DE102012024232A1

DE102012024232A1 - Verlitz- oder Verseilmaschine

Info

Publication number: DE102012024232A1
Application number: DE102012024232.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Reinisch Hubert
Original assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US20150275426A1; BR112015011984A2; CN104769180A; JP2016503839A; RU2015119540A; EP2931967A2; MX2015007059A; WO2014090391A2; WO2014090391A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verlitz- oder Verseilmaschine 1 zum Verlitzen oder Verseilen eines strangförmigen Materials, beispielsweise eines Drahtes, welche einen Rotor aufweist, der auf einer ein- oder mehrteiligen Rotorwelle 5, 6, 22 gelagert ist, welche durch wenigstens einen Motor 8, 8a, 8b angetrieben wird. Die Verlitz- oder Verseilmaschine 1 ist wenigstens teilweise in einem abgeschlossenen Raum 2 angeordnet, der mit einem Medium mit einer geringeren Dichte als der Dichte der Umgebungsluft gefüllt ist. Dies führt in Folge des geringeren Luftwiderstands des Rotors zu einem geringeren Energieverbrauch, einer geringeren Geräuschentwicklung und einer geringeren Schwingungsanregung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rotorwelle 5, 6, 22 vollständig innerhalb der Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 angeordnet ist oder dass die Rotorwelle 5, 6 wenigstens einen Abschnitt geringeren Durchmessers und wenigstens einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist und die Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 nur in dem wenigstens einen Abschnitt geringeren Durchmessers durchdringt. Dadurch werden Luftdichtungen 14 mit sich berührenden und sich gegeneinander drehenden Teilen – zumindest mit großen Durchmessern oder aber auch überhaupt – und eine insbesondere bei großen Drehzahlen damit verbundene große Hitzeentwicklung sowie ein hoher Verschleiß solcher Luftdichtungen 14 vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verlitz- oder Verseilmaschine zum Verlitzen bzw. Verseilen von strangförmigem Material. Das strangförmige Material kann dabei beispielsweise ein metallisches Material wie ein Kupfer-, Stahl- oder Aluminiumdraht oder ein metallischer Leiter mit verschiedenen Legierungsbestandteilen oder auch ein nicht-metallisches Material wie eine Natur- oder Kunststofffaser sein, wobei dann mehrere Stränge einer solchen Faser durch Verdrillen miteinander verlitzt, d. h. zu einer Litze verarbeitet werden. Das strangförmige Material kann jedoch beispielsweise auch eine derartige Litze sein, wobei dann mehrere Stränge einer solchen Litze ebenfalls durch Verdrillen miteinander verseilt, d. h. zu einem Kabel oder einem Seil verarbeitet werden.
Der Einfachheit halber wird die Erfindung im Folgenden anhand einer Verlitzmaschine beschrieben. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar. Die Erfindung kann ebenso auf eine Verseilmaschine angewendet werden.
In einer Verlitzmaschine der vorliegend betrachteten Art erfolgt das Verlitzen durch einen umlaufenden Rotor, welcher üblicherweise einen oder mehrere Rotorbügel aufweist, welche an ihren beiden axialen Enden auf einer ein- oder mehrteiligen Rotorwelle gelagert sind. Dem Rotor werden wenigstens zwei Stränge des strangförmigen Materials (gleicher oder verschiedener Art) zugeführt und über einen Rotorbügel geleitet, wodurch eine Verdrillung der Stränge erfolgt. Die auf diese Weise hergestellte Litze wird dann wieder von dem Rotorbügel abgeführt.
Sowohl das zu verlitzende strangförmige Material als auch die daraus hergestellte Litze werden der Verlitzmaschine auf Spulen bereitgestellt bzw. auf einer Spule aufgewickelt. Um unterschiedliche Formen der Verdrillung des strangförmigen Materials zu erreichen, können die Spulen für das strangförmige Material oder die Spule für die hergestellte Litze entweder stillstehen oder mit der gleichen Drehzahl und in derselben Richtung wie der Rotor rotieren. Die Spulen können dabei innerhalb der Verlitzmaschine, insbesondere zwischen den axialen Enden des Rotors, oder auch außerhalb der Verlitzmaschine angeordnet sein. Durch eine geeignete Anordnung der Spulen lassen sich sogenannte Einfachschlag-, Doppelschlag- oder andere Mehrfachschlag-Verlitzmaschinen realisieren.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Doppelschlag-Verlitzmaschine mit einem einzelnen Rotorbügel beschrieben, bei welcher die Spulen für das strangförmige Material außerhalb der Maschine stillstehend angeordnet sind und die Spule für die hergestellte Litze innerhalb der Maschine auf dem Rotor gelagert ist und sich mit diesem nicht mitdreht. Auch dies stellt keine Einschränkung dar. Die Erfindung ist auch auf Verlitzmaschinen mit anderen Spulen- und/oder Rotorbügelanordnungen anwendbar.
