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Die Erfindung betrifft eine Aufspulmaschine zum Aufwickeln mehrerer Fäden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Herstellung von synthetischen Fäden in einem Schmelzspinnprozess werden die Fäden am Ende des Prozesses von Aufspulmaschinen aufgenommen und zu Spulen aufgewickelt. Hierzu weisen derartige Aufspulmaschinen zumindest eine Spulspindel auf, an dessen Umfang ein oder mehrere Spulhülsen zur Aufnahme einer Spule gehalten sind. Die Spulspindel ist mit einem Antrieb gekoppelt, so dass ein am Umfang der Spulhülse fixiertes Fadenende zum Aufwickeln des Fadens und zur Bildung einer Spule führt. Sobald die Spule einen vordefinierten Durchmesser erreicht hat, wird ein sogenannter Spulenwechsel durchgeführt. Die an der Spulspindel gehaltene Spule muss dann mit der Spulhülse von der Spulspindel abgezogen werden. Um einerseits die Spulhülse zur Aufnahme des Fadens und zum Wickeln der Spule am Umfang der Spulspindel zu fixieren und andererseits nach Ende einer Aufspulung die Spule von der Spulspindel abzunehmen, weisen derartige Spulspindeln eine Klemmeinrichtung zur Fixierung der Spulhülse auf.
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So geht beispielsweise aus der
DE 196 07 916 A1 eine Aufspulmaschine hervor, bei welcher am Umfang der Spulspindel eine äußere Mantelbuchse mit mehreren am Umfang verteilten Klemmelementen vorgesehen ist, um eine am Umfang der Mantelbuchse aufgeschobene Spulhülse zu fixieren. Die Klemmelemente gehören zu einer Klemmeinrichtung, die zumindest einen Kraftgeber aufweist, durch welchen die Klemmelemente an der Mantelbuchse in einer Spannposition zum Fixieren einer Spulhülse gehalten sind. Um während der Wicklung der Spule einen sichere Fixierung der Spulhülse zu erhalten, wird der Kraftgeber durch mehrere Druckfedern gebildet, die über einen Ringkolben auf die beweglichen Klemmelemente einwirken. Eine Entspannung der Klemmelemente an der Mantelbuchse der Spulspindel erfordert nun jedoch das Aufbringen einer Gegenkraft, die der Federkraft des Kraftgebers entgegenwirkt. Hierzu ist dem Ringkolben innerhalb einer Ringkammer ein Druckraum zugeordnet, in welchem eine Druckluft eingeleitet wird. So lässt sich der Ringkolben entgegen der Federkraft der Druckfedern verschieben, um die Klemmelemente in eine Entspannposition zu führen.
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Derartige Aufspulmaschinen erfordern somit aufwändige Druckluftübertragungseinrichtungen, die die Zufuhr einer Druckluft in die Spulspindel ermöglicht. Insbesondere bei den Aufspulmaschinen, bei welchem die Spulspindeln an einem beweglichen Träger beispielsweise an einem Spulrevolver angeordnet sind, sind besondere apparative Vorkehrungen zur Übertragung der Druckluft zu treffen.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Aufspulmaschine zum Aufwickeln mehrerer Fäden derart weiterzubilden, dass ein Lösen der Spulhülsen am Umfang der Spulspindel mit möglichst geringem apparativen Aufwand möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kraftgeber zumindest ein Formgedächtniselement aufweist und dass das Farmgedächtniselement zum Spannen oder Entspannen der Klemmelemente thermisch aktivierbar ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der innerhalb einer Spulspindel vorhandene Einbauraum der Klemmeinrichtung ausschließlich zur Aufnahme des Kraftgebers benötigt wird. Zusätzliche Einrichtungen zur Erzeugung von Entspannkräften der Klemmelemente sind nicht erforderlich. Durch die Verwendung eines Formgedächtniselementes wird nur eine kinetische Energie benötigt, um eine Bewegung oder eine Kraft zu erzeugen. Hierbei werden die Materialeigenschaften des Formgedächtniselementes ausgenutzt, um bei Erwärmung die Gestalt des Formgedächtniselementes zu verändern. Die Gestaltsänderung lässt sich so zur Erzeugung von Weg und Kraft ausnutzen.
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Die Gestaltsänderung des Formgedächtniselementes wird bevorzugt durch eine elektrische Bestromung erzeugt. Hierzu ist es erforderlich, dass durch die Bestromung des Formgedächtniselementes eine ausreichende Erwärmung zur Erreichung der Gestaltsänderung erzeugbar ist. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Gestaltsänderung des Formgedächtniselementes durch eine Erwärmung zu aktivieren.
