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Die Erfindung betrifft eine Aufspulmaschine zum Aufwickeln mehrerer Fäden zu Spulen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die bekannte Aufspulmaschine wird bei der Herstellung von synthetischen Fäden in einem Schmelzspinnprozess genutzt, um mehrere Fäden einer Fadenschar parallel nebeneinander und im wesentlichen kontinuierlich zu Spulen zu wickeln. Hierzu weist die Aufspulmaschine zwei auskragend gehaltene Spulspindeln auf, die an einem Spulenrevolver gehalten sind. Der Spulrevolver ist drehbar in einem Maschinengestell gelagert, um die Spulspindeln abwechselnd in einen Betriebsbereich zum Wickeln der Fäden und in einen Wechselbereich zum Abnehmen der gewickelten Vollspulen zu führen. Um die Festigkeit der Spulspindeln auch bei lang auskragenden Ausführungen zu gewährleisten, weist jede der Spulspindel einen mit dem Spulrevolver fest verbundenen Achsträger auf, an welchem ein Spannfutter drehbar gelagert ist. So lässt sich das Spannfutter ohne Anbindung an eine Antriebswelle direkt über den Mantel am Achsträger antreiben.
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Um den Mantel des Spannfutters am Achsträger anzutreiben, ist bei der bekannten Aufspulmaschine ein Riemenantrieb vorgesehen. So ist an einem Ende des Spannfutters im Bereich des Spulrevolvers ein Riemenrad befestigt, das über einen Riemenantrieb antreibbar ist. Die dabei durch den Riementrieb erzeugten Zugkräfte wirken allerdings nur einseitig am Umfang des Spannfutters, die sich nachteilig auf die Lagerung und die Führung des Spannfutters auswirken. Insbesondere können dadurch Schwingungen im Spannfutter erzeugt werden. Alternativ wird bei der bekannten Aufspulmaschine vorgeschlagen, das Spannfutter über eine Treibwalze mit Reibkontakt anzutreiben. Hierbei werden zu wickelnden Spulen jedoch mit einer zu großen Anpresskraft beaufschlagt, um die gewünschten Umfangsgeschwindigkeiten beim Wickeln der Spulen zu erhalten.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die bekannte Aufspulmaschine derart weiterzubilden, dass ein gleichförmiger Antrieb der Spannfutter an den Achsträgern der Spulspindeln möglich wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Antriebe durch zumindest zwei Elektromotoren gebildet sind, die jeweils durch einen Rotor fest mit einem Spannfutter der Spulspindeln verbunden sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung besitzt den besonders Vorteil, dass an dem Spannfutter ein gleichförmiges Drehmoment am Mantel erzeugbar ist, so dass sowohl beim Anwickeln der Spulen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten als auch zum Ende hin der gewickelten Spulen mit geringen Umfangsgeschwindigkeiten des Spannfutters ein gleichförmiger Antrieb erfolgen kann. Durch die direkte Kopplung mit einem Rotor des Elektromotors lässt sich das Drehmoment gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilt in das Spannfutter einbringen. Durch die direkte Anbindung über den Rotor ist zudem eine unmittelbar Ansteuerung beim Beschleunigen oder Abbremsen ohne zusätzliche Kupplungsmittel von Vorteil, insbesondere bei einem Spulenwechsel, bei welchem beide Spulspindeln zur Übergabe und zum Fangen des Fadens zusammenwirken. Zudem besitzt die direkte Anbindung des Rotors an das Spannfutter den Vorteil, dass keine Schwingungen durch Radialkräfte an dem Mantel des Spannfutters entstehen können.
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Um einerseits den großen Drehzahlbereich der Spulspindeln beim Aufwickeln der Fäden von ca. 2.000 U/min. bis hin zu ca. 30.000 U/min. zu realisieren und andererseits die erforderlichen Drehmomente zu erzeugen, ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 bevorzugt ausgeführt. Dabei wird zumindest einer der Elektromotoren an dem Spulrevolver angeordnet, wobei der Rotor mit einem Ende des Spannfutters einer der Spulspindeln gekoppelt ist und wobei der Stator an dem Spulrevolver gehalten ist. Das Spannfutter und der Achsträger können dabei baulich derart abgestimmt werden, dass trotz der durch die Spulhülsen vordefinierten Maximaldurchmesse der Spannfutter eine maximale Festigkeit erreichbar ist. Insoweit sind besonders lang auskragende Spannfutter mit dem am Spulrevolver gehaltenen Stator des Elektromotors möglich.