Bei herkömmlichen Verlitzmaschinen rotiert der Rotorbügel mit hoher Drehzahl innerhalb der auch im Maschineninnenraum vorhandenen Umgebungsluft. Der Rotor und ggf. auch das strangförmige Material – sofern dieses nicht im Inneren des Rotorbügels oder in einem Rohr verläuft – müssen daher ständig den Luftwiderstand überwinden. Die hierfür benötigte mechanische Leistung hängt u. A. von der Dichte der Luft und der Bahngeschwindigkeit des Rotorbügels ab, wobei die Leistung quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt. Daher erfordern hohe Verlitzgeschwindigkeiten und damit hohe Drehzahlen des Rotorbügels auch eine entsprechend hohe Leistung, die zu einem Großteil in Reibungswärme in Folge der Luftreibung umgewandelt wird und aufwändig von der Verlitzmaschine abgeführt werden muss. Steigerungen der Produktivität sind daher nur noch mit großem Aufwand erzielbar.
Ein weiteres Problem bei hohen Rotordrehzahlen sind erhöhte Schallemissionen und eine stärkere Schwingungsanregung des Rotorbügels, welche ihre Ursache darin hat, dass sich während der Rotation des Rotorbügels die Strömungsrandbedingungen zwischen dem Rotorbügel und benachbarten Maschinenteilen periodisch ändern.
Um diese Probleme, insbesondere die Wärme- und Geräuscherzeugung, beim Betrieb einer Verlitzmaschine zu vermeiden, schlägt die DE 22 41 826 vor, mindestens einen Teil des Verlitzvorgangs innerhalb eines abgeschlossenen Raumes durchzuführen, in welchem mindestens ein Teilvakuum erzeugt worden ist. Durch die verminderte Luftreibung werden in dem Teilvakuum durch den Rotorbügel weniger Geräusche sowie weniger Reibungswärme erzeugt. Ebenso führt der verminderte Luftwiderstand zu einem geringeren Energieverbrauch der Verlitzmaschine.
Aus wirtschaftlichen Gründen sieht die DE 22 41 826 dabei vor, nur bestimmte Teile der Verlitzmaschine in einem im Wesentlichen hermetisch abgeschlossenen Raum anzuordnen, aus dem Luft abgezogen worden ist. In den Ausführungsbeispielen sind die beiden äußeren Abschnitte der Rotorwelle mit den darauf angeordneten Drehköpfen in stirnseitigen Öffnungen eines zylindrischen, luftdichten Gehäuses gelagert, wobei die Luftdichtheit an diesen Stellen durch ringförmige Luftdichtungen hergestellt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Verlitzmaschine mit einem geringen Energieverbrauch, geringer Geräuschentwicklung und geringer Schwingungsanregung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verlitzmaschine gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die im Stand der Technik verwendeten ringförmigen Luftdichtungen, mit denen die Wellenabschnitte gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sind und welche sich berührende und sich gegeneinander drehende Teile aufweisen, bei hohen Rotordrehzahlen sehr heiß werden können, wodurch sie schneller verschleißen und wodurch auch das Bedienungspersonal der Verlitzmaschine bei einer Berührung der Dichtungen einer Verbrennungsgefahr ausgesetzt ist. Außerdem benötigt die entstehende Reibung Energie und ist daher nicht wirtschaftlich. „Berührungslose” Dichtsysteme sind dagegen aufwändig.
Weiterhin nehmen die durch eine solche Luftdichtung verursachte Hitzeentwicklung sowie deren Verschleiß mit dem Durchmesser der Luftdichtung zu, da dabei auch die Umfangsgeschwindigkeit am äußeren Rand des sich drehenden Teils, damit die Relativgeschwindigkeit der Teile der Luftdichtung gegeneinander und somit auch die entstehende Reibungswärme zunehmen.
Bei einer erfindungsgemäßen Verlitzmaschine können zumindest derartige Luftdichtungen mit großen Durchmessern oder aber auch derartige Luftdichtungen überhaupt vermieden werden.
Die Erfindung geht von einer Verlitzmaschine zum Verlitzen eines strangförmigen Materials aus, welche einen Rotor mit einer ein- oder mehrteiligen Rotorwelle aufweist, welche durch wenigstens einen Motor angetrieben wird, wobei die Verlitzmaschine wenigstens teilweise in einem abgeschlossenen Raum angeordnet ist, der mit einem Medium mit einer geringeren Dichte als der Dichte der Umgebungsluft gefüllt ist.
Bei einer solchen Verlitzmaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotorwelle vollständig innerhalb der Umhüllung des abgeschlossenen Raumes angeordnet ist oder dass die Rotorwelle wenigstens einen Abschnitt geringeren Durchmessers und wenigstens einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist und die Umhüllung des abgeschlossenen Raumes nur in dem wenigstens einen Abschnitt geringeren Durchmessers durchdringt.
Auf diese Weise lassen sich Luftdichtungen mit sich berührenden und sich gegeneinander drehenden Teilen mit großen Durchmessern und die daraus resultierende große Hitzeentwicklung sowie der große Verschleiß der Luftdichtungen im Betrieb der Verlitzmaschine vermeiden.
Insbesondere ist daher bei einer erfindungsgemäßen Verlitzmaschine vorgesehen, dass die Rotorwelle die Umhüllung des abgeschlossenen Raumes nicht an einer Stelle durchdringt, an der die Rotorwelle ihren größten Durchmesser aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung durchdringt die Rotorwelle die Umhüllung des abgeschlossenen Raumes überhaupt nicht. Damit werden die genannten Probleme mit den Luftdichtungen zumindest bezüglich der Rotorwelle vollständig vermieden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Verlitzmaschine gar keine Dichtungen zur Abdichtung des abgeschlossenen Raumes gegenüber der Umgebung mit sich berührenden und sich gegeneinander drehenden Teilen auf. In diesem Fall werden die genannten Probleme mit derartigen Dichtungen für die gesamte Verlitzmaschine vollständig vermieden.