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Um eine thermische Aktivierung des Formgedächtniselementes in jede Betriebssituation der Spulspindel zu ermöglichen, ist die Weitebildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Spulspindel ein Drehübertrager zugeordnet ist, durch welchen das Formgedächtniselement mit einer Energiequelle verbindbar ist. So kann das Formgedächtniselemente beispielsweise zum Entspannen der Klemmelemente beim Abbremsen der Spulspindel thermisch aktiviert werden.
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Für die Bedienbarkeit ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher eine Steuergerät zwischen der Energiequelle und dem Drehübertrager angeordnet ist, durch welches die Aktivierung des Formgedächtniselementes auslösbar ist. So lässt sich vorteilhaft die Aktivierung des Formgedächtniselementes manuell durch einen Operator oder auch automatisiert ausführen.
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Um möglichst hohe Kräfte durch die Gestaltsänderung des Formgedächtniselementes zu erhalten, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher das Formgedächtniselement durch mehrere Federn gebildet ist, die aus einem Federdraht einer Formgedächtnislegierung bestehen. Somit ist eine gleichmäßige Verteilung und Krafterzeugung über den gesamten Umfang der Spulspindel in einfacher Art und Weise realisierbar.
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Um möglichst einen kompakten Aufbau und hohe Traganteile innerhalb der Spulspindel zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders bevorzugt, bei welcher die Federn jeweils mehreren Umfangsrichtungen der Mantelbuchse ausgerichtete Flachwindungen aufweisen. Der Einbauraum der Federn ist nicht mehr durch einen Windungsdurchmesser sondern im wesentlichen durch eine Drahtstärke der in einer Ebene liegenden Windungen bestimmt. Insoweit wird der Einbauraum auf Mindestmaß zur Aufnahme der Feder reduziert.
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Um unabhängig von der Anzahl der Klemmelemente am Umfang der Spulspindel und der Anzahl der Federn eine Verstellung der Klemmelemente zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher die Federn innerhalb eines Ringraumes zwischen einem Anschlag und einem beweglichen Ringkolben eingespannt sind. Somit lässt sich die Gestaltsänderung der Federn bei thermischer Aktivierung der Formgedächtnislegierung in eine Bewegung des Ringkolbens innerhalb eines Ringraumes umwandeln.
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Das Zusammenwirken des Ringkobens mit den Klemmelementen lässt sich noch dadurch verbessern, in dem der Ringkolben mehrere Spannschuhe aufweist, welche mit den Klemmelementen zusammenwirken und welche durch Einschnitte im Ringkolben ausgebildet sind. So lässt sich eine axiale Bewegung des Ringkolbens über die Spannschuhe direkt in eine radiale Bewegung der Klemmelemente überführen. Das Spannen und Entspannen der Spulhülsen am Umfang der Mantelbuchse ist somit in einfacher Art und Weise durch Verschiebung des Ringkolbens und somit durch die thermische Aktivierung der Federn möglich.
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Die erfindungsgemäße Aufspulmaschine wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufspumaschine
- 2 schematisch eine Ansicht einer der Spulspindeln des Ausführungsbeispiels aus 1
- 3 schematisch die Spulspindel aus 2 in geänderter Betriebssituation
- 4 schematisch eine Querschnittsansicht der Spulspindel aus 2
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine schematisch dargestellt. Die Aufspulmaschine weist ein Maschinengestell 1 auf, in dem ein drehbar gelagerter Spulrevolver 2 angeordnet ist. An dem Spulrevolver 2 sind zwei auskragend gehaltene Spulspindeln 3.1 und 3.2 in einem Winkel um 180° versetzt zueinander angeordnet. An einem Lageende sind die Spulspindeln 3.1 und 3.2 jeweils mit einem Spindelantrieb 4.1 und 4.2 gekoppelt. Der Spulrevolver 2 ist über einen Revolverantrieb 5, der beispielsweise als Kettenantrieb ausgebildet sein könnte, in dem Maschinengestell drehbar. So können die Spulspindeln 3.1 und 3.2 durch Verdrehen des Spulrevolvers 2 abwechselnd in einen Betriebsbereich zum Wickeln mehrerer Spulen oder in einen Wechselbereich zum Wechseln der Spulen geführt werden. Bei der in 1 dargestellten Situation befindet sich die Spulspindel 3.1 in einem Betriebsbereich und die Spulspindel 3.2 in einem Wechselbereich. Zur Aufnahme einer Spule tragen die Spulspindeln 3.1 und 3.2 mehrere Spulhülsen 6. Die Spulhülsen 6 sind hierzu am Umfang der Spulspindeln 3.1 und 3.2 fixiert. Der Aufbau der Spulspindeln 3.1 und 3.2 wird hierzu nachfolgend noch näher erläutert.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Aufspulmaschine drei Wickelstellen auf, in denen drei Fäden 12 parallel nebeneinander zu Spulen 7 gewickelt werden. Hierzu werden die Fäden 12 mittels einer Andrückwalze 8 am Umfang der Spulen 7 abgelegt. Die Andrückwalze 8 ist über einen Walzenträger 8.1 an dem Maschinengestellt 1 gehalten. Zur Verlegung der Fäden 12 werden diese in den Wickelstellen durch eine Changiereinrichtung 9 hin- und hergeführt, wobei die Changiereinrichtung 9 durch einen Changierantrieb 9.1 angetrieben ist.
