargestellten) Seitenflanschen umgewickelt,
um eine mit Spitzen bestückte zylindrische Arbeitsfläche
zu bilden. Auf der Arbeitsfläche (Garnitur) sollen möglichst
gleichmäßig Fasern verarbeitet werden. Die Kardierarbeit
wird zwischen den einander gegenüberliegenden Garnituren 14' und 4a geleistet. Sie
wird wesentlich von der Lage der einen Garnitur gegenüber
der anderen sowie dem Garniturabstand a zwischen den Spitzen der
Zähne der beiden Garnituren 14' und 4a beeinflusst.
Die Arbeitsbreite der Trommel 4 ist für alle anderen
Arbeitselemente der Karde maßgebend, insbesondere für
die Wanderdeckel 14 oder Festdeckel 62', 62'' (1),
welche zusammen mit der Trommel 4 die Fasern gleichmäßig über
die ganze Arbeitsbreite kardieren. Um gleichmäßige
Kardierarbeit über die ganze Arbeitsbreite leisten zu können,
müssen die Einstellungen der Arbeitselemente (einschließlich
von Zusatzelementen) über diese Arbeitsbreite eingehalten
werden. Die Trommel 4 selbst kann aber durch das Aufziehen
des Garniturdrahtes, durch Fliehkraft oder durch den Kardierprozess
bedingte Erwärmung deformiert werden. Die Wellenzapfen 23a, 23b der
Trommel 4 sind in Lagern 25a, 25b gelagert,
die auf dem ortsfesten Maschinengestell 24a, 24b angebracht
sind. Der Durchmesser, z. B. 1250 mm, der zylindrischen Oberfläche 4f,
d. h. das Doppelte des Radius r4, ist ein
wichtiges Maß der Maschine, und er wird im Betrieb durch
Arbeitswärme vergrößert. Die Seitenschilder 19a, 19b sind
auf den beiden Maschinengestellen 24a bzw. 24b befestigt.
An den Seitenschildern 19a, 19b sind die Einstellbögen 17a bzw. 17b (Flexibelbögen)
angebracht. Die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 4 beträgt
z. B. 35 m/sec. Die Arbeitsbreite der Trommel 4 und die
Länge der Arbeitselemente (z. B. 26', 26'')
beträgt z. B. 1000 mm bis 2000 mm.
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Wenn
im Betrieb durch Kardierarbeit, insbesondere bei hoher Produktion
und/oder Verarbeitung von Chemiefasern bzw. Baumwolle-Chemiefasermischungen,
im Kardierspalt a zwischen den Garnituren 14' und der Trommelgarnitur 4a Wärme
entsteht, wird der Trommelmantel 4e ausgedehnt, d. h. der
Radius r4 nimmt zu und der Kardierspalt
a bzw. d nimmt ab. Die Wärme wird über den Trommelmantel 4e in die
radialen Tragelemente, die Trommelböden 4c und 4d,
geleitet. Die Trommelböden 4c, 4d dehnen sich
infolge dessen ebenfalls aus, d. h. der Radius nimmt zu. Die Trommel 4 ist allseitig
praktisch vollständig verschalt (ummantelt): In radialer
Richtung und zu den beiden Seiten der Karde hin. Dadurch wird die
Wärme aus der Trommel 4 kaum nach außen (zur
Atmosphäre) abgestrahlt. Allerdings wird insbesondere die
Wärme der großflächigen Trommelböden 4c, 4d über
Strahlung in erheblichem Maße auf die großflächigen
Seitenschilder 19a, 19b übertragen, von
denen die Wärme nach außen zur kälteren Atmosphäre
abgestrahlt wird. Durch diese Abstrahlung dehnen sich die Seitenschilder 19a, 19b relativ geringer
im Vergleich zu den Trommelböden 4c, 4d aus,
was zu einer unerwünschten (Kardierergebnis) bis gefährlichen
Verkleinerung des Kardierspaltes a (9) und des
Kardierspaltes a (sh. 7) führt. Die Kardierelemente
(Deckelstäbe 14) sind auf den Einstellbögen 17a, 17b (Flexibelbögen)
und die Festkardierelemente sind auf den Einstellbögen 18a, 18b (Verlängerungsbögen)
gelagert. Bei Erwärmung nimmt die Anhebung der Einstellbögen 17a, 17b – und
damit der Garnituren 14' der Deckelstäbe 14 – relativ
weniger als die Ausdehnung des Radius r4 des Trommelmantels 4e – und
damit der Garnitur 4a der Trommel 4 – zu,
was zu der Verengung des Kardierspaltes a führt. Der Trommelmantel 4e und
die Trommelböden 4c, 4d bestehen aus
Stahl, z. B. St 37, mit einem Längenwärmeausdehnungskoeffizienten α =
11,5·10–6 [1/°K).