Im Folgenden werden mehrere konstruktive Maßnahmen angegeben, die zur Verwirklichung dieser Ziele ergriffen werden können: In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt der Rotationsantrieb des Rotors nur an einem axialen Ende des Rotors. Dadurch wird ein Antrieb am anderen axialen Ende des Rotors, insbesondere ein Motor und/oder eine Drehmomentübertragungseinrichtung, eingespart. Der Verzicht auf einen beidseitigen Antrieb des Rotors wird dadurch ermöglicht, dass der Rotorbügel wegen des geringeren Luftwiderstands mit einem größeren Querschnitt ausgelegt werden kann, ohne dass es dadurch zu einem nennenswerten Anstieg des Energieverbrauchs der Verlitzmaschine kommt. Die Rotationsbewegung des nicht angetriebenen axialen Endes des Rotors wird dann über den – entsprechend stabileren – Rotorbügel selbst übertragen.
In dieser Ausführung der Erfindung weist der Rotor vorzugsweise wenigstens einen Rotorbügel auf, der im Bereich wenigstens eines seiner axialen Enden gegenüber seinem Mittelbereich verstärkt ist, insbesondere durch eine Vergrößerung seines Querschnitts. Hierdurch wird der Rotorbügel gezielt an denjenigen Stellen verstärkt, an denen er durch das größte Drehmoment belastet wird.
Vorzugsweise weist der Rotor in dieser Ausführung der Erfindung wenigstens zwei Rotorbügel auf. Hierdurch ergibt sich eine Verteilung des im Betrieb auftretenden Drehmoments auf mehrere, vorzugsweise baugleiche Komponenten. Die wenigstens zwei Rotorbügel sind dabei vorzugsweise bezüglich der Rotationsachse des Rotors in gleichen Drehwinkelabständen zueinander angeordnet, d. h., falls beispielsweise genau zwei Rotorbügel vorgesehen sind, liegen sich diese bezüglich der Rotationsachse des Rotors diametral gegenüber. Auch hier kommt es aufgrund des verringerten Luftwiderstands nicht zu einem nennenswerten Anstieg des Energieverbrauchs der Verlitzmaschine.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Rotorwelle an beiden axialen Enden des Rotors durch jeweils einen Motor angetrieben. Hierdurch lässt sich ein gleichmäßiger Antrieb des gesamten Rotors erreichen, ohne dass die beiden axialen Enden des Motors durch bewegte Teile verbunden sein müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Rotorwelle durch genau einen Motor angetrieben, wobei der Motor mit den beiden axialen Enden des Rotors durch mechanische Drehmomentübertragungsmittel gekoppelt ist und der Antrieb auf beide axiale Enden der Rotorwelle wirkt, wobei die mechanischen Drehmomentübertragungsmittel ganz oder teilweise innerhalb des abgeschlossenen Raumes angeordnet sind. Hierdurch lässt sich mit einfachen Mitteln ein drehzahlsynchronisierter Antrieb der Rotorwelle an deren beiden axialen Enden erreichen. Gleichzeitig kann durch die Anordnung der mechanischen Drehmomentübertragungsmittel auf weitere Luftdichtungen mit sich berührenden und sich gegeneinander drehenden Teilen, insbesondere auf derartige Luftdichtungen mit großen Durchmessern, ganz oder teilweise verzichtet werden.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführung der Erfindung weisen die mechanischen Drehmomentübertragungsmittel wenigstens einen Zahnriemen und/oder wenigstens eine Welle auf. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine schlupffreie Drehmomentübertragung und damit ein drehzahlsynchronisierter Antrieb der Rotorwelle an deren beiden axialen Enden realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung fallen die geometrischen Achsen der Antriebswelle des wenigstens einen Motors und der Rotorwelle zusammen. Bei dieser Anordnung können die Antriebswelle des Motors und die Rotorwelle starr oder über ein möglicherweise flexibles Zwischenstück verbunden oder sogar aus einem Stück gefertigt werden, wodurch weitere mechanische Antriebselemente weitgehend überflüssig werden.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführung der Erfindung weist der wenigstens eine Motor eine Hohlwelle auf, wobei der Stator des Motors vorzugsweise gehäuseintegriert ausgeführt ist, oder der Motor ist an das die Rotorwelle lagernde Gehäuse angeflanscht. In beiden Fällen ergibt sich eine kompakte und stabile Anordnung des Motors und eine ebenso kompakte und stabile Verbindung mit der Rotorwelle.
Das Medium mit einer geringeren Dichte als der Dichte der Umgebungsluft, mit welchem der abgeschlossene Raum gefüllt ist, lässt sich auf verschiedene Arten erzeugen:
Vorzugsweise ist dieses Medium Luft mit einer geringeren Dichte als der Dichte der Umgebungsluft. Diese wird vorzugsweise durch eine Vakuumpumpe erzeugt, welche Luft aus dem abgeschlossenen Raum absaugt und somit dort zumindest ein Teilvakuum erzeugt. Auch unter Berücksichtigung des Energiebedarfs der Vakuumpumpe ergibt sich dabei insgesamt eine deutliche Energieeinsparung aufgrund des verringerten Luftwiderstands des Rotorbügels, wodurch sich ein geringerer Energieverlust aufgrund von Reibungswärme ergibt.
