DE102009036313A1

DE102009036313A1 - Wickelvorrichtung zum Wickeln von aufwickelbaren Halbzeugen

Info

Publication number: DE102009036313A1
Application number: DE200910036313
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Meyer
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: DE102009036313B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine pneumatisch regelbare Wickelvorrichtung 10 mit einem Träger 12, einer Befestigungseinrichtung 30 zum Befestigen einer Spule 13, einer Bremseinrichtung 11, die ein erstes Bremselement 91 und ein zweites Bremselement 92 umfasst, und einer Befestigungs-/Halteeinrichtung 20 zum Befestigen der Bremseinrichtung 11 an dem Träger 12. Durch Druckluft kann das zweite Bremselement 92 auf das erste Bremselement 91 beaufschlagt werden, wobei die Menge der Druckluft über einen Ventilanschluss 34 für ein Proportionalventil sehr fein geregelt werden kann, um so die auf das Wickelgut wirkende Abziehkraft konstant zu halten. Die Regelung der Druckluft erfolgt online und im Bereich des Trägers der Wickelvorrichtung 12 mechanisch, ohne negative Wechselwirkung mit dem Wickelgut. Die Befestigungseinrichtung 30 ermöglicht ein schnelles Auswechseln der Spule 13.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wickelvorrichtung zum Wickeln von aufwickelbaren Halbzeugen, insbesondere Fasergebilden und mehr insbesondere Faserbänder wie Kohlenstofffaserbänder, mit einem Träger für eine Spule und einer Dreheinrichtung zum Drehen der Spule.
In Textilanlagen müssen Halbzeuge häufig ab- und aufgewickelt werden. Dabei ist es, insbesondere bei empfindlichen Prozessen und/oder Materialien, erwünscht, die Abzugskraft und -Geschwindigkeit vorzugsweise konstant zu halten. Dies ist insbesondere bei großen Spulendurchmessern problematisch, da sich hier die Hebelkraft mit abnehmender Menge des zu wickelnden Materials verringert, wodurch sich der Abzugswiderstand erhöht. Gerade im Zusammenhang mit Kohlenstofffaserbändern sind jedoch elektrische Regelungen und Komponenten problematisch. Des Weiteren wirken, wenn die Wickelvorrichtung zusätzlich bewegt wird, wie das beispielsweise bei Flecht- oder Wickelanlagen der Fall ist, unerwünschte Kräfte.
Bisher sind auf dem Markt Wickelvorrichtungen mit einfachen Hebelmechanismen erhältlich, bei denen Bremsbacken auf einen Außenradius der Wickelvorrichtung gepresst werden. Das Bremsmoment der Bremsen kann dabei über Gewichte eingestellt werden. Diese Hebelmechanismen haben den Nachteil, dass sie zum einen anfällig sind für Verschleißerscheinungen und daher einen großen Wartungsaufwand erfordern. Zum anderen ist eine Einstellung über Gewichte abhängig von der Schwerkraft, wodurch sich eine vorbestimmte Einbaurichtung der Wickelvorrichtung ergibt. Außerdem ist es problematisch, das Bremsmoment und damit die Abzugskraft/-geschwindigkeit, die auf das zu wickelnde Material wirken, bei diesen Mechanismen im Betrieb der Wickelvorrichtung passend einzustellen.
Weiter sind Wickelvorrichtungen mit servomotorgesteuerten Achsen auf dem Markt erhältlich, die das Bremsmoment elektronisch einstellen.
Dabei müssen die die Wickelvorrichtung und die Regeleinheit verbindenden Energie- und Datenleitungen insbesondere bei sich bewegenden Abrollmechanismen, wie sie beispielsweise in Flecht- oder Wickelanlagen verwendet werden, über Schleifringüberträger geführt werden. Besonders bei der Verwendung der Schleifringüberträger im Zusammenhang mit Wickelvorrichtungen, die hauptsächlich zum Wickeln von Kohlenstofffaserbändern verwendet werden, ergibt sich das Problem, dass die Schleifringüberträger aufgrund der Leitfähigkeit der Kohlenstofffaserbänder Fehler produzieren. Ein weiterer Nachteil einer elektronischen Einstellung des Bremsmomentes bzw. der Abzugskraft/-geschwindigkeit, die auf die zu wickelnden Materialen wirken, ist der hohe Steuerungs- und Kostenaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfache und sichere Wickelvorrichtung für empfindliche Halbzeuge zu schaffen, die auch für Kohlenstofffasern zuverlässig verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Wickelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft eine Wickelvorrichtung zum Wickeln von aufwickelbaren Halbzeugen, insbesondere Fasergebilden und mehr insbesondere Faserbändern wie Kohlenstofffaserbändern, mit einem Träger für eine Spule und einer Dreheinrichtung zum Drehen der Spule, wobei eine Bremseinrichtung das Bremsmoment und damit die Abzugskraft/-geschwindigkeit, die auf das zu wickelnde Material wirken, regelt.
In bevorzugten Ausgestaltungen soll die Bremseinrichtung im Betrieb der Wickelvorrichtung möglichst feinstufig regelbar sein. Der Mechanismus der Bremseinrichtung ist vorteilhafterweise so konstruiert, dass er unabhängig von der Schwerkraft und damit von der Einbauposition der Wickelvorrichtung arbeiten kann.