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Unter Berücksichtigung, dass die im Spannfutter ausgebildeten Klemmapparate zum Spannen der Spulhülsen auf einen minimalen Bauraum beschränkt integrierbar sind, wie beispielsweise aus der
EP 2 523 884 B1 bekannt ist, lässt sich selbst bei den durch den Spulhülsen begrenzten Durchmesser des Spannfutters eine Weiterbildung realisieren, bei welcher zumindest einer der Elektromotoren im Innern des Spannfutters einer der Spulspindeln angeordnet ist. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass handelsübliche der Rohrantriebe aufgrund des Leistungsspektrums und aufgrund der Baugröße völlig ungeeignet sind. Insoweit fordert die Integration des Elektromotors innerhalb eines Spannfutters neue Konzepte zwischen Rotor- und Statoranbindung.
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Um möglichst den vorhandenen Bauraum innerhalb des Spannfutters ausnutzen zu können, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Stator des Elektromotors an einem freien Ende des Achsträgers der Spulspindel gehalten ist und bei welcher der Rotor innen am Mantel des Spannfutters der Spulspindel befestigt ist.
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Bei weniger lang auskragenden Spulspindeln besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Stator des Elektromotors an einem Mantelabschnitt des Achsträgers der Spulspindel gehalten ist und dass der Rotor innen am Mantel des Spannfutters der Spulspindel befestigt ist. Der Rotor umschließt dabei den Stator am Achsträger.
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Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass der Stator und der Rotor eine Breite aufweisen, die um ein mehrfaches größer ist als der Durchmesser der Stators. Damit lässt sich selbst bei geringen Platzverhältnissen innerhalb des Spannfutters eine ausreichende Drehmomentenübertragung und -erzeugung realisieren.
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Zur elektrischen Versorgung und Anbindung an einen Umrichter ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher der Achsträger zur Aufnahme einer Anschlussleitung für den Elektromotor zumindest entlang eines Teilabschnittes hohlzylindrisch ausgebildet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Spulrevolver einen Drehübertrager aufweist, um die Anbindung an eine stationäre Einheit zur Versorgung und Steuerung der Elektromotoren zu gewährleisten. Ein derartiger Drehübertrager ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 018 820 A1 bekannt.
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Da die Übertragung und Erzeugung hoher Drehmomente, die im Bereich von oberhalb 10 Nm maximal liegen, treten Erwärmungen auf, die eine zulässige Betriebstemperatur des Spannfutters nicht überschreiten dürfen. Um eine unzulässige thermische Belastung des Spannfutters zu vermeiden, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welchem an dem Achsträger eine Kühleinrichtung ausgebildet ist, durch welchen der Stator des Elektromotors kühlbar ist. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Kühleinrichtung durch ein geschlossenes System am Spulrevolver ausgebildet ist, so dass in der Anbindung an eine stationäre Einrichtung vermieden wird.
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So können beispielsweise sogenannte Heatpipe genutzt werden, um die Wärme aus den Spulspindeln abzuführen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine
- 2 schematisch eine Teilansicht eines Querschnitts einer der Spulspindeln des Ausführungsbeispiels aus 1
- 3 schematisch eine Teilansicht eines Querschnitts einer der Spulspindeln eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine
- 4 schematisch eine Teilansicht eines Querschnitts einer der Spulspindeln eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine
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In der 1 ist eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel ist im Betriebszustand gezeigt, bei welchem mehrere Fäden 12 zu einer Spule 11 gewickelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier Wickelstellen dargestellt. Die Anzahl der Wickelstellen ist hierbei beispielhaft. Derartige Aufspulmaschinen können bis hin zu 16 Wickelstellen nebeneinander aufweisen.
