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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenwechselvorrichtung zum Zuführen und/oder Entnehmen von Spulen zu bzw. von einer Verarbeitungseinrichtung, welche ein strangförmiges Material auf eine Spule aufwickeln und/oder von einer Spule abwickeln kann.
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Das strangförmiges Material kann hierbei beispielsweise eine Faser, ein Faden, ein Seil, ein Draht, eine Litze oder ein einadriges oder mehradriges Kabel sein.
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In einem ersten Anwendungsfall ist die Verarbeitungseinrichtung eine Herstellungsmaschine für ein derartiges strangförmiges Material, wie beispielsweise eine Drahtziehmaschine oder eine Spinnmaschine. In diesem Fall wird der Verarbeitungseinrichtung eine leere Spule zugeführt, auf welche die Verarbeitungseinrichtung das hergestellte strangförmige Material, beispielsweise den gesponnenen Faden oder den gezogenen Draht, aufwickelt. Danach wird die volle Spule der Verarbeitungseinrichtung entnommen und gegen eine neue leere Spule ausgetauscht.
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In einem zweiten Anwendungsfall ist die Verarbeitungseinrichtung eine Weiterverarbeitungsmaschine für ein derartiges strangförmiges Material, wie beispielsweise eine Verseilmaschine oder eine Maschine zur Herstellung von mehradrigen Kabeln aus einzelnen Litzen. In diesem Fall wird der Verarbeitungseinrichtung eine volle Spule zugeführt, auf welcher das strangförmige Material, beispielsweise ein Faden oder eine Litze, aufgewickelt ist und von welcher es durch die Verarbeitungseinrichtung abgewickelt und verarbeitet wird. Danach wird die leere Spule der Verarbeitungseinrichtung entnommen und gegen eine neue volle Spule ausgetauscht.
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Da im zweiten Anwendungsfall die Weiterverarbeitungsmaschine gleichzeitig auch als Herstellungsmaschine wie im ersten Anwendungsfall fungiert, können im zweiten Anwendungsfall auch zwei Spulenwechselvorrichtungen (eine mit der für den ersten und eine mit der für den zweiten Anwendungsfall beschriebenen Spulenwechselfunktion) gleichzeitig eingesetzt werden.
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Unter einer Spule wird hierbei ein vorzugsweise rotationssymmetrischer Körper verstanden, welcher vorzugsweise einen zylindrischen oder auch konischen Spulenkörper sowie an den beiden Enden des Spulenkörpers angeordnete, vorzugsweise scheibenförmige Flansche aufweist, wobei der Durchmesser der beiden Flansche im Allgemeinen deutlich größer ist als der größte Durchmesser des Spulenkörpers. Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass alle mit der Spulenwechselvorrichtung verwendeten Spulen denselben Flanschdurchmesser haben, vorzugsweise einen Standarddurchmesser von 400 mm. Die Spulenhöhe kann dagegen - im Rahmen der von der Verarbeitungseinrichtung handhabbaren Spulengrößen - beliebig groß sein.
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Der Spulenkörper dient dabei als Wickelkern für das Auf- und Abwickeln des strangförmigen Materials, wobei die beiden Flansche das Abrutschen der Windungen des strangförmigen Materials an den beiden Enden des Spulenkörpers verhindern. Der Begriff Spule bezeichnet in der vorliegenden Patentanmeldung sowohl eine voll bewickelte, eine teilweise bewickelte als auch eine leere Spule.
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Die Verarbeitungseinrichtung weist eine sogenannte Spulstelle auf. Darunter wird eine fest vorgegebene Position an oder in der Verarbeitungseinrichtung verstanden, auf die eine Spule gestellt werden kann und in welcher das Auf- und/oder Abwickeln des strangförmigen Materials auf die bzw. von der Spule durch die Verarbeitungseinrichtung möglich ist. Dabei wird die Spule im Allgemeinen derart auf die Spulstelle gestellt, dass die Rotationsachse der Spule im Wesentlichen vertikal verläuft. In dieser Position und Orientierung an oder in der Verarbeitungseinrichtung wird die Spule von einer geeigneten Mechanik der Verarbeitungseinrichtung, welche beispielsweise je einen oben und unten in eine Hohlachse der Spule eingreifenden Dorn zur Spulenzentrierung aufweist, ergriffen und in Rotation versetzt, um das strangförmige Material auf die Spule aufzuwickeln bzw. von der Spule abzuwickeln. Selbstverständlich sind auch andere Orientierungen der Spule auf der Spulstelle, beispielsweise mit einer horizontalen oder auch schrägen Rotationsachse, möglich.
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Das Zuführen und/oder Entnehmen der Spulen zu der bzw. von der Verarbeitungseinrichtung erfolgt durch eine Spulenwechselvorrichtung. Unter einer Spulenwechselvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine mechanische Einrichtung verstanden, welche zum Zuführen und/oder Entnehmen von Spulen zu bzw. von einer Verarbeitungseinrichtung geeignet ist. Die Spulenwechselvorrichtung weist eine Fördereinrichtung und eine Übergabeeinrichtung auf.