Des Weiteren werden das Bremsmoment und damit die Abzugskraft/-geschwindigkeit, die auf das aufzuwickelnde Material wirken, vorzugsweise bei Bewegungen in die radiale Richtung nicht beeinflusst. Die Bremseinrichtung arbeitet vorzugsweise aus Gründen der Fehlervermeidung nicht mit elektrischen Überträgern, sondern wird mechanisch betrieben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung zum Abbremsen der Spule ein sich mit dem Träger drehendes erstes Bremselement aufweist, an das ein zweites Bremselement angreift, wodurch eine Bremskraft zwischen den beiden Bremselementen wirkt. Diese Bremskraft zwischen den beiden Bremselementen ist gemäß den Anforderungen regelbar, wobei das Bremsmoment und die Abzugskraft/-geschwindigkeit, die auf das zu wickelnde Material wirken, je nach Bedarf einstellbar sind.
Vorzugsweise erfolgt die Bremskraftübertragung zwischen den beiden Bremselementen über einen Reibeingriff. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Bremselemente in zu der Drehachse des Trägers axialen Richtung zueinander drehbar, da so das Bremsmoment und die Kraft und Geschwindigkeit, die auf das zu wickelnde Material wirken, ohne Einflüsse durch die Lage der Wickelvorrichtung sehr fein eingestellt werden können.
Vorzugsweise verfügt die Bremseinrichtung an dem ersten Bremselement über wenigstens eine Bremsscheibe oder Mitnehmerscheibe und an dem zweiten Bremselement über wenigstens einen Kolben, so dass die Bremskraft von dem ersten Bremselement durch mechanischen Einfluss leicht auf das zweite Bremselement übertragen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kolben in einem zentralen Bereich einer Lagerung für die Spule angeordnet und axial beweglich, wodurch er zur Übertragung der Bremskraft auf das erste Bremselement durch mechanische Einwirkung verwendet werden kann und das Bremsmoment bei Bewegung in radialer Richtung nicht beeinflusst wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung ist die Bremseinrichtung als Lamellenbremse mit mehreren Bremsscheiben ausgestaltet, so dass es sowohl möglich ist, ein sehr großes Bremsmoment zu erzeugen, als auch das Bremsmoment sehr fein zu regeln.
Vorteilhafterweise verfügt die Bremseinrichtung über einen Bremsscheibenträger, der die von ihm undrehbar, aber axial beweglich aufgenommenen Bremsscheiben in ihrer zur Bremskraftübertragung optimalen Position behält.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Kolben axial innerhalb des Bremsscheibenträgers geführt, so dass er die Bremsscheiben axial beaufschlagt. Damit wird verhindert, dass das Bremsmoment bei einer Bewegung der Wickelvorrichtung in radialer Richtung, wie dies in Flecht- und Wickelanlagen der Fall ist, beeinflusst wird.
Vorteilhaft wird die Bremseinrichtung mittels eines Steuerfluids geregelt, so dass keine Fehler aufgrund von elektrischen Leitungen, die mit den Kohlenstofffasern Wechselwirken, auftreten können.
In einer Ausführungsform bringt eine Endlosdrehdurchführung das Steuerfluid aus einem stationären System auf ein sich mit dem Träger mitdrehendes System auf, wodurch ein Bremsmoment wie erwünscht regelbar übertragen werden kann.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung als pneumatische Bremse ausgeführt wird, und somit das Bremsmoment mechanisch übertragen werden kann.
Als Steuerfluid wird bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise Druckluft eingesetzt.
Vorteilhaft wird der Kolben mittels Druckluft beaufschlagt, die eine feine Regelung des Bremsmomentes und der Abzugskraft/-geschwindigkeit, die auf das zu wickelnde Material wirken, ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung verfügt die Bremseinrichtung über ein Proportionalventil, mit dem die Bremskraft und damit die Abzugskraft und Abzugsgeschwindigkeit während des Betriebes der Wickelvorrichtung sehr fein geregelt werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bremseinrichtung mit der Drehwelle verbunden und mit dieser drehbar, so dass eine Beschleunigungskraft auf die Spule eingebracht werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Wickelvorrichtung regelt die Bremseinrichtung die Bremskraft vorzugsweise derart, dass auch bei einem sich verändernden Wickeldurchmesser eine gleich bleibende Abzugskraft, die auf das zu wickelnde Material wirkt, erreichbar ist.