Um nun die relativ unterschiedliche Ausdehnung der Trommelböden 4c, 4d und
des Trommelmantels 4e einerseits und der Seitenschilder 19a, 19b (infolge
verhinderter Abstrahlung in die Atmosphäre aufgrund Kapselung
der Trommel 4 bzw. freier Abstrahlung in die Atmosphäre von
den Seitenschildern) auszugleichen, bestehen die Seitenschilder
z. B. aus Aluminium mit einem Längenwärmeausdehnungskoeffizienten
von α = 23,8·10–6 [1/°K].
Nach einer anderen Ausbildung kann die Trommel 4 auch aus
glasfaserverstärktem Kunststoff und können die
Seitenschilder 19 z. B. aus Grauguss GG mit einem Längenwärmeausdehnungskoeffizienten
von α = 10,5·10–6 [1/°K]
bestehen. In beiden Fällen ist die radiale Ausdehnung der
Seitenschilder 19a, 19b größer
als die radiale Ausdehnung der Trommel 4. Auf diese Weise
bleibt zwar die Dehnung der Trommel 4 erhalten, jedoch
werden die Maschinenelemente, z. B. Deckel- und/oder Kardierstäbe,
in die radiale Richtung nach außen verlagert bzw. angehoben.
Dadurch wird die unerwünschte Verkleinerung des Kardierspaltes
a infolge thermischer Einflüsse stark reduziert oder verkleinert.
Die Erfindung verbessert die Einstellung des Kardierspaltes a in
vorteilhafter Weise.
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Die
Zeichnungsfigur nach 10 zeigt nur einen Teil der
Karde (in der Schnittebene I-I der 2 gesehen)
im wesentlichen nur oberhalb der Drehachse der Trommel 4.
Das Bezugszeichen 14 betrifft einen Wanderdeckelstab, der
sich gerade im Bereich der Schnittebene I-I befindet. Eine Bewegung
der Einstellbögen 17a, 17b wird durch
jeweils eine Verstelleinrichtung bewirkt und führt zu einer Veränderung
des Kardierabstandes a. Im Beispiel der 10 besteht
die Verstelleinrichtung für jeden Einstellbogen 17a, 17b aus
vier Stellelementen 281 bis 284 (sh. 2). Jede
Stelleinrichtung führt zu einer entsprechenden Stellbewegung
des Einstellbogens 17a, 17b in radialer Richtung.
In 10 besteht die Stelleinrichtung aus jeweils einem
Stellelement 28a bzw. 28b aus einem Metallstab,
dem jeweils ein Peltierelement 29a bzw. 29b zugeordnet
ist. Jeweils ist das eine Ende des Metallstabes 28a, 28b einem Einstellbogen 17a bzw. 17b und
das andere Ende des Metallstabes 28a, 28b dem
Seitenschild 19a bzw. 19b zugeordnet.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen, d. h.
aktive Wärmezuführung und aktiver Wärmentzug
an den Stellelementen für die Einstellbögen wird auf
elegante Weise der Arbeitsspalt in kurzer Zeit auf gewünschte
(vorbestimmte) Werte ein- bzw. nachgestellt.
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Um
in Notsituation eine sehr schnelle Abkühlung des Stellelements 28 (ausdehnbares
und kontraktierbares Rohr) zu erreichen, wird zweckmäßig der
Effekt genutzt, dass sich „entspannende” Druckluft
sehr stark abkühlt. Gelangt zum Beispiel Druckluft mit
einem Druck von 6 bar über Umgebungsdruck aus einem Ventil
an die Umgebung frei, kann die vorher zusammengedrückte
Luft wieder expandieren und den Umgebungsdruck annehmen. Durch diese Expansion
kühlt die Luft in Sekunden auf weniger als –100°C
ab. Man nennt diesen Vorgang in der Thermodynamik eine „isentrope
Zustandsänderung”. Zur Verwirklichung ist es möglich,
am Stellelement 28 (ausdehnbares und kontraktierbares Rohr)
ein Pneumatikventil anzubringen und dieses in Notsituationen zu öffnen.
Durch die kalte Luft, die durch das Rohr strömen soll,
ist es in kurzer Zeit möglich, einen Arbeitsabstand a von
mehreren tausendstel Zoll zu realisieren. Die Abkühlung
erfolgt durch sich entspannende Druckluft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005052142
A [0006]
