DE2261709C3 - Spulmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulmaschine zum Aufwickeln von Chemiefasern mit einem auf einer horizontalen Achse drehbar gelagerten Spannfutter zur Aufnahme von Spulenhülsen und mit einer Brems- und/oder Antriebseinrichtung, die mit einer mit dem Spannfutter drehfest verbundenen Welle in Wirkverbindung steht.

Bei der Erzeugung von Chemiefasern werden Spulmaschinen unter anderem zum Aufspulen der frisch gesponnenen und/oder der frisch verstreckten Fasern eingesetzt. Die Produktivität der Spinn- und Verstreckanlagen hängt weitgehend auch von der Aufspulgeschwindigkeit ab, die mit der Spulmaschine erzielt werden kann. Zwar sind einer Erhöhung der Spinn- und Verstreckgeschwindigkeiten auch bei Endlosfasern Grenzen durch die Abhängigkeit der textlien Eigenschaften der erzeugten Endlosfasern von den Spinn- und Verstreckgeschwindigkeiten gesetzt. Unter Berücksichtigung dieser Abhängigkeit werden heute jedoch bereits Fadengeschwindigkeiten von mehr als 1500 m/min und insbesondere in kontinuierlich arbeitenden Spinn- Streckanlagen und Schnellspinnanlagen Fadengeschwindigkeiten von mehr als 5000 m/min, gefahren. Bei einem üblichen Hülsendurchmessei von z. B. 58 mm bedeutet das eine Drehzahl des Spannfutters von 27 500 U/min zu Anfang des Aufspulvorgangs. Da die Endlosfasern mit konstanter Geschwindigkeit anfallen, beträgt die Drehzahl bei einem Spulendurchmesser von z. B. 260 min zum Ende der Spulreise 6100 U/min. Bei einer konstanten Fadengeschwindigkeit von 2000 m/min ergibt sich ein Drehzahlbereich von 11 000 U/min zu Anfang bis 2450 U/min zum Ende

der Spulreise.

Es ist ersichtlich, daß sich aus der Höhe der Drehzahlen in Verbindung mit dem weiten Bereich der bei einer Spulreise zu durchlaufenden Drehzahlen Probleme bei der Lagerung des Spannfutters ergeben, insbesondere dann, wenn das Spannfutter auskragend gelagert ist. Diese auskragende lagerung ist von Vorteil für die Bedienung der Spulvorrichtung und erleichtert das Aufstecken der leeren Spulenhülsen und das Abnehmen

ίο der vollen Spulen. Als besonderes Problem hat sich herausgestellt, das Spannfutter so zu lagern, daß im Verlauf der Spulreise keine kritischen Drehzahlen auftreten. Als kritische Drehzahl wird hierbei die ungedämpfte Eigenschwingung der Welle bezeichnet. Der

ij Betrieb des Spannfutters mit einer kritischen Drehzahl führt zu sehr erheblichen Schwingungen, die zur Zerstörung des Spannfutters oder anderer Maschinenteile führen. Die Vermeidung der kritischen Drehzahl bei einem solchen Spannfutter ist auch deswegen schwie-

rig, weil die kritische Drehzahl mit größer werdender Spule im Verlauf der Spulreise abnimmt.

Eine Möglichkeit, Schädigungen durch kritische Drehzahlen zu vermeiden, besieht darin, das Spannfutter so weich zu lagern, daß die kritische Drehzahl un-

»5 terhalb des Betriebsdrehzahlbereichs liegt und beim Anlaufen und Abbremsen des Spannfutters sehr schnell durciifahren wird.

Derartige weiche Lagerungen sind bei senkrecht stehenden Spindeln bereits angewandt worden (DT-AS

10 28 025). Dem standen keine besonderen Hemmnisse entgegen da diese mit konstanter, hoher Drehzahl betriebenen Spindeln keinen oder nur unwesentlichen Querkräften ausgesetzt sind, so daß sie sich unter der Kreiselwirkung selbst aufrichten und zentrieren kön nen.