Vorteilhafterweise verfügt die Wickelvorrichtung über eine Antriebseinrichtung, die die Spule drehbar antreibt, um so das zu wickelnde Material nicht nur ab- sondern auch aufwickeln zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremseinrichtung so zwischen der Antriebseinrichtung und der Spule angeordnet, dass die Antriebseinrichtung ein Drehmoment über die Bremseinrichtung auf die Spule aufbringen kann, so dass sich die Bremskraft durch Eingriff der Bremseinrichtung auf die Antriebseinrichtung leicht regeln lässt. Dadurch ist vorteilhafterweise das Drehmoment, das auf die Spule eingebracht wird, über die Bremseinrichtung regelbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremseinrichtung mitdrehend an der Antriebseinrichtung, die zum Drehen der Drehwelle ausgebildet ist, angebracht. Vorteilhafterweise arbeitet der Mechanismus der Bremseinrichtung unabhängig von der Schwerkraft und es ist möglich, die Spule in verschiedenen Positionen anzubauen.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Wickelvorrichtung ist das Bremsmoment pneumatisch regelbar und kann sehr fein eingestellt werden. Ein Bremsscheibenmechanismus ist so konstruiert, dass er unabhängig von der Schwerkraft bzw. Einbauposition arbeitet. Bei Bewegung in radialer Richtung wird das Bremsmoment nicht beeinflusst. Der Spulenwechsel erfolgt über einen Schnellverschluss, um möglichst kurze Standzeiten sicherzustellen. Die Regelluft wird über eine Endlos-Drehdurchführung geleitet. Es ist möglich, einen Wickel- oder Gegenhaltemotor anzubauen. Über ein Proportionalventil ist es möglich, das Bremsmoment bei leer werdender Spule zu reduzieren, um die Abzugskraft konstant zu halten.
Die Bremse kann auch als Feststellbremse verwendet werden.
Folgende Vorteile sind durch bevorzugte Ausführungsformen insbesondere erreichbar:
Der Spulenhalter kann als Wickel- und Abrollmechanismus verwendet werden. Beim Wickeln dreht vorzugsweise ein Motor die zentrale Achse mit erhöhter Geschwindigkeit und die Bremse bringt ein geregeltes Bremsmoment auf. Dadurch wirkt eine konstante Zugkraft auf das Wickelgut. Beim Abrollen wird vorzugsweise die Drehachse festgesetzt und nur noch das Bremsmoment geregelt.
Die Bremsscheiben sind vorzugsweise so angeordnet, dass Bremsmoment axial aufgebracht wird. Dadurch ist es weitgehend unabhängig von Kräften in radialer Richtung. Der gesamte Mechanismus ist für den Einsatz mit Kohlenstofffasern geeignet.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Wickelvorrichtung ist die Lieferung von Kohlenstofffasern zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen. Weiter vorzugsweise wird die Wickelvorrichtung in einer Vorrichtung und/oder einem Verfahren eingesetzt, wie sie in der WO 2008/110614 A1 beschrieben ist. Der Inhalt dieser Druckschrift bildet Teil der hiesigen Offenbarung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1a eine erste perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wickelvorrichtung, die in eine Spule zum Wickeln von aufwickelbaren Halbzeugen, insbesondere Fasergebilden und mehr insbesondere Faserbändern, wie Kohlenstofffaserbändern, eingebracht ist;
1b eine zweite perspektivische Ansicht der Wickelvorrichtung;
2 eine durchsichtige Ansicht der Wickelvorrichtung mit einer Bremseinrichtung zum Regeln der Kraft und/oder Geschwindigkeit, mit der die Spule gedreht wird;
3 eine Aufsicht auf einen Träger;
3a eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des in 3 gezeigten Trägers der Wickelvorrichtung;
3b eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Ansicht aus 3a;
3c eine Schnittansicht entlang der Linie C-C der Ansicht aus 3a;
4 eine durchsichtige Ansicht einer Befestigungseinrichtung der Spule;
4a eine Draufsicht auf die Befestigungseinrichtung der Spule;
4b eine Schnittansicht entlang der Linie A-A durch die Befestigungseinrichtung der Spule aus 4a;
4c eine Seitenansicht auf die rechte Seite der Befestigungseinrichtung der Spule aus 4;
4d eine Seitenansicht auf die obere Seite der Befestigungseinrichtung der Spule aus 4;
5 eine durchsichtige Ansicht einer Welle, die an einem ersten Endbereich der Wickelvorrichtung vorgesehen ist;
5a eine schematische Ansicht der Welle;
5b einen Querschnitt des unteren Teiles der Welle;
5c einen Querschnitt des mittleren Teiles der Welle;
6 eine durchsichtige Ansicht eines Bremsscheibenträgers;
6a eine schematische Ansicht des Bremsscheibenträgers;
6b eine um 90° zu 4a gedrehte schematische Ansicht des Bremsscheibenträgers;
6c einen Querschnitt des oberen Teiles des Bremsscheibenträgers;
6d einen Querschnitt des unteren Teiles des Bremsscheibenträgers;
7 einen Querschnitt durch eine Hülse;
7a eine Seitenansicht der Hülse aus 7;
7b einen Querschnitt der Hülse aus 7a entlang der Linie B-B;
7c einen Querschnitt der Hülse aus 7a entlang der Linie C-C;
8 eine Seitenansicht eines Kolbens mit zwei radialen Vorsprüngen;
8a einen Querschnitt des Kolbens mit zwei radialen Vorsprüngen aus 8;
9 einen Lagerträger;
9a eine Seitenansicht des Lagerträgers aus 9;
10 eine Draufsicht auf eine Befestigungs-/Halteeinrichtung;
10a eine Seitenansicht der Befestigungs-/Halteeinrichtung aus 10;
11 eine Draufsicht auf einen Distanzring;
11a eine Seitenansicht des Distanzringes aus 10;
12 eine Draufsicht auf eine Reibscheibe;
12a eine Seitenansicht der Reibscheibe aus 9;
13 eine Draufsicht auf eine gelochte Reibscheibe;
13a eine Seitenansicht der gelochten Reibscheibe aus 13;
14 eine Draufsicht auf eine Mitnehmerscheibe;
14a eine Seitenansicht der Mitnehmerscheibe aus 14;
15 eine Draufsicht auf einen Nippel;
15a eine Seitenansicht auf den Nippel aus 15;
16 eine Draufsicht auf eine Pressscheibe;
16a eine Schnittansicht entlang der Linie A-A durch die Pressscheibe aus 16.