Das Medium kann aber auch ein Gas sein, welches bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine geringere Dichte als Luft hat. Insbesondere ist hierfür Helium geeignet, welches lediglich eine Dichte von 0,1785 kg/m³ besitzt, im Gegensatz zu Luft mit einer Dichte von 1,293 kg/m³, jeweils unter Normbedingungen (0°C und Atmosphärendruck) gemessen. Hierfür genügt beispielsweise auch verunreinigtes Helium, welches für andere technische Prozesse, beispielsweise im Halbleiterbereich, nicht mehr verwendet werden kann und daher preisgünstig zur Verfügung steht.
Selbstverständlich lassen sich auch beide Medien kombinieren, d. h. es kann beispielsweise ein Helium-Luft-Gemisch verwendet werden, oder es kann in ein Teilvakuum in dem abgeschlossenen Raum beispielsweise noch Helium eindosiert werden.
Der abgeschlossene Raum kann verschieden große Ausdehnungen haben und damit auch verschieden viele Komponenten der Verlitzmaschine einschließen:
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erstreckt sich der abgeschlossene Raum im Wesentlichen nur um den Rotor herum. Dadurch lässt sich das zu evakuierende Volumen besonders klein halten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung erstreckt sich der abgeschlossene Raum im Wesentlichen um die gesamte Verlitzmaschine herum. Seine Umhüllung kann vorzugsweise mit dem Maschinengehäuse identisch sein, wobei das Maschinengehäuse luftdicht abgedichtet ist. Hierdurch ergeben sich dann keinerlei Behinderungen durch die Umhüllung des abgeschlossenen Raumes beim Be- und Entladen der Verlitzmaschine.
Einhergehend mit den bereits genannten Vorteilen wie Energieeinsparung, geringere Geräuschentwicklung und geringere Schwingungsanregung lässt sich die erfindungsgemäße Verlitzmaschine auch mit größeren Rotationsgeschwindigkeiten und damit mit größeren Vorschubgeschwindigkeiten des strangförmigen Materials betreiben. Insbesondere die geringere Schwingungsanregung und damit die größere Laufruhe des Rotorbügels führen darüber hinaus auch zu einer verbesserten Qualität der hergestellten Litze.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden in den beiliegenden, teilweise schematisierten Zeichnungen im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung dargestellt. Dabei zeigen:
1: eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Verlitzmaschine mit zwei konzentrisch zur Rotorwelle angeordneten Motoren;
2: eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Verlitzmaschine mit einem konzentrisch zur Rotorwelle und einem parallel zur Rotorwelle angeordneten Motor;
3: eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verlitzmaschine mit einem Motor, welcher beide axiale Enden der Rotorwelle antreibt;
4: eine vierte Ausführung einer erfindungsgemäßen Verlitzmaschine mit einem Motor, welcher nur ein axiales Ende der Rotorwelle antreibt;
5: eine Modifikation der Ausführung gemäß 4;
6: einen Rotorbügel aus dem Stand der Technik und einen erfindungsgemäßen Rotorbügel in einer Abwicklung.
In einer erfindungsgemäßen Drahtverlitzmaschine gemäß 1 mit einem Maschinengehäuse bzw. einen Maschinenständer 7 werden mehrere Drähte von jeweils einer Spule (nicht dargestellt) abgewickelt und an einem Drahteinlauf 12 in eine zentrale Bohrung eines einlaufseitigen Abschnitts 5 einer Rotorwelle in die Maschine eingeführt. Die Drähte laufen in der Bohrung bis kurz vor das andere Ende des einlaufseitigen Rotorwellenabschnitts 5, wo sie durch eine Öffnung aus der Rotorwelle herausgeführt und über eine Umlenkrolle 15 auf einen geschwungenen Rotorbügel 4 geleitet werden. Die Verlitzung der Drähte durch Verdrillen miteinander findet unter anderem in der axialen Bohrung des einlaufseitigen Abschnitts 5 der Rotorwelle statt.
Auf dem einlaufseitigen Ende des einlaufseitigen Abschnitts 5 der Rotorwelle ist weiterhin eine Elektroübertragungseinheit 21 angeordnet. Diese dient zur Übertragung von elektrischer Energie auf die rotierenden Teile des Rotors, beispielsweise zum Antrieb einer (nicht dargestellten) Aufwickelspule. Die Stromübertragung erfolgt dabei über Schleifringe mit Kohlebürsten.
Der Rotorbügel 4 rotiert um die Achse der Rotorwelle 5, 6 und nimmt dabei den verlitzten Draht mit, wobei dieser durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenseite des Rotorbügels 4 gepresst und dort beispielsweise durch eine Führungsrille geleitet sowie durch ösenförmige Führungselemente (nicht dargestellt) am Rotorbügel 4 gehalten wird. Das gegenüberliegende Ende des Rotorbügels 4 ist auf dem umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle gelagert.
Die Abschnitte 5 und 6 der Rotorwelle sind jeweils durch ein oder mehrere Lager 20, vorzugsweise Wälzlager, gegenüber dem Maschinengehäuse 7 drehbar gelagert. Die beiden Abschnitte 5 und 6 der Rotorwelle sind nicht starr, sondern lediglich über den teilweise flexiblen Rotorbügel 4 miteinander verbunden.