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Die Antriebe 4.1, 4.2, 5 und 9.1 werden über eine Steuereinrichtung 10 gesteuert und versorgt. Hierzu ist die Steuereinrichtung 10 mit einem Steuergerät 10.1 verbunden, das als Bedienungsplateau von einem Operator bedienbar ist. Insbesondere zur Versorgung und Steuerung der Spindelantriebe 4.1 und 4.2 ist ein Drehübertrager 11 an dem Maschinengestell 1 vorgesehen, der die Übermittlung von Strom und Steuersignal zu den Spulspindeln 3.1 und 3.2 ermöglicht.
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Zur weiteren Erläuterung der Spulspindeln 3.1 und 3.2 ist in 2, 3 und 4 eine Teilschnittansicht der Spulspindel 3.2 des Ausführungsbeispiels aus 1 schematisch dargestellt. In den 2 und 3 ist die Spulspindel in einer Seitenansicht gezeigt, wobei das auskragende freie Ende der Spulspindel in einer Schnittdarstellung dargestellt ist. In 2 ist die Spulspindel mit einer am Umfang aufgespannten Spulhülse mit gespannter Klemmeinrichtung und in 3 ohne Spulhülse mit entspannter Klemmeinrichtung gezeigt, wobei in 2 die Spulhülse in der linken Zeichnungshälfte nur gestrichelt angedeutet ist. Die 4 zeigt einen Querschnitt der Spulspindel mit gespannter Klemmeinrichtung, wie in 2 dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für alle Figuren.
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Die Spulspindel 3.2 weist eine äußere Mantelbuchse 13 auf, die über den Umfang einer Hohlspindel 19 gestülpt ist und zwischen einem Bund 18 und einem Deckel 24 gehalten wird. Die Hohlspindel 19 ist mit einer Antriebswelle 16 gekoppelt und über einen hohlzylindrischen Spindelträger 17 drehbar gelagert. Die Verbindung der Hohlspindel 19 mit der Antriebswelle 16 sowie die Lagerung der Antriebswelle 16 und der Hohlspindel 19 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht näher gezeigt, da sie allgemein für derartige Spulspindeln bekannt sind und für die Erfindung nur untergeordnete Bedeutung aufweisen.
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Die Antriebswelle 16 ist mit dem Spindelantrieb 4.2 verbunden. Der Spindelträger 17 ist an dem Spulrevolver 2 gehalten.
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Wie aus der Schnittdarstellung aus 2 hervorgeht, ist zwischen der äußeren Mantelbuchse 13 und der Hohlspindel 19 ein Ringraum 20 gebildet, in welcher eine Klemmeinrichtung 14 angeordnet ist. Die Klemmeinrichtung 14 erstreckt sich über die gesamte Länge der Mantelbuchse 13 und weist je nach Anzahl der an der Spulspindel 3.2 aufnehmenden Spulhülsen 6 mehrere in Normalebenen verteilt angeordnete Klemmelemente 15 auf. Die Klemmelemente 15 sind jeweils in einer Mantelöffnung 13.1 der Mantelbuchse 13 radial geführt.
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Die Unterseite der Klemmelemente 15 wird durch eine keilförmige Gleitfläche gebildet, die mit einem Ringkolben 21 zusammenwirkt. Der Ringkolben 21 ist am Umfang der Hohlspinde 19 angeordnet und in axialer Richtung an dem Ringraum 20 axial verschiebbar. Der Ringkolben 21 trägt zu jedem Klemmelement 15 eine Spannzunge 21.1, die keilförmig ausgebildet ist und mit der Gleitfläche des Klemmelementes 15 zusammenwirkt. Am Umfang des Ringkolbens 21 sind mehrere elastische Spannzungen 21.1 durch Einschnitte 28 gebildet, die auf die Klemmelemente 15 verteilt angeordnet sind.
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Dem Ringkolben 21 ist ein Formgedächtniselement 22 zugeordnet, um durch eine Gestaltsänderung den Ringkolben 21 innerhalb des Ringraumes 20 axial zu verschieben.