Die 1a bis 16a zeigen eine vorteilhafte Ausführungsform einer Wickelvorrichtung 10 zum Wickeln von aufwickelbaren Halbzeugen. Wie in den 1a, 1b und 2 ersichtlich, weist die Wickelvorrichtung 10 einen Träger 12, eine Befestigungseinrichtung 30 für eine kommerziell erwerbliche Spule 13, eine Bremseinrichtung 11 und eine Befestigungs-/Halteeinrichtung 20 auf, die die Bremseinrichtung 11 an dem Träger 12 befestigt.
Die 1a und 1b zeigen eine erste und zweite perspektivische Ansicht der gebildeten Wickelvorrichtung 10 mit angebrachter Spule 13 und geben eine Übersicht über die Anordnung der oben genannten Bauteile an dem Träger 12. Der genaue Aufbau des Trägers 12 wird weiter unten beschrieben.
2 zeigt eine durchsichtige Ansicht der Wickelvorrichtung 10 als Übersicht über die Anordnung der Bauteile. Die einzelnen Bauteile werden im Folgenden erläutert.
Wie oben erwähnt umfasst die Wickelvorrichtung 10 die Befestigungseinrichtung 30, die weiter unten näher erläutert wird, für die Spule 13. In die Befestigungseinrichtung 30, an der eine Antriebseinrichtung 8 angebracht werden kann, ist eine Drehwelle 9 in Form einer Welle 40 eingebracht, die in den 5 bis 5c schematisch gezeigt ist.
Gemäß 2 ist in die Welle 40 an dem der Befestigungseinrichtung 30 entgegengesetzten Ende ein Bremsscheibenträger 60 als Teil der Bremseinrichtung 11 eingeschoben. Auf dem Bremsscheibenträger 60 sind Reibscheiben 110, 150 in Form von Bremsscheiben 111, 151 und Mitnehmerscheiben 120 einer Lamellenbremse 96, die als pneumatische Bremse 98 ausgeführt ist, verschiebbar aufgesetzt. Die Bremsscheiben 111 und 151 sind an ihrem Innenumfang verschiebbar aber undrehbar mit dem Bremsscheibenträger 60 in Eingriff. Die zwischen den Bremsscheiben 111 und 151 eingebetteten Mitnehmerscheiben 120 sind mit ihren Außenumfängen undrehbar mit einer Hülse 70 der Bremseinrichtung 11 in Eingriff. An dieser Hülse 70 ist über die Befestigung/Halteeinrichtung 20 der Träger 12 befestigt.
Die Spule 13 dient zur Aufnahme des Halbzeuges, das auf die Spule 13 gewickelt wird. Mit dem Träger 12 lässt sich ein regelbarer Schlupf der Spule 13 einstellen.
Der Träger 12 weist eine Trägerwelle 12a auf, auf der die Spule 13 rotiert. Die Trägerwelle 12a ist als Hohlwelle ausgeführt und nimmt die Welle 40 als Dreheinrichtung 19 und die gesamte Bremseinrichtung 11 mit dem Bremsscheibenträger 60 und den Bremsscheiben 111 und 151 auf.
Innerhalb des Bremsscheibenträgers 60 befindet sich ein Kolben 90, der durch Regelluft, welche durch die Welle 40 eingebracht wird, bewegbar ist, um die Lamellenbremse 96 zu betätigen.
Die Bremseinrichtung 11 hat somit ein erstes Bremselement 91, das durch den Kolben 90 und die Bremsscheiben 111, 151 gebildet ist, und ein zweites Bauelement 92, das durch die Hülse 70 und die Mitnehmerscheiben 120 gebildet ist und in Reibeingriff mit dem ersten Bremselement 91 ist.
Die Trägerwelle 12a ist über Lagerträger 100 drehbar auf der Welle 40 und dem Bremsscheibenträger 60 gelagert. Durch die Befestigung an der Befestigungseinrichtung 30 ist eine Dreheinrichtung 19 gebildet.
Wie in 3 zu sehen, hat der Träger 12 die Trägerwelle 12a und eine sich radial erstreckende Trägerendwand 12b, die zwei Befestigungslöcher 14 zum Befestigen der Spule 13 mit steckbaren Befestigungen 14 aufweist.
Die Schnittansicht in 3a entlang der Linie A-A durch den Träger 12 aus 3 zeigt, dass die Trägerwelle 12a als Hohlwelle ausgeführt ist, so dass der Träger 12 eine erste Durchführöffnung 16 umfasst, in der die Bremseinrichtung 11 und die Welle 40 Platz findet. Zur Aufnahme der Bremseinrichtung 11 ist die erste Durchführöffnung 16 an einem Endbereich radial erweitert ausgeführt.