Der verlitzte Draht wird auf dem umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle über eine Umlenkrolle 16, welche auf dem umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle drehbar gelagert ist, einer (nicht dargestellten) Aufwickelspule zugeführt. Sobald die Aufwickelspule gefüllt ist, wird das Maschinengehäuse 7 geöffnet und die volle Aufwickelspule gegen eine leere Spule ausgetauscht.
Weiterhin kann die gesamte Drahtverlitzmaschine 1 in einer Schallschutzkabine (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Bei der dargestellten Drahtverlitzmaschine 1 handelt es sich um eine sogenannte Doppelschlag-Verlitzmaschine. Der bisher beschriebene Aufbau der Drahtverlitzmaschine 1 ist auch bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen genauso vorhanden und wird dort, soweit sich gegenüber diesem Aufbau keine Änderungen ergeben, nicht noch einmal beschrieben. Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, die Erfindung auf Verlitzmaschinen mit anderen Bauweisen anzuwenden. Außerdem können selbstverständlich Merkmale von verschiedenen im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen – soweit technisch möglich – miteinander kombiniert werden.
Ebenso ist der Rotor der Drahtverlitzmaschine 1, welcher im Wesentlichen die Abschnitte 5 und 6 der Rotorwelle sowie den Rotorbügel 4 aufweist, in allen im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen in einem abgeschlossenen Raum 2 angeordnet, in welchem durch eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) ein Teilvakuum hergestellt wurde.
Wie oben bereits beschrieben, ergeben sich durch die geringere Luftreibung zwischen dem sehr schnell, beispielsweise mit 4500 Umdrehungen pro Minute, rotierenden Rotorbügel 4 und der verbleibenden Luft in dem abgeschlossenen Raum 2 eine geringere Hitze- und Geräuschentwicklung sowie eine geringere Schwingungsanregung und damit eine größere Laufruhe des Rotorbügels 4. Wie ebenfalls oben beschrieben, können die gleichen Vorteile auch durch das Eindosieren eines Gases mit geringerer Dichte als Luft wie beispielsweise Helium oder durch ein Gemisch aus Luft und einem derartigen Gas erzielt werden. Aufgrund der geringeren Geräuschentwicklung kann möglicherweise auch auf die erwähnte Schallschutzkabine vollständig verzichtet werden.
In dem Ausführungsbeispiel in 1 werden der einlaufseitige Abschnitt 5 und der umlenkseitige Abschnitt 6 der Rotorwelle jeweils durch einen eigenen Motor 8a, 8b angetrieben, wobei die Statoreinheiten 9a, 9b der Motoren 8a, 8b in das Maschinengehäuse 7 integriert sind und die Läufereinheiten 10a, 10b der Motoren 8a, 8b konzentrisch und starr mit dem jeweiligen Rotorwellenabschnitt 5, 6 verbunden sind. Bei den Motoren 8a, 8b handelt es sich um gehäuseintegrierte Hohlwellenmotoren, in deren Motorwellen der jeweilige Abschnitt 5, 6 der Rotorwelle eingeschoben werden kann.
Alternativ kann es sich auch um Motoren 8a, 8b handeln, welche aus Einbausätzen bestehen, wobei die Statoreinheiten 9a, 9b und die Läufereinheiten 10a, 10b als separate Teile geliefert werden. In diesem Fall werden zunächst die Läufereinheiten 10a, 10b auf die Abschnitte 5, 6 der Rotorwelle aufgeschoben und dann gemeinsam mit diesen in dem Maschinengehäuse 7 mit den Statoreinheiten 9a, 9b montiert.
Wegen der nicht vorhandenen mechanischen Kopplung zwischen den Rotorwellenabschnitten 5, 6 bzw. zwischen den beiden Motoren 8a, 8b müssen in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Motoren 8a, 8b, beispielsweise durch eine gemeinsame Steuerungselektronik, genau drehzahlsynchronisiert sein, um eine übermäßige Belastung oder sogar Beschädigung des Rotorbügels 4 in Folge unterschiedlicher Drehzahlen zu vermeiden.
Durch den Einsatz von zwei getrennten Motoren 8a, 8b für die beiden Abschnitte 5, 6 der Rotorwelle sind keine weiteren mechanischen Komponenten für den Antrieb der Rotorwelle nötig. Insbesondere ist auch die Rotorwelle mit ihren Bereichen größten Durchmessers innerhalb des abgeschlossenen Raumes 2 angeordnet, so dass keine Luftdichtungen mit großen Durchmessern zwischen dem abgeschlossenen Raum 2 und der Umgebung an den Durchführungsstellen der Rotorwelle nötig sind.
Lediglich am einlaufseitigen Ende des einlaufseitigen Abschnitts 5 der Rotorwelle ist eine Luftdichtung 14 vorgesehen, mit der die Durchführungsstelle dieses Rotorwellenabschnitts 5 durch die Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 abgedichtet ist. Die Luftdichtung 14 weist einen feststehenden äußeren und einen mit der Rotorwelle rotierenden inneren Teil auf, welche zum Zwecke der Abdichtung aneinander anliegen. Der Abschnitt der Rotorwelle im Bereich der Luftdichtung 14 dient jedoch nur der Zuführung des Drahtes und kann einen dementsprechend geringen Durchmesser aufweisen. Dadurch hat auch die Luftdichtung 14 nur einen geringen Durchmesser und erzeugt dementsprechend wenig Reibungshitze.