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Das Formgedächtniselement 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere Federn 23 ausgebildet. Die Federn 23 weisen mehrere flache Windungen eines Federdrahtes 23.1 in Umfangsrichtung der Mantelbuchse 13 auf. Der Federdraht 23.1 ist aus einer Formgedächtnislegierung gebildet, so dass die Feder 23 durch eine thermische Aktivierung ihre Gestalt verändert. Hierdurch wird insbesondere ein Federweg und eine Federkraft verändert. Die Federn 23 sind jeweils in einer Ausnehmung 21.2 des Ringkolbens 21 geführt. Diese Situation ist insbesondere aus der 4 ersichtlich.
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Wie aus der Darstellung in 2 und 3 hervorgeht, sind den Federn 23 jeweils eine Kontaktstelle 27 am Umfang der Hohlspindel 19 zugeordnet, die über Stromleitungen 25.2 in der Hohlspindel 19 und 25.1 in der Antriebswelle 16 mit dem hier nicht dargestellten Drehübertrager 11 verbunden. Die Stromleitungen 25.1 und 25.2 sind hierzu beispielhaft in Leitungskanälen 26.1 der Antriebswelle 16, 26.2 der Hohlspindel 19 eingebettet. Jede der am Umfang der Hohlspindel 19 angeordneten Feder 23 ist eine Kontaktstelle 27 zugeordnet, die untereinander mit einer hier nicht dargestellten Verbindungsleitung verbunden sind. Insoweit können die Federn 23 gleichzeitig zur thermischen Aktivierung der Formgedächtnislegierung bestromt werden.
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Wie aus der Darstellung in 2 und 3 hervorgeht, sind die Federn 23 zwischen einem durch den Deckel 24 gebildeten Anschlag und dem Ringkolben 21 eingespannt. Bei der in 2 dargestellten Situation drücken die Federn 18 den Ringkolben 21 am Umfang der Hohlspindel 19 in Richtung Lagerende, so dass die Spannzungen 21.1 des Ringkolbens 21 die Klemmelemente 15 aus der Mantelbuchse 13 herausdrücken. In diesem Zustand wird die Spulhülse 6 gespannt.
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Zum Lösen der Spulhülse 6 am Umfang der Mantelbuchse 13 wird nun das Formgedächtniselement 22 mit einer hier nicht dargestellten Stromquelle verbunden. Hierzu wird über das Steuergerät 10.1 ein entsprechender Steuerbefehl an die Steuereinrichtung 10 geleitet, so dass eine thermische Aktivierung des Formgedächtniselementes 22 ausgelöst wird. Zur thermischen Aktivierung des Formgedächtniselementes 22 wird somit jede Feder 23 durch eine Bestromung erwärmt. Mit zunehmender Erwärmung der Feder 23 ändert sich die Gestalt der Federn in der Form, dass die Federn sich in ihre Länge verringern und somit die Vorspannung des Ringkolbens 21 aufheben. Der Ringkolben 21 wird beispielsweise durch eine Formverbindung mit den Federn zurückgezogen, so dass die Klemmelemente 15 in eine Entspannposition zurückfallen. Die Spulhülsen 6 sind am Umfang der Mantelbuchse 3 gelöst.
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Nachdem die Spulhülsen 6 mit den fertig gewickelten Spulen von der jeweiligen Spulspindel 3.1 oder 3.2 abgezogen sind, werden mehrere Spulhülsen auf die jeweilige Spulspindel 3.1 oder 3.2 aufgeschoben. Die Bestromung des Formgedächtniselementes kann bereits während des Abziehens der Spulen aufgehoben werden, so dass ein Abkühlung eintritt. Die Federn nehmen in dem erkalteten Zustand die ursprüngliche Form an und spannen den Ringkolben 21 mit den Spannzungen 21.1 an die Klemmelemente 15, die ihre Spannposition einnehmen und radial aus der Mantelbuchse 13 austreten.
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Bei den in 1 dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die Spulspindeln eine Länge auf, um jeweils drei Spulhülsen am Umfang zu spannen. Somit weist die Klemmeinrichtung 14 eine Mehrzahl von Ringkolben auf, die mit einer Mehrzahl von Formgedächtniselementen 22 zusammenwirken. Die Funktion jedes in dem Ringraum zwischen der Mantelbuchse und der Hohlspindel angeordneten Ringkolben ist dabei identisch zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel. Insoweit erstreckt sich die Erfindung sowohl auf Aufspulmaschinen, bei welcher nur eine Spulhülse am Umfang der Spulspindel gespannt wird als auch auf die Aufspulmaschinen, bei welchem eine Mehrzahl von Spulhülsen am Umfang der Spulhülse gleichzeitig gehalten werden. So ist es üblich, dass 10, 12 oder sogar 16 Spulhülsen am Umfang einer Spulspindel gehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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