3b und 3c zeigen Schnittansichten entlang der Linien B-B und C-C in dem Träger 12 aus 3 und 3a, in denen zu sehen ist, dass der Träger 12 an dem freien Endbereich der Trägerwelle 12a einen ersten Vorsprung 17 hat, der sich mit geringerem Außendurchmesser axial erstreckt. In dem axialen Vorsprung 17 sind vier erste Miniöffnungen 18 vorgesehen, die um 90° versetzt auf einer ersten radialen Ebene (Schnittebene C-C) verteilt sind. Weiter hat der Vorsprung 17 noch zwei kleinere radiale Öffnungen 17a, die in einer zweiten radialen Ebene (Schnittebene B-B) gegenüberliegend, um 45° zu den ersten Miniöffnungen 18 versetzt angeordnet sind.
Im Folgenden wird die Befestigungseinrichtung 30 anhand der Darstellungen in den 4 bis 4d beschrieben. Die Befestigungseinrichtung 30 hat ein blockartiges Gehäuse 30a und einen axialen Vorsprung 30b.
Wie in 4 zu sehen, verfügt die Befestigungseinrichtung 30 zum Befestigen der Bremseinrichtung 11 an der Spule 13 über eine Druckluftdrehdurchführung 36 in dem axialen Vorsprung 30b und einen Lagersitz 38 in dem Gehäuse 30a zum Durchführen der Welle 40. Der Lagersitz 38 dient zur Aufnahme von Kugellagern 78, die die Welle 40 tragen.
Die Befestigungseinrichtung 30 kann über vier an den Ecken des Gehäuses 30a angeordnete Schrauböffnungen 32a und sich daran anschließende vier erste durchgehende Bohrungen 32b fixiert werden.
In der Draufsicht auf die Befestigungseinrichtung 30 ist in 4a zu sehen, dass die Befestigungseinrichtung 30 weiter einen Ventilanschluss 34 zur Druckbeaufschlagung hat.
4b zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A durch die Befestigungseinrichtung 30 in 4a, in der die Druckluftdrehdurchführung 36 und die Lageraufnahme 38 zum Durchführen der Welle 40 mit einer Stufe dazwischen gezeigt sind.
4c zeigt eine rechte Seitenansicht der Befestigungseinrichtung 30 aus 4, wobei in dem Bereich der Lageraufnahme 38 eine erste lange enge Öffnung 35 zum Bilden einer Gewindebohrung 35a für eine Feststellschraube (nicht gezeigt) ausgeführt ist. Die Feststellschraube dient zum Verhindern eines Mitdrehen der Achse, wenn die Wickelvorrichtung als gebremste Abrollung eingedreht wir. Im Bereich der Druckluftdrehdurchführung 36 befindet sich ein nach oben gerichteter Ventilanschluss 34 zum Beaufschlagen mit Druck.
4d verdeutlicht, dass dieser nach oben gerichtete Ventilanschluss 34 sich am hinteren Umfangsbereich in der Mitte der Druckluftdrehdurchführung 36 befindet.
5 zeigt eine durchsichtige Ansicht der Welle 40, in der zu sehen ist, dass die Welle 40 über eine sich axial erstreckende weite Öffnung 42a zur Aufnahme des Bremsscheibenträgers 66 und eine erste enge Öffnung 46a zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) Antriebswelle der Antriebsvorrichtung 8 verfügt. Die Öffnungen 42a und 46a sind an gegenüberliegenden Enden ausgebildet.
Wie in der schematischen durchsichtigen Zeichnung in 5a zu sehen, verfügt die erste enge Öffnung 46a über eine Keilnut 46b, die sich im unteren Umfangsbereich der ersten engen Öffnung 46a in axialer Richtung erstreckt. Darin lässt sich die Antriebswelle formschlüssig in Keileingriff bringen. Im unteren Bereich der ersten engen Öffnung 46a befindet sich gegenüberliegend der Keilnut 46b eine dritte lange enge Öffnung 48 mit Gewinde zum Festklemmen der Antriebswelle. Wie in 5a weiter zu sehen, verjüngt sich die weite Öffnung 42a der Welle 40 über eine Stufe 42b zu einer ersten Bohrung 42c, welche zur Aufnahme des Kolbens 90 dient.
In 5b ist ein Querschnitt im Bereich der weiten Öffnung 42a der Welle 40 zu sehen. Auf einer Seite der weiten Öffnung 42a ist eine sich radial erstreckende kurze enge Öffnung 44a mit Gewinde zum Festklemmen des Bremsträgers 60 und eine zweite lange enge Öffnung 44b zum Beaufschlagen eines Druckes angeordnet.
5c zeigt einen Querschnitt durch den mittleren Teil der Welle 40 im Bereich der zweiten langen engen Öffnung 44b. Hier sind zwei sich gegenüberliegende zweite lange enge Öffnungen 44b zum Beaufschlagen des Druckes angebracht. Die weite Öffnung 42a und die erste Bohrung 42c der Welle 40 dienen zum Durchführen des Kolbens 90, der weiter unten beschrieben wird.