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Unter einer Fördereinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung verstanden, welche zum Hinbewegen und/oder Wegbewegen von Spulen in beliebigem Füllzustand, d. h. von vollen, leeren oder teilweise mit dem strangförmigen Material gefüllten Spulen, zu der bzw. von der Verarbeitungseinrichtung geeignet ist. Eine Fördereinrichtung weist vorzugsweise wenigstens ein Förderband auf. Besonders vorzugsweise weist die Fördereinrichtung zwei Förderbänder auf, von denen eines vorzugsweise zum Antransport von vollen oder leeren Spulen und das andere zum Abtransport der leeren bzw. vollen Spulen eingerichtet ist.
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Die Förderbänder wiederum werden beispielsweise von automatischen Handhabungseinrichtungen wie Industrierobotern oder auch durch menschliches Bedienpersonal beschickt, welches beispielsweise volle Spulen aus einem Lager oder von einer Palette entnimmt und sie auf das eine Förderband stellt und/oder dem anderen Förderband leere Spulen entnimmt und sie auf eine Palette stellt oder in ein Lager bringt.
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Unter einer Übergabeeinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine mechanische Vorrichtung verstanden, welche die Spulen zwischen der Verarbeitungseinrichtung und der Fördereinrichtung übergibt, d. h. welche zum Zuführen und/oder Entnehmen der Spulen sowohl zu der bzw. von der Verarbeitungseinrichtung als auch zu der bzw. von der Fördereinrichtung geeignet ist. Die Übergabeeinrichtung dient somit als „Schnittstelle“ zwischen der Fördereinrichtung und der Verarbeitungseinrichtung.
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Die Übergabeeinrichtung und/oder die Fördereinrichtung können beispielsweise elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben werden.
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Es sind verschiedene Arten von Spulenwechselvorrichtungen bekannt:
- Beispielsweise kann die Fördereinrichtung der Spulenwechselvorrichtung aus zwei parallelen Rollenförderbändern bestehen, auf welchen die Spulen auf einem ihrer Flansche stehend an- bzw. abtransportiert werden. Die beiden Förderbänder haben dabei einen Abstand voneinander, welcher etwas mehr als den Durchmesser eines Spulenflansches beträgt. Die beiden Förderbänder sind an ihren der Bearbeitungseinrichtung zugewandten Enden durch einen Querkettenförderer mit zwei umlaufenden Ketten miteinander verbunden. Die beiden Ketten des Querkettenförderers verlaufen dabei rechtwinklig zur Laufrichtung der Förderbänder, so dass die beiden Förderbänder und der Querkettenförderer zusammen eine U-förmige Anordnung bilden. Die Ketten des Querkettenförderers sind parallel zu den Rollen der Förderbänder ausgerichtet und verlaufen jeweils zwischen zwei benachbarten Rollen eines Förderbandes.
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Wenn eine Spule am Ende des ersten Förderbandes steht, wird der Querkettenförderer angehoben, um die Spule aufzunehmen und im rechten Winkel zu den Förderbändern an eine Position zwischen den beiden Förderbändern zu transportieren, welche der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung direkt gegenüberliegt. Diese Position wird als Übergabeposition der Fördereinrichtung bezeichnet.
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In der Mitte zwischen der Übergabeposition und der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung ist als Übergabeeinrichtung der Spulenwechselvorrichtung in diesem Fall eine vierarmige Greifereinheit angeordnet. Darin bilden jeweils zwei drehbar gelagerte Greifarme gemeinsam eine Zange, welche eine Spule auf der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung bzw. auf der Übergabeposition der Fördereinrichtung greifen kann, wobei die vier Greifarme untereinander durch ein Zahnradgetriebe verbunden und dadurch in ihren Bewegungen synchronisiert sind.
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Die Greifereinheit als Ganzes ist um eine vertikale Achse drehbar sowie anhebbar und absenkbar. Sobald zwei Spulen auf der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung und auf der Übergabeposition der Fördereinrichtung ergriffen sind, wird die Greifereinheit als Ganzes angehoben, um 180 Grad gedreht und wieder abgesenkt, wodurch die beiden Spulen ihre Plätze tauschen. Danach öffnen sich die Greifarme, so dass die jetzt auf der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung stehende Spule in dem Verarbeitungsprozess verwendet und die jetzt auf der Übergabeposition der Fördereinrichtung stehende Spule durch den Querkettenförderer auf das zweite Förderband transportiert werden kann. Schließlich wird der Querkettenförderer wieder abgesenkt, so dass die Spule auf dem zweiten Förderband abtransportiert werden kann.
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Andere Spulenwechselvorrichtungen aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 41 25 383 A1 , sehen als Übergabeeinrichtung der Spulenwechselvorrichtung einen Drehtisch vor, der mehrere Stellplätze für die Spulen zur Verfügung stellt.
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Aus der
DE 1 136 881 A ist eine kontinuierlich mit Trommelwechsel arbeitende Drahtaufwickelmaschine bekannt. Hierbei werden die leeren Trommeln von einem Fördermagazin angeliefert, von einem als dreidoppelarmigem Drehstern mit horizontaler Schwenkachse ausgebildeten Zuführer an eine Wickelstation übergeben und von dem Drehstern nach der Bewicklung wiederum an ein Abfuhrförderband übergeben.
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Aus der
EP 0 267 357 A1 ist ein Verfahren zum Aufbewahren von Coils mit aufgewickeltem bandförmigem Rohmaterial und zum Beschicken einer Bearbeitungsmaschine damit sowie eine Anlage hierfür bekannt. Um einen Coil aus einer Magazinstation zu entnehmen oder dieser zuzuführen, ist dabei ein halbkreisförmiges Greiferwerkzeug vorgesehen, welches in eine Vertiefung zwischen den Flanschen des Randes des Coils eingreift, um den Coil zu erfassen.