Anders ist es bei horizontal gelagerten Spannfuttern Horizontal — und insbesondere auskragend — gelagerte Spannfutter stehen nicht nur unter dynamischen sondern zusätzlich auch unter erheblichen statischer Belastungen, die quer zu der Spannfutterdrehachse ge richtet sind. Eine dynamische Belastung des Spannfut ters ergibt sich aus den unvermeidlichen Unwuchter der Spulenhülsen und der darauf aufgebauten Spulen Die statische Belastung ergibt sich insbesondere au< dem Gewicht der Spule. Das Gewicht der Spule wachs im Verlauf der Spulreise vom Wert 0 an. Bei einer aus geführten Spulmaschine beträgt das Spulengewicht zi Ende der Spulreise bei einem Hülsenaußendurchmessei von 58 mm, einer Spulenlänge von 260 mm und einen

so Spulenaußendurchmesser von 360 mm etwa 26 kg.

Es ist unvermeidlich, daß das Spannfutter unter die sen Belastungen aus seiner vorgegebenen axialen Lag« ausweicht.

Es ergibt sich nunmehr die Aufgabe, in ein derar weich gelagertes Spannfutter ein Drehmoment — se es als Antriebsmoment, sei es als Bremsmoment axial einzubringen. Diese Aufgabe wird durch die an spruchsgemäße Kombination gelöst.

Die UdSSR-Urheberschrift 3 16 781 zeigt eine senk recht stehende Spinnzentrifuge, deren Spindel in ihren unteren, angetriebenen Teil starr und in ihrem oberei Teil weich gelagert ist. Abgesehen davon, daß bei die ser Spindel lediglich eine biegeweiches Element zwi sehen dem angetriebenen und dem übrigen Teil de Spindel vorhanden ist, ist diese Spindel auch mit den Anmcldegegensiand nicht vergleichbar, da die Spinn zentrifuge infolge ihrer statischen und dynamischen Be lasH.ng lediglich eine Kippbewegung ausführen kanr

während das Spulenspannfutier nach der Anmeldung parallel und sogar windschief zu dem starr gelagerten, angetriebenen Wellentcil verlagert wird.

Eine weiche Lagerung des Spannfutters ist an sich bekannt durch die US-PS 30 42 321

Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteh: darin, daß wohl jede andere Ausführung unbrauchbar ist. Die Bremse auf einen weich gelagerten Teil der Spannfuttcrwclle einwirken zu lassen ist unmöglich, weil in diesem Falle sehr starke Bremsmomente auftreten können, die zu einer gewaltsamen Abbremsung des Spannfutters, verbunden mit Verdrehungen der Spannfutterwelle und sonstigen Zerstörungen des Spannfutters führt. Die Verbindung des Spannfutters mit dem Antrieb bzw. der Bremseinrichtung vermeidet die Überlagerung von Torsions- und Biegemomenien. Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht ein gleichmäßiges Beschleunigen bzw. Abbremsen des Spannfutters einschließlich der darauf befindlichem schweren Spule unter ausreichend starkem Drehmoment.

Als kreuzgelenkarlige Kupplungselemente im Sinne dieser Erfindung sind alle Kupplungselemente bezeichnet, die zwar zur Übertragung eines Torsionsmomentes, nicht aber zur Übertragung eines Biegemomentes geeignet sind. Ein derartiges ideales kreuzgelenkartiges Kupplungselement ist das Kreuzgelenk selbst. Krcuzgelenkartige Kupplungselemente im Sinne dieser Erfindung brauchen die Eigenschaften des Kreuzgelenkes und insbesondere die Biegeweichheit des Kreuzgelenkes nicht in idealer Form aufzuweisen, ils ist ausrei- jo chend, daß eine nur geringe Biegesteifigkeit vorliegt. Die einfachste Ausführung mit einer ersten Annäherung an die bezeichneten Kreuzgelenkeigenschaften stellt die örtliche Schwächung der Welle durch Verringerung ihres Durchmessers dar. Auch gummielastische Kupplungen können diesen Zweck erfüllen. Vorteilhafte Auiführungsformen solcher krcuzgelenkartiger Kupplungselemente sind in den Ansprüchen 2 und 3 bezeichnet und im folgenden näher beschrieben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigt

F i g. 1 die Spulmaschine mit Achsantrieb in sehematischer Darstellung,

F i g. 2 die Spulmaschine mit Treibwalzenantrieb, F i g. 3 bis 5 Ausführungen vo.i kreuzgelenkariigen Kupplungen,

F i g. 6 ein elastisches und dämpfendes Lagerelement. Nach F i g. 1 ist an dem Gehäuse 1 der Spulmaschine der rohrförmigen Lagerkörper 2 auskragend ange- $0 bracht. Auf diesem rohrförmigen Lagerkörper 2 ist das Spannfutter 7 drehbar gelagert. Das Spannfutter dient zum Festklemmen einer Hülse 5, auf der die Spule gebildet wird. Der Antrieb der Spule erfolgt durch den Motor 27 und den Zahnradtrieb 28.

Das Spannfutter 7 besteht aus dem zylindrischen und hohlen Mantelkörper 8, der Nabe 9 und der daran befestigten Welle 10. Zur Lagerung des Spannfutters sind die Wälzlager 11 und 12 vorgesehen, die sich gegen den Lagerkörper 2 durch die Gummielemcnte 13 und 14 abstützen.

Die Gummielemenic sind beliebige handelsübliche Elemente zur elastischen und dämpfenden Lagerung wie z. B. O-Ringe oder die in F i g. 6 dargestellten Elemente. Als Material hat sich Gummi gut bewährt, es kommen aber auch andere Materialien in Betracht.

Die Wälzlager U und 12 sind symmetrisch zur Mittellinie M angeordnet. Das Spannfutter ist so ausgelegt.

daß auch der Schwerpunkt des Spannfutters, der auf dem Spannfutter eingespannte;'! Hülse und der darauf befindlichen Spule auf der Mittellinie M liegt.

Das Spannfutter 7 wird durch eine nicht dargestellte Bremse mittels der Kegelräder 29 und 30 abgebremst. Das Kegelrad 29 ist an dem Wellenende 20 befestigt. Das Wellenende 20 ist durch die Wälzlager 21 in dem Maschinengestell 1 starr gelagert. Dadurch wird gewährleistet, daß das Kegelrad 29 mit dem in radialer Richtung ebenfalls starr gelagerten Bremskegel 30 in stets koaxiale Wirkverbindung gebracht werden kann. Hierdurch können Präzessionsbewegungen des Kegelrades 29 verhindert werden. Die starre Lagerung des Wellenendes 20 gewährleistet ferner, daß die formschlüssige Kraftübertragung vom Antriebsmotor 27 über die Zahnräder 28 auf das Wellenende 20 nicht durch die Bewegungen des weich gelagerten Spannfutters 7 beeinflußt wird.

Der starr gelagerte Wellentei! 20 ist mit dem Spannfutter durch zwei kreuzgelenkartige Kupplungselemente 23 und durch den torsionssteifen Wellenteil 19 verbunden. Die kreuzgelenkartigen Kupplungsemente 23 sind so ausgelegt, daß sie zwar zur Übertragung der auftretenden Drehmomente, nicht aber zur Übertragung von Biegemomenten geeignet sind. Dadurch wird verhindert, daß bei radialem Auswandern des Spannfutters in der Welle 10 mit ihren Wellenteilen 19 und 20 ein Biegemoment entsteht. Die kreuzgelenkartigen Kupplungselemente 23 gewährleisten, daß die Wellenteile 19 und 20 stets um eine genau definierte Achse unter Vermeidung der bei Ausbildung einer gekrümmten Biegelinie sich einstellenden Exzentrizität rotieren. Es wird ferner gewährleistet, daß sich das Spannfutter gegenüber seiner vorgegebenen horizontalen Lage /war parallel verschieben kann, nicht aber infolge eines von der starr eingespannten Welle ausgeübten Biegemomentes verkantet.

Die Spulmaschine nach F i g. 2 weist einen Treibwalzenantrieb auf. Die Treibwalze 16 wird durch einen Synchronmotor angetrieben und unter der Kraft l^yr gegen die Spule 6 gedrückt. Für diese Spulmaschine besieht die Aufgabe der Erfindung darin, die Übertragung des Bremsmomentes zu ermöglichen.