Durch die zweiten langen engen Öffnungen 44b kann der Kolben 90 mit Druckluft beaufschlagt werden, um so die Bremskraft, die auf die Bremseinrichtung 11 eingebracht wird, zu regeln.
Im Folgenden wird der Bremsscheibenträger 60 anhand der Darstellungen in 6 bis 6d beschrieben.
6 ist eine durchsichtige Ansicht des Bremsscheibenträgers 60, der über einen großen Zylinderbereich 64a, einen kleinen Zylinderbereich 64b und einen mittleren Zylinderbereich 64a im Bereich der weiten Öffnung 42a, mit der Stufe 42b und der ersten Bohrung 42c der Welle 40 in Eingriff ist.
Wie in 6a und 6b zu sehen, umfasst der Bremsscheibenträger 60 eine sich zentral axial erstreckende zweite Bohrung 62 zum Durchführen des Kolbens 90 und eine zweite enge Öffnung 68 mit Gewinde, die der zweiten Bohrung 62 gegenüberliegt und zu Befestigungszwecken dient.
Der Bremsscheibenträger 60 verfügt im Bereich eines stiftförmigen Bremsscheibenaufnahmebereichs 60a über sich axial erstreckende Führungsnuten 67, die Vorsprünge der Bremsscheiben 111, 151 formschlüssig undrehbar, aber verschiebbar aufnehmen. Weiter sind 90° versetzt zu diesen Führungsnuten 67 durchgehende Langlöcher 66 vorgesehen, die sich in axialer Richtung erstrecken und zur Führung von Stiften (nicht dargestellt) dienen, mittels denen die Bewegungen des Kolbens 90 auf eine Pressscheibe 140 (in 16 und 16a dargestellt) übertragen werden, um die Bremsscheiben 111, 151 und Mitnehmerscheiben 120 zusammen zu drücken oder zu entlasten.
6c zeigt einen Querschnitt des oberen Bereiches des Bremsscheibenträgers 60, in dem die Anordnung der Führungsnuten 67 an dem Bremsscheibenträger 60 zum Anbringen des ersten Bremselementes 91 zu sehen ist.
Das erste Bremselement 91 ist innerhalb der in 7 und 7a gezeigten Hülse 70 untergebracht. Die Hülse 70 verfügt über vier Nuten 72, die sich im Umfangsbereich der Hülse 70 axial erstrecken und zum Führen der Mitnehmerscheiben 120 dienen.
Die Hülse 70 umfasst weiterhin, wie in 7b gezeigt, vier im radialen Umfangsbereich der Hülse 70 angeordnete zweite Miniöffnungen 76, die einen Winkelabstand von 90° zueinander aufweisen und die zur Befestigung der Hülse 70 mit der Befestigung-/Halteeinrichtung 20 dienen. Wie in 7c zu sehen, umfasst die Hülse 70 außerdem zwei erste Mikroöffnungen 74.
In der Hülse 70 beaufschlagt der Kolben 90 die Lamellenbremse 96, die über mindestens eine Reibscheibe 110 in Form einer Bremsscheibe 111 und mindestens eine gelochte Reibscheibe 150 in Form einer gelochten Bremsscheibe 151 verfügt. Der Kolben 90, der in 8 dargestellt ist, verfügt über einen ersten radialen Vorsprung 94 und einen zweiten radialen Vorsprung 95, die dazu vorgesehen sind, den Kolben in der Führung innerhalb der Welle 40 zu halten.
Die Welle 40 ist auf einem Lagerträger 100 gelagert, der in 9 und 9a schematisch dargestellt ist. Dieser Lagerträger 100 umfasst eine vierte Durchführöffnung 102 und zwei Sackbohrungen 104, die sich in mittleren Umfangsbereich des Lagerträgers 100 befinden und als Verbindung zur Bremsscheibe 150 dienen.
Die Befestigungs-/Halteeinrichtung 20 befestigt die Bremseinrichtung 11 an dem Träger 12. Sie ist in 10 und 10a schematisch dargestellt und umfasst eine zweite Durchführöffnung 24 und vier erste Nuten 22 mit rundem Abschluss, die sich am äußeren Umfangsbereich der zweiten Durchführöffnung 24 befinden und die in einem 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Des Weiteren ist der äußere Umfangsbereich der Befestigungs-/Halteeinrichtung 20 wellenförmig gestaltet.
Zwischen zwei Kugellagern 78 ist ein Distanzring 80 angeordnet, der in den 11 und 11a gezeigt ist und dazu dient, die Kugellager 78 bei der Gewindebohrung 35a voneinander zu trennen. Er umfasst eine dritte Durchführöffnung 84 und einen ersten ringförmigen Einschnitt 82.