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Aus der
DE 34 45 040 A1 ist eine Vorrichtung zum Entladen eines scheibenförmigen Spulenfördermittels bekannt, auf dessen Umfang eine Vielzahl von Aufsteckdornen für die vertikale Halterung von Spulen angeordnet ist, wobei die Spulen auf den Aufsteckdornen auf ein Förderband entladen werden sollen. Hierzu wird eine das untere Ende einer Spule untergreifende und stützende, senkrecht zur Spulenachse schwenkbare Gabel verwendet, welche unter eine Spulenhülse schwenkt, diese anhebt, über das Förderband schwenkt und sich wieder absenkt, woduch die Spule gegen eine Prallwand stößt und in Schräglage auf das Förderband gleitet.
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Aus der
DE 2 300 838 A ist eine Vorrichtung zum Beschicken von Färbepaletten mit Textilspulen bekannt. Zur Übergabe der Spulen von einer Gleichrichtvorrichtung über einen Schwenk- und Wendegreifer an ein Magazin weist ein Spulenelevator des Magazins gabelförmige, unter die Spulen verschwenkbare Spulenhalter auf.
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Aus der
WO 93/09052 A1 ist eine Vorrichtung zum Wechseln von Spulen bei einer Spülmaschine bekannt, die eine Spule mit einer im Wesentlichen vertikalen Achse aufnimmt. Hierfür sind vier drehbewegliche Greifarme vorgesehen, wobei eine Spule durch zwei der einander bewegungszugeordneten Greifarme ergriffen und wieder freigegeben werden kann, indem sich die Greifarme aufeinander zu- bzw. voneinander wegbewegen.
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Die oben beschriebenen bekannten Lösungen sind einerseits mechanisch sehr aufwändig und erfordern andererseits große Verfahrwege der Spulen beim Spulenwechsel, wodurch sich eine relativ lange Zeitspanne ergibt, während der keine Spule auf der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung steht, was insgesamt in einer relativ langen Stillstandszeit der Verarbeitungseinrichtung und einem damit einhergehenden Produktivitätsverlust resultiert.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mechanisch einfach aufgebaute und damit kostengünstige Spulenwechselvorrichtung sowie eine Verarbeitungsanlage mit einer derartigen Spulenwechselvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Spulenwechselvorrichtung anzugeben.
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Unter einer Verarbeitungsanlage wird hierbei eine Anlage verstanden, welche eine Verarbeitungseinrichtung und eine Spulenwechselvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei die Spulenwechselvorrichtung der Verarbeitungseinrichtung Spulen zuführt und/oder der Verarbeitungseinrichtung Spulen entnimmt.
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Diese Aufgabe wird durch die Spulenwechselvorrichtung gemäß Anspruch 1, durch die Verarbeitungsanlage gemäß Anspruch 9 und durch das Spulenwechselverfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Eine erfindungsgemäße Spulenwechselvorrichtung zum Zuführen und/oder Entnehmen von Spulen zu einer bzw. von einer Verarbeitungseinrichtung, welche ein strangförmiges Material auf eine Spule aufwickeln und/oder von einer Spule abwickeln kann, weist wenigstens eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Förderband, und eine Schwenkgabel auf, welche zum Zuführen und/oder Entnehmen von Spulen zu der bzw. von der Verarbeitungseinrichtung und zum Zuführen und/oder Entnehmen von Spulen zu der bzw. von der Fördereinrichtung geeignet ist. Die erfindungsgemäße Schwenkgabel realisiert somit die oben beschriebene Übergabeeinrichtung.
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Unter einer Schwenkgabel im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein starres Bauteil mit wenigstens zwei stabförmigen, an ihren Enden offenen Elementen verstanden (den „Forken“ der Gabel), welches um wenigstens eine Achse geschwenkt, d. h. um einen begrenzten oder unbegrenzten Winkel in einer oder in beiden Richtungen gedreht werden kann.
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Eine Schwenkgabel ermöglicht - im Gegensatz zu der im Stand der Technik verwendeten Greifereinheit in Verbindung mit einem Querkettenförderer - einen besonders einfachen Aufbau der Spulenwechselvorrichtung ohne eine Vielzahl von zusammenwirkenden beweglichen Teilen und damit entsprechend niedrige Herstellungskosten.
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Erfindungsgemäß ist die Schwenkgabel dabei um eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Schwenkachse schwenkbar. Dies ermöglicht einen weitgehend horizontal ausgerichteten Aufbau der Spulenwechselvorrichtung, wobei die Schwenkgabel, sofern sie sich rechtwinklig zur Schwenkachse erstreckt, stets parallel zum Boden ausgerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist auf der Schwenkgabel wenigstens ein Spulenaufnahmeplatz gebildet, auf dem eine Spule derart stehen kann, dass die Spule einer Schwenkbewegung der Schwenkgabel um die Schwenkachse folgt.