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Die Spulen 11 werden an einer lang auskragenden Spulspindel 3 gewickelt. Die Spulspindel 3 ist gemeinsam mit einer zweiten Spulspindel 3 um 180° versetzt zueinander an einem Spulrevolver 2 gehalten. Der Spulrevolver 2 ist an dem Maschinengestell drehbar gelagert und mit einem Revolverantrieb 15 gekoppelt. Der Revolverantrieb 15 ist beispielhaft als Kettenantrieb ausgebildet, wobei der Kettenantrieb durch einen Motor gesteuert wird. Somit lassen sich die Spulspindeln 3 abwechselnd in einen Betriebsbereich zum Wickeln der Spulen 11 und in einen Wechselbereich zur Abnahme der gewickelten Spulen und zur Aufnahme neuer Spulhülsen 20 führen. In der dargestellten Betriebssituation trägt die untere Spulspindel 3 Spulhülsen 20 und die obere Spulspindel 3 wickelt die Spulen 11.
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Zum Wickeln der Spulen 11 wird jeder Faden 12 über einen Kopffadenführer 14 der Aufspulmaschine zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kopffadenführer 14 durch Ösen gebildet. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Kopffadenführer 14 durch Umlenkrollen zu bilden, so dass die Fadenschar nicht vertikal sondern mehr horizontal zuführbar ist. Unterhalb der Kopffadenführer 14 ist eine Changiereinrichtung 13 sowie eine Andrückwalze 10 vorgesehen. Die Changiereinrichtung 13 weist zu jedem Faden 12 ein oder mehrere Führungsmittel auf, um die Fäden 12 innerhalb einer Spulenbreite hin- und herzuführen. Die Andrückwalze 10 ist an einem Walzenträger 21 gehalten, der beweglich an dem Maschinengestell 1 gehalten ist. Die Andrückwalze 10 liegt an der Oberfläche der Spulen 11 an und legt somit die Fäden 12 auf die Spulenoberfläche ab.
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Zum Wickeln der Fäden werden die Spulspindeln 3 derart angetrieben, dass eine konstante Umfangsgeschwindigkeit zum Aufwickeln der Fäden erreicht wird. Insoweit wird die Drehzahl der Spulspindel 3 in Abhängigkeit vom Durchmesserzuwachs der Spulen 11 gesteuert.
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Zu Erläuterung der Spulspindeln 3 wird zusätzlich zu der 2 Bezug genommen. In der 2 ist ein Querschnitt der unteren Spulspindel 3 des Ausführungsbeispiels aus 1 schematisch dargestellt. Der Aufbau der Spulspindeln 3 ist hierbei identisch.
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Wie aus der Darstellung in
2 hervorgeht, besteht die Spulspindel 3 aus einem Achsträger 5, der fest mit dem Spulrevolver 2 verbunden ist. An dem auskragenden Teil des Achsträgers 5 ist ein Spannfutter 4 drehbar über die Lager 9 gelagert. Das Spannfutter 4 weist einen hier nicht dargestellten Klemmapparat auf, um die am Umfang des Spannfutters 4 gehaltenen Spulhülsen 20 zu spannen. Ein derartiger Klemmapparat ist beispielsweise aus der
EP 2 523 884 B1 bekannt, so dass an dieser Stelle zu der zitierten Druckschrift Bezug genommen wird und zu dem Spannfutter keine weiteren Erläuterung erfolgen.
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Innerhalb des Spannfutters 4 ist am freien Ende des Achsträgers 5 ein Elektromotor 6 angeordnet. Der Elektromotor 6 weist einen an dem freien Ende des Achsträgers 5 befestigten Stator 7 auf. Dem Stator 7 koaxial gegenüberliegend ist ein Rotor 8 vorgesehen, der unmittelbar mit dem Spannfutter 4 gekoppelt ist. Der Stator 7 ist über eine Versorgungsleitung 18 mit einer Steuereinheit 22 verbunden, wie in
1 dargestellt ist. Die Energieversorgung sowie die Steuerimpulse werden dabei zwischen dem Spulrevolver 2 und dem Maschinengestell 1 durch einen hier nicht dargestellten Drehübertrager übermittelt. Ein derartiger Drehübertrager ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 018 820 A1 bekannt, so dass an dieser Stelle zu der zitierten Druckschrift Bezug genommen wird und keine weitere Erläuterung erfolgt.