Alternativ ist es auch möglich, auf dem äußersten, aus dem abgeschlossenen Raum 2 herausragenden Abschnitt geringeren Durchmessers der Rotorwelle ganz zu verzichten und die Rotorwelle im Inneren des abgeschlossenen Raumes 2 an der Stelle ihrer Durchmesservergrößerung enden zu lassen. Die Drähte werden in diesem Fall durch einen feststehenden Ziehstein und/oder eine Hülse in den abgeschlossenen Raum 2 eingeführt und erst in dessen Inneren an die Rotorwelle übergeben, wodurch auf die Luftdichtung 14 mit gegeneinander beweglichen Teilen ganz verzichtet werden kann. Der Ziehstein und/oder die Hülse sollte dabei eine möglichst große Länge und gleichzeitig einen möglichst geringes Spaltmaß in der Bohrung für den Spalt um den Draht herum haben.
Dadurch wird der Strömungswiderstand für die Fehlluft in dem Spalt so groß, dass die Vakuumpumpe eine Erhöhung des Drucks in dem abgeschlossenen Raum 2 durch nachströmende Luft, die durch das von der Hülse verursachte ”Leck” eindringt, wieder ausgleichen kann.
Selbstverständlich kann am Drahteinlauf 13 auch eine raumfest angeordnete, nicht mitdrehende Drahtdurchführung, wie in 4 dargestellt, mit den Maschinenausführungen gemäß 1 bis 3 kombiniert werden.
Die erfindungsgemäße Drahtverlitzmaschine 1 im Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 nur durch den Antrieb der beiden Rotorwellenabschnitte 5, 6. Auch hier werden die Rotorwellenabschnitte 5, 6 durch zwei getrennte Motoren 8a, 8b angetrieben, welche jedoch als separate, jeweils in einem eigenen Gehäuse gekapselte Komponenten in dem abgeschlossenen Raum 2 angeordnet und am Maschinengehäuse bzw. -ständer 7 befestigt sind.
Der Antriebsmotor 8b für den umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle ist dabei an die umlenkseitige Stirnseite des Maschinengehäuses 7 derart angeflanscht, dass seine Welle 11b stirnseitig konzentrisch in den umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle eingreift. Der Antriebsmotor 8a für den einlaufseitigen Abschnitt 5 der Rotorwelle ist dagegen so am Maschinenständer 7 befestigt, dass seine Welle 11a parallel zur Rotorwelle verläuft. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Motor 8a und dem einlaufseitigen Abschnitt 5 der Rotorwelle erfolgt über einen Zahnriemenantrieb mit zwei Zahnriemenscheiben 17a und einen Zahnriemen 18a. Beide Motoren 8a und 8b sind vollständig in dem abgeschlossenen Raum 2 angeordnet. Auch hier sind die beiden Motoren 8a und 8b genau drehzahlsynchronisiert.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich eine einzige Luftdichtung 14 geringeren Durchmessers am Drahteinlauf 12 nötig, welche bei Verwendung eines Ziehsteins oder einer Hülse zum Drahteinlauf sogar wiederum gänzlich überflüssig ist.
Bei der erfindungsgemäßen Drahtverlitzmaschine 1 im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist lediglich ein Antriebsmotor 8 vorgesehen. Dieser treibt über zwei Zahnriemenantriebe mit jeweils zwei Zahnriemenrädern 17a, 17b und jeweils einem Zahnriemen 18a, 18b sowohl den einlaufseitigen Abschnitt 5 als auch den umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle an. Die Anordnung des Motors 8 und des ersten Zahnriemenantriebs für den einlaufseitigen Abschnitt 5 der Rotorwelle ist dabei im Wesentlichen identisch mit der Anordnung in 2. Der zweite Zahnriemenantrieb für den umlenkseitigen Abschnitt 6 der Rotorwelle ist bezüglich einer vertikalen Mittelachse der Drahtverlitzmaschine 1 im Wesentlichen spiegelbildlich angebracht. Die Verbindung zwischen dem zweiten Zahnriemenantrieb und dem Motor 8 erfolgt durch eine Vorgelegewelle 19. Diese ist parallel zur Rotorwelle angeordnet und bildet eine Verlängerung der Welle 11 des Motors 8. Auf diese Weise laufen die beiden Zahnriemenantriebe und damit die beiden Abschnitte der Rotorwelle mit der gleichen Drehzahl.
Der abgeschlossene Raum 2 erstreckt sich hierbei nur um die beiden Zahnriemenantriebe herum, nicht jedoch um den Motor 8 und die Vorgelegewelle 19, wodurch das Volumen des abgeschlossenen Raumes 2 klein gehalten werden kann. Dadurch ist auch der Aufwand zur Herstellung und Abdichtung der Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 entsprechend klein, und es kann eine Vakuumpumpe geringer Leistung eingesetzt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Luftdichtungen 14 an den Durchführungsstellen der Welle 11 des Motors 8 bzw. der Vorgelegewelle 19 durch die Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 vorhanden. Aufgrund des geringen Durchmessers der beiden Wellen 11 und 19 haben jedoch auch die Luftdichtungen 14 einen geringen Durchmesser. Die Abdichtung des Drahteinlaufs 12 erfolgt wiederum gemäß einer der oben beschriebenen Möglichkeiten.