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Diese Anordnung, bei der eine Spule ohne weitere Haltevorrichtungen auf der Schwenkgabel stehen und auf diese Weise verschwenkt werden kann, ermöglicht einen Verzicht auf ebensolche Haltevorrichtungen, wie beispielsweise die im Stand der Technik verwendeten Greifarme, mit ihrer aufwändigen Mechanik und dem damit verbundenen Justieraufwand für die Einstellung eines richtigen und stets gleich bleibenden Anpressdrucks.
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In einer bevorzugten Ausführung sind auf der Schwenkgabel wenigstens zwei Spulenaufnahmeplätze gebildet. Sofern diese beiden Spulenaufnahmeplätze auf der Umfangsrichtung der Schwenkgabel dicht beieinander liegen, ergeben sich hierdurch besonders kurze Verfahrwege und damit kurze Spulenwechselzeiten, wenn eine erste Spule von der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung auf einen ersten Spulenaufnahmeplatz der Schwenkgabel aufgenommen und direkt danach eine zweite Spule von einem zweiten Spulenaufnahmeplatz der Schwenkgabel auf die Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung abgesetzt werden soll.
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Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Spulenaufnahmeplatz aus zwei voneinander beabstandeten Elementen der Schwenkgabel gebildet.
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Die beiden voneinander beabstandeten Elemente können dabei die „Forken“ der Schwenkgabel darstellen. Durch diese Konstruktion werden die zur Bildung des Spulenaufnahmeplatzes benötigten Elemente in ihrer Form weitgehend reduziert, beispielsweise im Vergleich zu einem flächigen Spulenaufnahmeplatz auf einem Drehtisch. Dies führt zu einer Materialeinsparung sowie zur Reduzierung der beschleunigten Masse der Spulenwechselvorrichtung und ermöglicht dadurch höhere Schwenkgeschwindigkeiten der Schwenkgabel und somit kürzere Spulenwechselzeiten. Außerdem lässt sich damit der Spulenaufnahmeplatz in einer „offenen“ Bauweise realisieren, wodurch Kollisionen mit anderen Teilen der Spulenwechselvorrichtung und/oder der Verarbeitungseinrichtung vermieden werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die Schwenkgabel relativ zu der Verarbeitungseinrichtung derart positioniert werden, dass der wenigstens eine Spulenaufnahmeplatz durch eine Schwenkung der Schwenkgabel in einer vertikalen Projektion mit der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung im Wesentlichen in Deckung gebracht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist im Bereich der Fördereinrichtung wenigstens ein Spulenspeicherplatz gebildet, auf welchem eine Spule stehen kann, wobei die Fördereinrichtung eine Spule zu dem Spulenspeicherplatz hinbewegen und/oder eine Spule von dem Spulenspeicherplatz wegbewegen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der wenigstens eine Spulenaufnahmeplatz der Schwenkgabel mit wenigstens einem Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung durch Schwenken der Schwenkgabel in einer vertikalen Projektion im Wesentlichen in Deckung gebracht werden.
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Durch diese Anordnung der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung, des wenigstens einen Spulenaufnahmeplatzes der Schwenkgabel und des wenigstens einen Spulenspeicherplatzes der Fördereinrichtung relativ zueinander sind alle funktionalen Voraussetzungen für eine effiziente Übergabe der Spulen zwischen diesen Positionen geschaffen. Damit kann auf weitere mechanische Bauteile wie den im Stand der Technik verwendeten Querkettenförderer verzichtet werden, wodurch sich außerdem ein kompakterer Aufbau der Fördereinrichtung, vorzugsweise mit dicht beieinanderliegenden Förderbändern, ergibt.
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Weiterhin sind die Anordnung der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung und des wenigstens einen Spulenspeicherplatzes der Fördereinrichtung relativ zu dem wenigstens einen Spulenaufnahmeplatz der Schwenkgabel frei wählbar, sofern sie sich im selben radialen Abstand von der Schwenkachse der Schwenkgabel befinden. Insbesondere ist eine direkt gegenüberliegende Anordnung der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung und einer Übergabeposition der Fördereinrichtung nicht mehr erforderlich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die vertikale Position der Schwenkgabel verändert werden. Besonders vorzugsweise kann die Schwenkgabel in wenigstens eine untere, eine mittlere und eine obere Höhenposition verfahren werden. Weiter vorzugsweise ist ein kontinuierliches vertikales Verfahren der Schwenkgabel über einen bestimmten Höhenbereich möglich.
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Das Anheben der Schwenkgabel ermöglicht auf einfache Weise, eine Spule von einem Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung und/oder von der Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung auf einen Spulenaufnahmeplatz der Schwenkgabel aufzunehmen, sofern sich die Schwenkgabel unterhalb des Spulenspeicherplatzes bzw. der Spulstelle befindet und mit diesem bzw. dieser weitgehend in Deckung gebracht ist.
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Entsprechend ermöglicht das Absenken der Schwenkgabel auf einfache Weise, eine Spule von einem Spulenaufnahmeplatz der Schwenkgabel auf einen Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung und/oder auf die Spulstelle der Verarbeitungseinrichtung abzusetzen, sofern sich die Schwenkgabel oberhalb des Spulenspeicherplatzes bzw. der Spulstelle befindet und mit diesem bzw. dieser weitgehend in Deckung gebracht ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung liegt wenigstens in der untersten Höhenposition der Schwenkgabel die Oberfläche des wenigstens einen Spulenaufnahmeplatzes der Schwenkgabel in gleicher Höhe wie oder unterhalb der Oberfläche der Fördereinrichtung.