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Über die in 1 dargestellte Steuereinheit 22 lässt sich der Elektromotor 6 innerhalb des Spannfutters 4 steuern. Insbesondere bei einem Spulenwechsel werden hierbei beide Spulspindeln 3 in unterschiedlicher Art und Weise angetrieben, so dass jeder der Elektromotoren 6 entsprechend steuerbar ist.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spulspindel 3 austauschbar an dem Spulrevolver 3 angeordnet. Insoweit sind die Versorgungsleitungen 18 über Steckanschlüsse an dem Spulrevolver 2 angeschlossen. So lässt sich die komplette Spulspindel 3 mit dem integrierten Elektromotor 6 an den Spulrevolver 2 austauschen.
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In 3 ist eine Teilschnittansicht im Bereich einer der Spulspindeln 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine gezeigt. Das Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein Elektromotor 6 im Innern des Spannfutters 4 der Spulspindel 3 integriert. Hierbei ist der Elektromotor 6 jedoch in einem Ringraum zwischen dem Achsträger 5 und dem Spannfutter 4 ausgebildet. Somit ist der Elektromotor 6 dem Halteende der Spulspindel 3 zugeordnet. Der Stator 7 des Elektromotors 6 ist am Umfang des Achsträgers 5 befestigt. Die Energieversorgung des Stators 7 erfolgt über eine Versorgungsleitung 18, die über eine Bohrung 17 im Achsträger 5 mit einem Drehübertrager verbunden ist. Der Stator 7 und der Rotor 8 erstrecken sich über einen Teilabschnitt des Achsträgers 5, wobei die Breite des Stators und des Rotors 8 um ein Vielfaches größer ist als der Durchmesser des Stators 7. Somit lässt sich auch bei einem geringen Außendurchmesser, der durch die Größe der Spulhülse an dem Spannfutter 3 begrenzt ist, die geforderten Drehmomente zum Wickeln der Spulen sowie zum Beschleunigen und Abbremsen des Spannfutters 4 realisieren.
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Für den Fall, dass eine unzulässige thermische Belastung des Spannfutters 4 durch den Elektromotor 6 erzeugt wird, ist an dem Achsträger 5 eine Kühleinrichtung 19 ausgebildet. Die Kühleinrichtung 19 ist in gestrichelter Darstellung angedeutet. So können beispielsweise mehrere Kühlkanäle meanderförmig am Umfang des Achsträgers 5 ausgebildet sein, die über Kühlleitungen mit einem am Spulrevolver 2 ausgebildeten Wärmetauscher (hier nicht dargestellt) verbunden sind. Der Wärmetauscher ist bevorzugt direkt am Spulrevolver integriert und könnte beispielsweise durch ein Heatpipesystem gebildet sein.
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Um eine höhere Stabilität der Spulspindeln erreichen zu können, ist in 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine schematisch in einer Teilschnittansicht gezeigt. Das Ausführungsbeispiel ist hierbei im wesentlich identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgehenden Beschreibung genommen wird.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführung ist die Spulspindel 3 über den Achsträger 5 fest mit dem Spulrevolver 2 verbunden. An dem Achsträger 5 ist ein Spannfutter 4 über die Lager 9 drehbar gelagert.
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Am Halteende der Spulspindel 3 ist ein Elektromotor 6 an dem Spulrevolver 2 angeordnet. Der Elektromotor 6 weist hierzu einen Stator 7 auf, der auf der Vorderseite des Spulrevolvers 2 koaxial zu der Spulspindel 3 befestigt ist. Innerhalb des Stators 7 ist ein Rotor 8 des Elektromotors 6 vorgesehen, der an einem Ende des Spannfutters 4 angeordnet ist. Der Rotor 8 ist fest mit dem Spannfutter 4 gekoppelt, so dass das Spannfutter 4 direkt über den Rotor 8 angetrieben wird. Die elektrische Anbindung des Elektromotors 6 ist hierbei direkt am Spulrevolver 2 ausgebildet.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4 ist somit besonders geeignet, um sehr lang auskragende Spannfutter mit entsprechend höheren Drehmomenten anzutreiben.
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Sowohl die Antriebsleistung als auch die Festigkeit der Spulspindel 3 sind zur Realisierung einer Vielzahl von Wickelstellen geeignet.
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Die erfindungsgemäße Aufspulmaschine besitzt den besonderen Vorteil, dass weder Antriebswellen noch Kupplungsmittel benötigt werden, um die Spulspindeln zum Wickeln der Fäden anzutreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016006148 A1 [0002]
- EP 2523884 B1 [0010, 0024]
- DE 102006018820 A1 [0014, 0025]