Alternativ kann in diesem Ausführungsbeispiel auch der abgeschlossene Raum 2 so weit ausgedehnt werden, dass sowohl der Motor 8 als auch die Vorgelegewelle 19 komplett darin angeordnet sind (in 3 gestrichelt dargestellt). In diesem Fall können die beiden Luftdichtungen 14 dann komplett entfallen.
In der erfindungsgemäßen Drahtverlitzmaschine 1 im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist wiederum nur ein einziger Antriebsmotor 8 für die Rotorwelle vorgesehen. Dieser ist von außerhalb der Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 an den Maschinenständer 7 angeflanscht. Der Motor 8 ist in diesem Fall jedoch in ein luftdichtes Gehäuse gekapselt, so dass die Durchführung der Motorwelle 11 durch die Umhüllung 3 des abgeschlossenen Raumes 2 nicht extra abgedichtet zu werden braucht. Der Motor 8 treibt ähnlich wie in 2 und 3 über einen Zahnriemenantrieb mit zwei Zahnriemenrädern 17 und einem Zahnriemen 18 den einlaufseitigen Abschnitt 5 der Rotorwelle an.
Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen ist im Ausführungsbeispiel gemäß 4 überhaupt kein umlenkseitiger Abschnitt der Rotorwelle vorgesehen, so dass auf der Umlenkseite auch kein Antrieb vorgesehen sein muss. Stattdessen ist die Umlenkrolle 16 lediglich in einem Gehäuse 22 durch zwei Lager 23a und 23b, vorzugsweise zwei Wälzlager, um die geometrische Achse der Rotorwelle drehbar gelagert und wird durch den an ihr befestigten Rotorbügel 4 mitgenommen und in Rotation versetzt. Hierbei dient das äußere Lager 23a zur Lagerung des Gehäuses 22 gegenüber dem Maschinengehäuse 7 und das innere Lager 23b zur Lagerung des Gehäuses 22 gegenüber einem nicht mitdrehenden, zur Rotorwelle koaxial angeordneten Zwischenstück 24 zwischen dem Gehäuse 22 und dem einlaufseitigen Abschnitt 5 der Rotorwelle. An dem Zwischenstück 24 kann in anderen Maschinenvarianten beispielsweise ein Spulenträger im Inneren des Rotors befestigt werden.
Die Konstruktion ohne umlenkseitigen Antrieb des Rotors wird im Wesentlichen dadurch ermöglicht, dass der Rotorbügel 4 aufgrund des Teilvakuums in dem abgeschlossenen Raum 2 auch mit einem vergrößerten Querschnitt und damit stabiler ausgelegt werden kann, ohne dass sich der Luftwiderstand des Rotorbügels 4 nennenswert erhöht. Zur Erhöhung der Stabilität der Konstruktion kann auch ein zweiter, dem ersten Rotorbügel 4 in der Rotationsebene diametral gegenüberliegender Rotorbügel vorgesehen werden, wodurch sich auch eine gleichmäßigere Massenverteilung und dadurch eine geringere Unwucht bei der Rotation des Rotors ergibt.
Durch den Verzicht auf einen umlenkseitigen Antrieb des Rotors wird eine kompakte und einfache Konstruktion der Drahtverlitzmaschine 1 mit einer deutlich reduzierten Anzahl mechanischer Komponenten erreicht. Auch bei dieser Ausführung der Drahtverlitzmaschine 1 sind keine Luftdichtungen mit sich berührenden und gegeneinander beweglichen Teilen erforderlich. Der Drahteinlauf 12 ist wiederum in einer der oben bereits mehrfach beschriebenen Varianten verwirklicht. In 4 ist hierfür eine Drahteinlaufhülse 13 vorgesehen, wodurch auch am Drahteinlauf 12 keine derartige Luftdichtung erforderlich ist.
5 stellt eine Modifikation der Ausführung gemäß 4 dar, bei der der einlaufseitige Abschnitt 5 der Rotorwelle und das Gehäuse 22 für die Umlenkrolle 16 über zwei Zahnriemenantriebe mit jeweils zwei Zahnriemenrädern 17a, 17b und jeweils einem Zahnriemen 18a, 18b miteinander verbunden und damit drehzahlsynchronisiert sind.
Die Konstruktion ähnelt insoweit den Zahnriemenantrieben in der Ausführung gemäß 3. Ein derartiger Antrieb an beiden Enden der Rotorwelle kann sinnvoll sein, falls der einlaufseitige Abschnitt 5 der Rotorwelle und das Gehäuse 22 im Betrieb der Verlitzmaschine 1 eine zu große Torsion gegeneinander aufweisen.
In 6 schließlich sind mehrere Rotorbügel in einer Abwicklung dargestellt, d. h. die Oberfläche des Rotorbügels wurde entlang dessen Längsachse aufgeschnitten und in die Zeichenebene abgewickelt.
6a zeigt einen unverstärkten Rotorbügel aus dem Stand der Technik, welcher über seine gesamte Länge eine konstante Breite aufweist und daher in der Abwicklung ein Rechteck ergibt.