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Hierdurch wird ermöglicht, dass die Schwenkgabel unter dem Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung zu diesem hingeschwenkt werden kann, um dort durch Anheben der Schwenkgabel eine Spule aufzunehmen, und/oder dass dort eine Spule durch Absenken der Schwenkgabel abgesetzt werden kann und die Schwenkgabel unter dem Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung von diesem weggeschwenkt werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung durchdringen die Fördereinrichtung und der Bewegungsraum der Schwenkgabel einander zumindest teilweise. Unter dem Bewegungsraum der Schwenkgabel wird dabei dasjenige Volumen verstanden, in dem sich bei allen möglichen Schwenkstellungen in Verbindung mit allen möglichen Höhenpositionen der Schwenkgabel ein Punkt der Schwenkgabel befinden kann.
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Eine solche Durchdringung wird vorzugsweise durch entsprechende Aussparungen in der Fördereinrichtung ermöglicht, wobei sich die genannte „offene“ Bauweise der Schwenkgabel als besonders vorteilhaft erweist, da hierdurch das Volumen der Aussparungen weitgehend minimiert werden kann.
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Durch die gegenseitige Durchdringung der Fördereinrichtung und des Bewegungsraumes der Schwenkgabel wird das oben beschriebene Verschwenken der Schwenkgabel unter den Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung auf einfache Weise realisiert, wobei gleichzeitig ein sicheres Aufnehmen und/oder Absetzen der Spule von dem bzw. auf den Spulenspeicherplatz gewährleistet ist.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verarbeitungsanlage zur Verarbeitung eines strangförmigen Materials, welche eine Verarbeitungseinrichtung der genannten Art sowie eine erfindungsgemäße Spulenwechselvorrichtung aufweist. Eine derartige Verarbeitungsanlage erlaubt die vollautomatische Handhabung der Spulen an der Verarbeitungseinrichtung, insbesondere des Zuführens und des Entnehmens der Spulen, d. h. des Spulenwechsels.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Spulenwechselverfahren zur Ausführung auf einer erfindungsgemäßen Verarbeitungsanlage zum Zuführen und/oder Entnehmen von Spulen zu bzw. von einer Verarbeitungseinrichtung der genannten Art. Das Spulenwechselverfahren weist eine Reihe von Grundoperationen auf, welche durch die mechanischen Antriebe der Komponenten der Spulenwechselvorrichtung zur Verfügung gestellt und durch programmierbare Steuerungen unter Berücksichtigung der Konfiguration der Verarbeitungsanlage und in Abstimmung mit den jeweiligen Anforderungen an deren Betrieb in beliebiger Reihenfolge und/oder in beliebiger Wiederholungsanzahl kombiniert werden können.
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Die Menge dieser Grundoperationen enthält, jedoch nicht unbedingt ausschließlich, die Operationen: Bewegen der Fördereinrichtung hin zu einem Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung um einen bestimmten Weg, Bewegen der Fördereinrichtung weg von einem Spulenspeicherplatz der Fördereinrichtung um einen bestimmten Weg, Schwenken der Schwenkgabel um die Schwenkachse um einen bestimmten Winkel in einer bestimmten Richtung, Anheben der Schwenkgabel um einen bestimmten Weg, Absenken der Schwenkgabel um einen bestimmten Weg.
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Aus diesen Grundoperationen kann dann, ggf. unter Verwendung von weiteren Informationen, beispielsweise von Sensoren für die Positionen oder Füllstände von Spulen oder über den Zustand der Verarbeitungseinrichtung, ein Betriebsprogramm für den Betrieb der Verarbeitungsanlage zusammengestellt werden, welches gesteuert von der programmierbaren Steuerung auf der Verarbeitungsanlage ablaufen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spulenwechselvorrichtung;
- 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schwenkgabel;
- 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung;
- 4 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spu lenwechselvorrichtu ng.
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In der Draufsicht in 1 auf eine erfindungsgemäße Spulenwechselvorrichtung 1 ist links die Fördereinrichtung 30, in der Mitte die Schwenkgabel 10 und rechts die Verarbeitungseinrichtung 40 zu sehen. Ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Spulenwechselvorrichtung ist in 4 noch einmal als perspektivische Darstellung abgebildet.
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Bei der Verarbeitungseinrichtung 40 handelt es sich beispielsweise um eine Herstellungsmaschine für ein Kabel, welches in der Verarbeitungseinrichtung 40 hergestellt und auf eine Spule S aufgewickelt wird, welche sich auf der Spulstelle 41 befindet und dort drehbar gelagert ist. Dementsprechend besteht die Aufgabe der Spulenwechselvorrichtung 1 darin, der Verarbeitungseinrichtung 40 leere Spulen L1, L2 zuzuführen und dieser volle Spulen V1, V2 zu entnehmen.
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Die Fördereinrichtung 30 weist zwei Förderbänder, nämlich das Leerspulenband 31 zum Antransport von leeren Spulen L1, L2 und das Vollspulenband 32 zum Abtransport von vollen Spulen V1, V2 auf.