Reibscheiben 110 und eine gelochte Reibscheibe 150 sind in 12–13a gezeigt. Die Reibscheibe 110, die in Form einer Bremsscheibe 111 ausgeführt sein kann, verfügt über eine fünfte Durchführöffnung 112 zum Einführen des Bremsscheibenträgers 60, auf dem die Reibscheiben 110 nicht drehbar aber axial beweglich befestigt sind. Die Reibscheibe 110 umfasst weiterhin zwei zweite Vorsprünge 114, die sich an dem inneren Umfangsbereich der fünften Durchführöffnung 112 gegenüberliegen und zum Eingreifen in die Führungsnuten 67 dienen. Die gelochte Reibscheibe 150 umfasst eine neunte Durchführöffnung 152 und zwei sich an dem inneren Umfangsbereich der neunten Durchführung 152 gegenüberliegende vierte Vorsprünge 154, sowie zwei kleine Durchfuhröffnungen 156, die sich benachbart zu den beiden vierten Vorsprüngen 154 gegenüberliegen und mit den Sackbohrungen 104 über Passstifte (nicht gezeigt) verbunden sind. Die vierten Vorsprünge 154 dienen ebenfalls zum Eingreifen in die Führungsnuten 67.
14 und 14a zeigen eine Mitnehmerscheibe 120, die eine sechste Durchführöffnung 124 und vier sich in äußeren Umfangsbereich der Mitnehmerscheibe 120 befindenden dritten Vorsprünge 122 umfasst, die in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Die dritten Vorsprünge 122 dienen zum Eingreifen in die Nuten 72 der Hülse 70.
15 und 15a zeigen schematisch einen Nippel 130, der über eine siebte Durchführöffnung 134 und eine Nippelerhöhung 132 verfügt.
Im Folgenden wird die Pressscheibe 140 zum Zusammenpressen der Lamellenbremse 96 anhand der 16 und 16a beschrieben.
Diese Pressscheibe 140 umfasst eine achte Durchführöffnung 144 und zwei zweite Nuten 142 mit rundem Abschluss, die sich am äußeren Umfangsbereich der achten Durchführöffnung 144 der Pressscheibe 140 befinden. Die zweiten Nuten 142 mit rundem Abschluss dienen zur Aufnahme eines Passstiftes (nicht dargestellt), mit dem die Bewegung des Kolbens 90 auf die Pressscheibe 140 übertragen wird.
In der in 1 bis 16a gezeigten vorteilhaften Ausführungsform der pneumatisch regelbaren Wickelvorrichtung wird der Kolben 90 durch Einbringen von Druckluft durch die erste lange enge Öffnung 35 und eine Endlos-Drehdurchführung 157 über die beiden zweiten langen engen Öffnungen 44b pneumatisch betätigt und damit wird eine Bremskraft auf die Lamellenbremse 96 aufgebracht, wodurch die Reibscheiben 110 und 150 mit den Mitnehmerscheiben 120 dazwischen zusammengepresst werden. Dadurch wird die Spule 13 abgebremst. Durch den Ventilanschluss 34, der insbesondere als Anschluss für ein Proportionalventil (nicht gezeigt) dient, ist die Menge der auf den Kolben 90 wirkenden Druckluft sehr fein regelbar. Da die Bremseinrichtung 11 mit aus dem ersten Bremselement 91 und dem pneumatisch auf das erste Bremselement 91 beaufschlagten zweiten Bremselement 92, mechanisch mit Druckluft betrieben wird, arbeitet sie von der Einbaurichtung und der Schwerkraft unabhängig.
Vorteilhafterweise kann über die Befestigungseinrichtung 30 eine Antriebseinrichtung 8 angebracht werden, die es ermöglicht, Halbzeuge nicht nur ab-, sondern auch aufzuwickeln. Die Menge der Druckluft kann online sehr fein geregelt werden, ohne dass dazu elektrische Leitungen, die durch Kohlenstofffasern gestört werden können, im Bereich der Spule 13 angebracht werden müssen. Da der Kolben 90 axial auf das erste Bremselement 91 beaufschlagt wird, wird das Bremsmoment bei einer Bewegung in der radialen Richtung nicht beeinflusst. Durch die Befestigungs-/Halteeinrichtung 20 ist es möglich, die Spule 13 schnell zu wechseln, wodurch kurze Standzeiten resultieren, die zur größeren Durchsatzmenge des Wickelgutes führen.
Die Bremseinrichtung 11 kann des Weiteren als Feststellbremse während der Standzeit und des Wechselns der Spule 13 verwendet werden.