Die Spulmaschine nach F i g. 2 zeichnet sich ferner dadurch aus, daß das Spannfutter in dem rohrförmigen Lagerkörper 2 gelagert ist. Dadurch wird gewährleistet, daß in den Wälzlagern 11 und 12 nur geringe Umfangsgeschwindigkeiten vorkommen.

Im übrigen weist die Spulmaschine nach Fi g. 2 dieselben Konstruktionselemente wie die Spulmaschine nach F i g. 1 auf. Identische Teile sind mit identischen Bezugszeichen versehen.

Der rohrförmige Lagerkörper 2 ist in dem Gehäuse der Spulmaschine in Lagerdurchbrüchen 3 eingepaßl und auskragend gelagert. Der rohrförmige Lagerkör per ist durch die Schrauben 4 gegen Verdrehen unc axiales Verschiebeil gesichert. Der rohrförmige Lager körper 2 dient zur Innenlagerung der gesamten Welk 10, wobei der Endteil 20 starr und der dem Spannfuttei zugeordnete Teil 15 der Welle in den Gummielementei 13, 14 weich gelagert ist. Die Wälzlager 11, 12. 21 wer den durch Abstandshülsen und Simmerringe in den richtigen axialen Abstand gehalten. Die kreuzgelcnkar tigen Kuppliingselemcnie 23 befinden sich zwischei dem dem Spannfutter 7 zugeordneten Wellenteil 1! und dem Endteil der Welle 20. Die Bremsung de Spannfutters erfolgt durch die Bremsbacken 18 auf da Bremsrad 17. Die Bremse selbst ist nicht dargestell

Die slarre Lagerung des Bremsrades 17 gewährleistet auch hier, daß das Bremsrad 17 keine Präzcssionsbcwegung bei Eingriff der Bremsbacken 18 ausführen kann und daß keine Gcwaltbremsung erfolgt.

Ausführungsformen krcuzgelcnkartiger Kupplungselement sind in den F i g. 3 bis 5 dargestellt. F i g. 3 zeigt ein Kupplungselement 23, das aus zwei plattenförmigen Verjüngungen der Welle besieht, welche um 90 gegeneinander versetzt sind.

Nach Fig. 4 wird der Kupplungsteil mil Krcuzgclcnkeigenscharien dadurch gebildet, daß die Welle durch die Ausnehmung eines Gewindes geschwächt wird. Ein derartiges Gewinde ist lorsionssteif. Die Biegesteifigkeit dagegen richtet sich allein nach dem erheblich geschwächten Kern und ist daher verhältnismäßig gering.

F i g. 5 zeigt ein übliches Kreuzgelenk.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spulmaschine zum Aufwickeln von Chemiefasern mit einem auf einer horizontalen Achse drehbar gelagerten Spannfutter zur Aufnahme von Spulhülsen und mit einer Brems- und/oder Antriebspinrichtung, die mit einer mit dem Spannfutter drehfest verbundenen Welle in Wirkverbindung steht, d a durch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (7) mittels eines Paares von Wälzlagern (11, 12) unter Zwischenschaltung von Gumiiiielementen (13, 14) weich gelagert ist und daß der mit der Brems- und/oder Antriebseinrichtung (27, 28; 29, 30) in Wirkverbindung stehende Endteil (20) der Welle (19,20) in dem Maschinengestell (1) in radialer Richtung starr in Wälzlagern (21) gelagert und mit dem weichgelagerten Spannfutter (7) durch zwei init Abstand voneinander angeordnete kreuzgelenkartige Kupplungselemente (23) und durch einen dazwischenliegenden torsionssteifen Wellenteil (19) verbunden ist.

2. Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreuzgelenkartigen Kupplungselemente durch zwei platlenförmige Verjüngungen der Welle gebildet werden, welche Verjüngungen um 90° gegeneinander versetzt sind (F ig. 3).

3. Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreuzgelenkartigen Kupplungselemente durch gewindeartige Ausnehmungen der Welle gebildet werden (F i g. 4).