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Die beiden Förderbänder 31, 32 sind Rollenförderbänder mit senkrecht zur Förderrichtung angeordneten Rollen 37. Ein Teil der Rollen 37 wird durch Elektromotoren angetrieben, während ein anderer Teil der Rollen 37 antriebslos ist. Weiterhin sind einige Rollen 38 gummiert, um eine erhöhte Haftreibung der Spulen bei deren Transport auf den Rollen 38 zu gewährleisten. Insbesondere diejenigen Rollen 38 sind gummiert, auf denen die Spulen stark beschleunigt und/oder abgebremst werden. Die Spulen werden auf beiden Förderbändern 31, 32 senkrecht auf ihren Flanschen stehend transportiert.
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Am rechten Ende des Leerspulenbandes 31 befindet sich der Leerspulenspeicherplatz 33, auf dem in 1 die Leerspule L1 steht. Am rechten Ende des Vollspulenbandes 32 befindet sich der Vollspulenspeicherplatz 34, auf dem in 1 die Vollspule V1 steht. Das Leerspulenband 31 bewegt sich in dieser Konfiguration der Fördereinrichtung 30 nur nach rechts, und das Vollspulenband 32 bewegt sich entsprechend nur nach links.
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Die Schwenkgabel 10 ist um eine vertikale Schwenkachse, welche durch den Drehpunkt M verläuft, in beiden Richtungen frei schwenkbar. Sie kann mit hoher Präzision, beispielsweise mit einer Auflösung von ± 0,04 Grad, positioniert werden, wobei die aktuelle Winkelposition über einen Absolutwertgeber erfasst wird. Die Drehbewegung der Schwenkgabel erfolgt über einen Getriebemotor.
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Weiterhin kann die Schwenkgabel 10 über eine Kombination aus zwei Hubzylindern in drei definierte Höhenpositionen UNTEN, MITTE und OBEN verfahren werden. Dabei befindet sich die Position UNTEN unterhalb der Oberfläche der Förderbänder 31, 32, die Position OBEN oberhalb der Spulstelle 41 und die Position MITTE etwa in der Mitte zwischen den Positionen OBEN und UNTEN.
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Die Schwenkgabel 10 weist im Wesentlichen folgende Komponenten auf:
- - einen Gabelschaft 11 in Form eines Rohres, beispielsweise mit rundem Querschnitt, welches horizontal oder nahezu horizontal angeordnet ist und sich in Bezug auf den Drehpunkt M im Wesentlichen auf einer Seite in radialer Richtung erstreckt,
- - einen äußeren Gabelbogen 12 und einen inneren Gabelbogen 13 in Form von gebogenen Rohren, beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, mit konstanter Krümmung und mit einer ebenen Oberseite, welche sich auf zwei horizontal angeordneten Kreisen mit dem Drehpunkt M als Mittelpunkt über denselben Winkelbogen erstrecken, wobei die beiden Kreise in derselben Ebene, aber unterhalb des Gabelschaftes 11 liegen und wobei der Radius des äußeren Gabelbogens 12 größer ist als der Radius des inneren Gabelbogens 13,
- - eine horizontal angeordnete Gabelbefestigungsplatte 18, mit welcher der Gabelschaft 11 verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist,
- - zwei äußeren Gabelbogenbefestigungsstreben 19, welche an ihren dem Gabelschaft 11 zugewandten Enden mit dem Gabelschaft 11 und an ihren dem Gabelschaft 11 abgewandten Enden mit dem äußeren Gabelbogen 12 verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind,
- - zwei inneren Gabelbogenbefestigungsstreben 20, welche an ihren radial inneren Enden mit der Gabelbefestigungsplatte 18 und an ihren radial äußeren Enden mit dem inneren Gabelbogen 13 verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind. Die inneren Gabelbogenbefestigungsstreben 20 können alternativ auch mit dem Gabelschaft 11 verbunden, vorzugsweise verschweißt, sein.
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Somit sind die Gabelbefestigungsplatte 18, der äußere Gabelbogen 12 und der innere Gabelbogen 13 horizontal angeordnet, wobei der äußere Gabelbogen 12 und der innere Gabelbogen 13 tiefer liegen als der Gabelschaft 11. Die inneren und äußeren Gabelbogenbefestigungsstreben 19, 20 stellen dabei die Verbindung zwischen den beiden Höhenlagen her.
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Die Gabelbefestigungsplatte 18 ist mit einer Vielzahl von Schrauben 23 mit einem darunter liegenden Drehlager (nicht dargestellt), vorzugsweise einem Kugel-, Nadel- oder Rollenlager oder auch einem Gleitlager, verschraubt, welches die Drehung um den Drehpunkt M ermöglicht. Der Schwenkantrieb der Schwenkgabel 10 erfolgt über einen elektrischen Getriebemotor (nicht dargestellt). Die Schwenkgabel 10 ist auf einem säulenartigen Grundgestell (nicht dargestellt) montiert.
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Der Gabelschaft 11 teilt - in einer vertikalen Projektion der Schwenkgabel, wie in 1 dargestellt - den äußeren Gabelbogen 12 und den inneren Gabelbogen 13 jeweils in einen - nach radial außen gesehen - links vom Gabelschaft 11 liegenden äußeren linken Gabelabschnitt 14 bzw. inneren linken Gabelabschnitt 16 sowie einen rechts vom Gabelschaft 11 liegenden äußeren rechten Gabelabschnitt 15 bzw. inneren rechten Gabelabschnitt 17, wobei der äußere linke und der äußere rechte Gabelabschnitt 14 und 15 etwa gleich lang sind und der innere linke und der innere rechte Gabelabschnitt 16 und 17 etwa gleich lang sind.