6b zeigt einen verstärkten Rotorbügel 4 zum Einsatz in einer Drahtverlitzmaschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4, dessen axiale Enden stark verbreitert sind. Der gerade Mittelteil 25 des Rotorbügels 4 geht dabei in konische Endstücke 25 über, wobei die Querschnittsvergrößerung des Rotorbügels 4 an den Endstücken 25 in der abgewickelten Darstellung an den stark verlängerten senkrechten Außenkanten gut zu erkennen ist. Dadurch wird der Rotorbügel 4 wesentlich verwindungssteifer und gewährleistet eine besonders starre Verbindung zum Gehäuse 22 für die Umlenkrolle 15, um dieses bei seiner Rotation mitzunehmen.
Die Abwicklung kann dabei auch andere Konturen aufweisen, die entsprechend der Festigkeitsrechnung zu besonders vorteilhaften Schnittkraftverläufen und/oder Schnittmomentenverläufen im Rotorbügel 4 führen.
Bezugszeichenliste

1: Verlitzmaschine
2: Abgeschlossener Raum
3: Umhüllung des abgeschlossenen Raumes
4: Rotorbügel
5: Einlaufseitiger Abschnitt der Rotorwelle
6: Umlenkseitiger Abschnitt der Rotorwelle
7: Maschinengehäuse/Maschinenständer
8, 8a, 8b: Motor
9a, 9b: Statoreinheit des Motors
10a, 10b: Läufereinheit des Motors
11, 11a, 11b: Motorwelle
12: Drahteinlauf
13: Drahteinlaufhülse
14: Luftdichtung
15: Umlenkrolle am einlaufseitigen Ende der Rotorwelle
16: Umlenkrolle am umlenkseitigen Ende der Rotorwelle
17, 17a, 17b: Zahnriemenscheibe
18, 18a, 18b: Zahnriemen
19: Vorgelegewelle
20: Lager für die Rotorwelle
21: Elektroübertragungseinheit
22: Gehäuse für die Umlenkrolle
23a, 23b: Lager für die Umlenkrolle
24: Zwischenstück
25: Mittelteil des Rotorbügels
26: Endstücke des Rotorbügels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2241826 [0008, 0009]

Claims

Verlitz- oder Verseilmaschine (1) zum Verlitzen oder Verseilen eines strangförmigen Materials, welche einen Rotor mit einer ein- oder mehrteiligen Rotorwelle (5, 6, 22) aufweist, welche durch wenigstens einen Motor (8, 8a, 8b) angetrieben wird, wobei die Verlitz- oder Verseilmaschine (1) wenigstens teilweise in einem abgeschlossenen Raum (2) angeordnet ist, der mit einem Medium mit einer geringeren Dichte als der Dichte der Umgebungsluft gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rotorwelle (5, 6, 22) vollständig innerhalb der Umhüllung (3) des abgeschlossenen Raumes (2) angeordnet ist oder dass – die Rotorwelle (5, 6) wenigstens einen Abschnitt geringeren Durchmessers und wenigstens einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweist und die Umhüllung (3) des abgeschlossenen Raumes (2) nur in dem wenigstens einen Abschnitt geringeren Durchmessers durchdringt.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5, 6, 22) die Umhüllung (3) des abgeschlossenen Raumes (2) nicht durchdringt.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlitz- oder Verseilmaschine (1) keine Dichtungen zur Abdichtung des abgeschlossenen Raumes (2) gegenüber der Umgebung mit sich berührenden und sich gegeneinander drehenden Teilen aufweist.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb des Rotors nur an einem axialen Ende des Rotors erfolgt.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor wenigstens einen Rotorbügel (4) aufweist, der im Bereich wenigstens eines seiner axialen Enden (26) gegenüber seinem Mittelteil (25) verstärkt ist, insbesondere durch eine Vergrößerung seines Querschnitts.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor wenigstens zwei Rotorbügel (4) aufweist.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5, 6) an beiden axialen Enden des Rotors durch jeweils einen Motor (8a, 8b) angetrieben wird.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (5, 6) durch genau einen Motor (8) angetrieben wird, wobei der Motor (8) mit den beiden axialen Enden des Rotors durch mechanische Drehmomentübertragungsmittel (17a, 17b, 18a, 18b, 19) gekoppelt ist und der Antrieb auf beide axiale Enden der Rotorwelle (5, 6) wirkt, wobei die mechanischen Drehmomentübertragungsmittel (17a, 17b, 18a, 18b, 19) ganz oder teilweise innerhalb des abgeschlossenen Raumes (2) angeordnet sind.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Drehmomentübertragungsmittel (17a, 17b, 18a, 18b, 19) wenigstens einen Zahnriemen (18a, 18b) und/oder wenigstens eine Welle (19) aufweisen.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Achsen der Antriebswelle (11a, 11b) des wenigstens einen Motors (8a, 8b) und der Rotorwelle (5, 6) zusammenfallen.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Motor (8a, 8b) eine Hohlwelle aufweist oder an das die Rotorwelle (5, 6) lagernde Gehäuse (7) angeflanscht ist.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Luft mit einer geringeren Dichte als der Dichte der Umgebungsluft ist.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Gas ist, welches bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine geringere Dichte als Luft hat, insbesondere Helium oder ein Helium-Luft-Gemisch.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der abgeschlossene Raum (2) im Wesentlichen nur um den Rotor herum erstreckt.
Verlitz- oder Verseilmaschine (1) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der abgeschlossene Raum (2) im Wesentlichen um die gesamte Verlitz- oder Verseilmaschine (1) herum erstreckt.