Eine vorteilhafte Verwendung der Wickelvorrichtung 10 betrifft eine Wickelanlage, eine Pultrusionsanlage und eine FPP-Bandfertigungsanlage, deren Einzelheiten in der WO 2008/110614 A1 beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

8: Antriebseinrichtung
9: Drehwelle
10: Wickelvorrichtung
11: Bremseinrichtung
12: Träger
12a: Trägerwelle
12b: Trägerendwand
13: Spule
14: Befestigungsloch
16: erste Durchführöffnung
17: erster Vorsprung
17a: kleinere Öffnung
18: erste Miniöffnung
19: Dreheinrichtung
20: Befestigungs-/Halteeinrichtung
22: erste Nute mit rundem Abschluss
24: zweite Durchführöffnung
30: Befestigungseinrichtung
30a: Gehäuse
30b: axialer Vorsprung
32a: Schrauböffnung zum ersten durchgehenden Langloch
32b: erste durchgehende Bohrung
34: Ventilanschluss
35: erste lange enge Öffnung
35a: Gewindebohrung
36: Druckluftdrehdurchführung
38: Lageraufnahme
40: Welle
42a: weite Öffnung
42b: Stufe
42c: erstes Bohrung
44a: kurze enge Öffnung
44b: zweite lange enge Öffnung
46a: erste enge Öffnung
46b: Keilnut
48: dritte lange enge Öffnung
60: Bremsscheibenträger
60a: Bremsscheibenaufnahmebereich
62: zweite Bohrung
64a: großer Zylinderbereich
64b: kleiner Zylinderbereich
64c: mittlerer Zylinderbereich
66: erstes Langloch
67: Führungsnuten
68: zweite enge Öffnung
70: Hülse
72: Nute
74: erste Mikroöffnung
76: zweite Miniöffnung
78: Kugellager
80: Distanzring
82: erster ringförmiger Einschnitt
84: dritte Durchführöffnung
90: Kolben
91: erstes Bremselement
92: zweites Bremselement
94: erster radialer Vorsprung
95: zweiter radialer Vorsprung
96: Lamellenbremse
98: pneumatische Bremse
100: Lagerträger
102: vierte Durchführöffnung
104: Sackbohrung
110: Reibscheibe
111: Bremsscheibe
112: fünfte Durchführöffnung
114: zweiter Vorsprung
120: Mitnehmerscheibe
122: dritter Vorsprung
124: sechste Durchführöffnung
130: Nippel
132: Nippelerhöhung
134: siebte Durchführöffnung
140: Pressscheibe
142: zweite Nute mit rundem Abschluss
144: achte Durchführöffnung
150: gelochte Reibscheibe
151: gelochte Bremsscheibe
152: neunte Durchführöffnung
154: vierter Vorsprung
156: kleine Durchführöffnung
157: Endlos-Drehdurchführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2008/110614 A1 [0034, 0123]

Claims

Wickelvorrichtung (10) zum Wickeln von aufwickelbaren Halbzeugen, insbesondere Fasergebilde und mehr insbesondere Faserbänder, wie Kohlenstofffaserbänder, mit einem Träger (12) für eine Spule (13) und einer Dreheinrichtung (19) zum Drehen der Spule (13), gekennzeichnet durch eine regelbare Bremseinrichtung (11) zum Abbremsen der Spule (13).
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) ein sich mit dem Träger (12) drehendes erstes Bremselement (91) und ein an dem ersten Bremselement (91) zum Bremsen desselben angreifendes zweites Bremselement (92) aufweist, wobei eine Bremskraft zwischen dem ersten Bremselement (91) und dem zweiten Bremselement (92) regelbar ist.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (91) und das zweite Bremselement (92) zum Erzeugen der Bremskraft in Reibeingriff bringbar sind.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (91) und das zweite Bremselement (92) zum Aufbringen und Lösen der Bremskraft in einer zu einer Drehachse des Trägers (12) axialen Richtung relativ zueinander drehbar sind.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (91) wenigstens eine Mitnehmerscheibe (120) aufweist und das zweite Bremselement (92) wenigstens einen relativ zu der Mitnehmerscheibe (120) beweglichen Kolben (90) aufweist.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 4 und nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (90) axial beweglich in einem zentralen Bereich einer Lagerung für den Träger (12) angeordnet ist.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) als Lamellenbremse (96) mit mehreren Bremsscheiben (111) ausgebildet ist.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) einen Bremsscheibenträger (60) hat, an dem die Bremsscheiben (111) relativ zu dem Bremsscheibenträger (60) undrehbar aber axial beweglich aufgenommen sind.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 6 und nach Anpruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben axial innerhalb des Bremsscheibenträgers (60) geführt wird und die Bremsscheiben (111) axial beaufschlagt.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) mittels eines Steuerfluids steuer- oder regelbar ist.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endlos-Drehdurchführung (157) ein Steuerfluid aus einem stationären System auf ein sich mit dem Träger (12) mitdrehendes System aufbringt.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) als pneumatische Bremse (98) ausgeführt ist.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 5 und nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (90) mittels Druckluft beaufschlagbar ist.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) einen Ventilanschluss (34) zum Steuern oder Regeln einer Bremskraft hat.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) so mit einer Drehwelle (9) verbunden ist, dass sie mit dieser Drehwelle (9) drehbar ist.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) eine Bremskraft derart regelt, dass bei sich veränderndem Wickeldurchmesser eine gleichbleibende Abzugskraft vorherrscht.
Wickelvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Antriebseinrichtung (8) zum drehbaren Antreiben der Spule (13) aufweist.
Wickelvorrichtung (10) nach Abspruch 1 und nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) so zwischen die Antriebseinrichtung (8) und den Träger (12) für die Spule (13) geschaltet ist, dass die Antriebseinrichtung (8) ein Drehmoment über die Bremseinrichtung (11) auf den Träger (12) aufbringt.
Wickelvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Träger (12) wirkende Drehmoment über die Bremseinrichtung (11) steuer- oder regelbar ist.
Wickelvorrichtung (10) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (11) an der Antriebseinrichtung (8), die zum Drehen der Drehwelle (9) ausgebildet ist, sich mit dieser mitdrehend angebracht ist.