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Der äußere linke und der innere linke Gabelabschnitt 14 und 16 bilden gemeinsam einen linken Spulenaufnahmeplatz 21 auf der Schwenkgabel, und der äußere rechte und der innere rechte Gabelabschnitt 15 und 17 bilden gemeinsam einen rechten Spulenaufnahmeplatz 22 auf der Schwenkgabel. Auf beiden Spulenaufnahmeplätzen 21, 22 kann jeweils eine Spule derart stehen, dass sie einer Schwenkbewegung der Schwenkgabel 10 um die Schwenkachse folgt. Dabei wird der untere Flansch der Spule an zwei gegenüberliegenden Teilen seines Umfangs von den beiden linken Gabelabschnitten 14 und 16 bzw. von den beiden rechten Gabelabschnitten 15 und 17, welche den jeweiligen Spulenaufnahmeplatz 21, 22 bilden, erfasst.
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Die genaue Lage des linken Spulenaufnahmeplatzes 21 und des rechten Spulenaufnahmeplatzes 22 ist aus der isolierten Darstellung der Schwenkgabel als Draufsicht in 2 ersichtlich.
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Um das Abrutschen der Spule von einem Spulenaufnahmeplatz zu vermeiden, kann die Oberfläche der Gabelabschnitte 14, 16 bzw. 15, 17 mit einer rutschfesten Beschichtung versehen sein. Zusätzlich oder alternativ können auch, wie in 1 dargestellt, die Gabelabschnitte 14, 16 bzw. 15, 17 mit tiefer gelegenen Aussparungen 14a, 16a bzw. 15a, 17a versehen sein, auf welchen der Spulenflansch aufliegt, wobei die verbleibenden, höher gelegenen Teile der Gabelabschnitte 14, 16 bzw. 15, 17 für den Spulenflansch einen Anschlag nach radial innen bzw. radial außen bilden.
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Die beiden Förderbänder 31, 32 sind im Bereich des Leerspulenspeicherplatzes 33 und des Vollspulenspeicherplatzes 34 durchbrochen. In dem Durchbruch ist eine bogenförmige Rinne 35 angeordnet, welche konzentrisch zum Drehpunkt M der Schwenkgabel 10 verläuft und deren radiale Ausdehnung etwas größer ist als die radiale Ausdehnung des äußeren Gabelbogens 12 der Schwenkgabel 10. Auch liegt der Boden der Rinne 35 etwas tiefer als die Unterseite des äußeren Gabelbogens 12, wenn sich die Schwenkgabel 10 in der Höhenposition UNTEN befindet. Somit kann der äußere Gabelbogen 12 beim Verschwenken der Schwenkgabel 10 die Rinne 35 durchlaufen, ohne diese zu berühren oder mit einem anderen Bauteil zu kollidieren.
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Weiterhin weisen die beiden Förderbänder 31, 32 im Bereich des Leerspulenspeicherplatzes 33 und des Vollspulenspeicherplatzes 34 eine Einbuchtung auf. In der Einbuchtung ist ein bogenförmiges Abschirmblech 36 für den inneren Gabelbogen 13 der Schwenkgabel 10 angebracht. Auch das Abschirmblech 36 verläuft konzentrisch zum Drehpunkt M der Schwenkgabel 10. Der Radius des Abschirmblechs 36 ist etwas größer als der äußere Radius des inneren Gabelbogen 13. Somit kann der innere Gabelbogen 13 beim Verschwenken der Schwenkgabel 10 innerhalb des Abschirmblechs 36 vorbeilaufen, ohne das Abschirmblech 36 zu berühren oder mit einem anderen Bauteil zu kollidieren.
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Die Rinne 35 und das Abschirmblech 36 verhindern auch weitgehend das Eindringen von Fremdkörpern in den Bewegungsraum der Schwenkgabel 10.
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Die Rollen 39 der beiden Förderbänder 31, 32 im Bereich der Rinne 35 und des Abschirmblechs 36 sind entsprechend verkürzt, wie in 3 in der Draufsicht auf die Fördereinrichtung 30 dargestellt, wobei die Schwenkgabel 10 nur durch die Bewegungsradien ihrer einzelnen Teile angedeutet ist. Diese Verkürzung der Rollen 39 beeinträchtigt jedoch nicht den sicheren Antransport der Leerspulen L1, L2 zum Leerspulenspeicherplatz 33 bzw. den sicheren Abtransport der Vollspulen V1, V2 vom Vollspulenspeicherplatz 34, da die Auflagefläche für die Spulenflansche auf dem jeweiligen Förderband immer noch ausreichend groß ist.
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Auf diese Weise durchdringen sich die beiden Förderbänder 31, 32 mit dem Bewegungsraum der Schwenkgabel 10. Die Schwenkgabel 10 kann somit in die Förderbänder 31, 32 „hineinfahren“ und dort durch Anheben der Schwenkgabel 10 eine Spule vom Leerspulenspeicherplatz 33 oder vom Vollspulenspeicherplatz 34 aufnehmen bzw. durch Absenken der Schwenkgabel 10 eine Spule dort absetzen.
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Durch die freie Schwenkbarkeit der Schwenkgabel 10 relativ zur Verarbeitungseinrichtung 40 kann nun die Schwenkgabel 10 derart verschwenkt werden, dass der linke oder der rechte Spulenaufnahmeplatz 21, 22 jeweils - in einer vertikalen Projektion - mit der Spulstelle 41 oder mit dem Leerspulenspeicherplatz 33 oder mit dem Vollspulenspeicherplatz 34 im Wesentlichen in Deckung gebracht wird.
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Für die folgende exemplarische Beschreibung des Ablaufs eines Spulenwechsels wird angenommen, dass sich eine Vollspule S auf der Spulstelle 41 der Verarbeitungseinrichtung 40 befindet und dass sich die Schwenkgabel 10 in einer Schwenkstellung zwischen dem Leerspulenband 31 und der Verarbeitungseinrichtung 40 befindet (etwa wie in 1 dargestellt). Der Ablauf eines Spulenwechsels, welcher in der vorliegenden Konfiguration der Verarbeitungsanlage im Austausch der Vollspule S gegen eine Leerspule L1 besteht, umfasst dann die folgende Reihenfolge von Schritten:
- 1. Hinbewegen der Leerspule L1 zum Leerspulenspeicherplatz 33 durch die Fördereinrichtung 30, so dass die Leerspule L1 auf dem Leerspulenspeicherplatz 33 steht;
- 2. Absenken der Schwenkgabel 10 in die Höhenposition UNTEN;
- 3. Verschwenken der Schwenkgabel 10 gegen den Uhrzeigersinn unter das Leerspulenband 31, so dass der linke Spulenaufnahmeplatz 21 mit dem Leerspulenspeicherplatz 33 in Deckung kommt;
- 4. Anheben der Schwenkgabel auf die Höhenposition MITTE und damit Aufnehmen der Leerspule L1 auf den linken Spulenaufnahmeplatz 21;
- 5. Verschwenken der Schwenkgabel 10 im Uhrzeigersinn, so dass der rechte Spulenaufnahmeplatz 22 der Schwenkgabel 10 mit der Spulstelle 41 in Deckung kommt;
- 6. Anheben der Schwenkgabel 10 auf die Höhenposition OBEN und damit Aufnehmen der Vollspule S auf den rechten Spulenaufnahmeplatz 22;
- 7. Verschwenken der Schwenkgabel 10 im Uhrzeigersinn, so dass der linke Spulenaufnahmeplatz 21 der Schwenkgabel 10 mit der Spulstelle 41 in Deckung kommt;
- 8. Absenken der Schwenkgabel 10 in die Höhenposition MITTE und damit Absetzen der Leerspule L1 auf der Spulstelle 41;
- 9. Verschwenken der Schwenkgabel 10 im Uhrzeigersinn, so dass der rechte Spulenaufnahmeplatz 22 der Schwenkgabel 10 mit dem Vollspulenspeicherplatz 34 in Deckung kommt;
- 10. Absenken der Schwenkgabel 10 in die Höhenposition UNTEN und damit Absetzen der Vollspule S auf den Vollspulenspeicherplatz 34;
- 11. Wegbewegen der Spule S vom Vollspulenspeicherplatz 34 durch die Fördereinrichtung 30.
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Wie aus dem beschriebenen Ablauf ersichtlich, muss die Schwenkgabel 10 zwischen dem Aufnehmen der Vollspule S von der Spulstelle 41 und dem Absetzen der Leerspule L1 auf der Spulstelle 41 lediglich um einen geringen Winkel, nämlich dem Winkel zwischen dem rechten Spulenaufnahmeplatz 22 und dem linken Spulenaufnahmeplatz 21, verschwenkt werden. Dadurch ergibt sich lediglich eine sehr geringe Zeitspanne, in der keine Spule auf der Spulstelle 41 steht, welche mit der Maschinenstillstandszeit der Verarbeitungseinrichtung 40 identisch ist.
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Bezugszeichen liste
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- 1
- Spulenwechselvorrichtung
- 10
- Schwenkgabel
- 11
- Gabelschaft
- 12
- äußerer Gabelbogen
- 13
- innerer Gabelbogen
- 14
- äußerer linker Gabelabschnitt
- 15
- äußerer rechter Gabelabschnitt
- 16
- innerer linker Gabelabschnitt
- 17
- innerer rechter Gabelabschnitt
- 14a - 17a
- Aussparungen in den Gabelabschnitten
- 18
- Gabelbefestigungsplatte
- 19
- äußere Gabelbogenbefestigungsstrebe
- 20
- innere Gabelbogenbefestigungsstrebe
- 21
- linker Spulenaufnahmeplatz
- 22
- rechter Spulenaufnahmeplatz
- 23
- Schraube
- 30
- Fördereinrichtung
- 31
- Leerspulenband
- 32
- Vollspulenband
- 33
- Leerspulenspeicherplatz
- 34
- Vollspulenspeicherplatz
- 35
- Rinne für den äußeren Gabelbogen
- 36
- Abschirmblech für den inneren Gabelbogen
- 37
- Rolle
- 38
- gummierte Rolle
- 39
- verkürzte Rolle
- 40
- Verarbeitungseinrichtung
- 41
- Spulstelle
- M
- Drehpunkt der Schwenkgabel
- L1, L2, L3
- Leerspulen
- V1, V2, V3
- Vollspulen
- S
- Spule
