DE2443159B2 - Verfahren zum herstellen von flanschen metallischer wickeltraeger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Flanschen metallischer Wickelträger, die jeweils einen Nabenansatz mit zylindrischer Außenfläche und eine senkrecht zur Achse der Außenfläche stehende Flanschfläche aufweisen, an deren Überschneidung eine ringförmige Auskehlungsfläche vorgesehen ist.

Bei einem im Aufbau verstärkten bekannten Wickelträger (US-PS 30 99 417) sind die Flansche aus zwei Leichtmetall-Elementen, nämlich einem Nabenelement und einem Flanschelement, aufgebaut. Um eine hohe Festigkeit zu erzielen, ist das Nabenelement mit einer konvex geformten, zum Wickelraum gerichteten Fläche ausgebildet, die in eine im Flanschelement ausgebildete konkav geformte nach außen gerichtete Fläche eingreift, Im unbelasteten Zustand ist dabei zwischen beiden Flächen ausreichend Spiel vorhanden. Wird jedoch Garn auf den Wickelträger gewickelt, so treten axiale Kräfte auf, die beide Flächen zusammendrücken und das Spiel aufheben. Durch diese Anordnung soll verhindert werden, daß das Flanschelement bei größeren Belastungen verkantet wird oder sogar bricht.

Nachteilig macht sich bei diesen Wickelträgern bzw. beim Verfahren zu deren Herstellung bemerkbar, daß das Nabenelement und das Flanschelement speziell konfiguriert sein müssen und somit in der Herstellung besonders aufwendig sind.

Auch bei anderen bekannten Flanschen für Wickelträger werden die für einen sicheren und zufriedenstellenden Betrieb erforderlichen Druckfestigkeiten nicht erzielt. Für einen Nylonwickelträger mit Flanschen von ungefähr 76 cm Durchmesser ist eine minimale Bruchfestigkeit von ungefähr 1226 kN erwünscht. Dieser durch Schmieden leicht erreichbare Wert sollte auch bei der Herstellung durch Gießen erreichbar sein. Versuchsergebnisse mit gegossenen Flanschen zeigen jedoch, daß Brüche bei Belastungen auftreten, die kleiner als die Hälfte der erwünschten Bruchfestigkeit sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Flanschen metallischer Wickelträger zu schaffen, das einfach, wirtschaftlich und zeitsparend arbeitet und ein Produkt liefert, das eine erhöhte Bruchfestigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs bezeichneten Wickelträger dadurch gelöst, daß bei gegossenen Flanschen die Auskehlungsfläche mit einem das Fertigmaß überschreitenden Kehlradius gebildet wird und daß dann eine Druckkraft direkt auf die Auskehlungsfläche bis zum Erreichen des Fertigmaßes ausgeübt wird. Vorteilhafterweise geschieht dieses mittels einer Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Ausübung der Druckkraft eine Walze mit konvexem Umfangsprofil vorgesehen ist, dessen Profilradius dem Fertigmaß des Kehlradius entspricht.

Fs ist ferner möglich, daß die Walze mit ebenen Randflächen versehen ist, die das konvexe Umfangsprofil der Walze begrenzen und in rechten Winkeln zueinander ausgebildet und einerseits mit der zylindrisehen Außenfläche des Nabenansatzes und andererseits der Flanschfläche eines Flansches zugeordnet sind. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Profilradius der Walze 2,4 mm aufweist, und daß die von der Walze übertragene Druckkraft 11 130 N beträgt.

Bei einem Wickelträger mit einer zylindrischen Trommel und zwei jeweils in ein Trommelende eingesetzten Flanschen, die jeweils einen Nabenansatz mit einer zylindrischen Außenfläche auf diesem als Fortsetzung der zylindrischen Trommel und weiterhin eine senkrecht zur Achse der Außenfläche stehende Flanschfläche aufweisen, an deren Überschneidung eine ringförmige Auskehlungsfläche vorgesehen ist, sind in Anwendung der Erfindung die Flansche als Gußstück gebildet und deren Auskehlungsflächen gewalzt.

Vorteilhafterweise hat der Wickelträger eine Druckspannung von 177 MPa im Bereich der Auskehlungsfläche.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden, ohne besonders aufwendige Ausführungsformen von Nabenansatz und Flansch vorsehen zu müssen, in einfacher und schneller Weise Wickelträger hergestellt, die eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen. Belastungsversuche ergaben eine um ein Drittel erhöhte Bruchfestigkeit gegenüber herkömmlich gefertigten Trägern oder Spulen. Diese Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist auf die gewalzten Auskehlungen bzw. den Walzvorgang zurückzuführen, der eine Druckspannung

im gegossenen Material eines mit der gewalzten Auskehlung gebildeten Flansches erzeugt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.

F i g. 1 ist eine Vorderansicht, welche uie grundsätzlichen Bestandteile eines Wickelträgers zeigt und zur Erläuterung der Kräfte dient, welchen diese Bestandteile unterworfen werden, wenn ein Material auf diese aufgewickelt wird.

Fig.2 ist ein Längsschnitt im größeren Maßstab durch einen Teil des Flansches eines erfindungsgemäßen Wickelträgers und zeigt die Verbindung zwischen dem Nabenansatz und der garnhaltigen Flanschfläche des Wickelträgers.

F i g. 3 ist ein der F i g. 2 entsprechender Längsschnitt mit Einzelheiten und dient zur Erläuterung des erfindüngsgemäßen Verfahrens.

Ein Wickelträger 10, der in F i g. 1 sthematisch dargestellt ist, besteht aus einer zylindrischen Trommel 12, deren Achse die Achse des Wickelträgers 10 festlegt, und besteht weiterhin aus Flanschen 14, die an jedem Ende 15 der Trommel 12 befestigt sind. Jeder Flansch 14 weist einen Nabenansatz 16 mit einer zylindrischen Außenfläche 17 auf, welche sich in axialer Richtung zum Träger 10 erstreckt, um eine Fortsetzung der zylindrischen Trommel 12 zu bilden, und weist eine Flanschfläche 18 auf, die sich von der zylindrischen Außenfläche 17 des Nabenansatzes 16 in radialer Richtung erstreckt.

Wenn der Wickelträger 10 mit Garn 19 bewickelt wird, werden Druckkräfte auf die Trommel 12 — wie durch Pfeile 20 angedeutet — und Spreizkräfte auf die Flanschflächen 18 der Flansche 14 — wie durch Pfeile 22 angedeutet — ausgeübt. Als Ergebnis dieser Kräfte werden hohe Zugspannungen an der Verbindung zwischen der zylindrischen Außenfläche 17 und der Flanschfläche 18 jedes Flansches 14 erzeugt, und an dieser Verbindung ist in üblicher Weise eine ringförmige konkave Fläche — oder mit anderen Worten — eine Auskehlungsfläche 24 vorgesehen. Die meisten Wickelträgerbrüche beim Garnaufwickeln also unter Belastung durch das Garn treten an dieser Verbindungsstelle auf.

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt der Verbindung zwischen der zylindrischen Außenfläche 17 und der Flanschfläche 18 des Flansches 14 eines Wirkelträgers 10 in größerem Maßstab. Dabei ist ein Teil der Trommel 12 in unterbrochenen Linien zusammen mit einer Verbindung zwischen dem Nabenansatz 16 und der Trommel «dargestellt.

Der in Fig.2 gezeigte Flansch 14 besteht aus Aluminiumguß und ist mit der Auskehlungsfläche 24 an der Verbindung zwischen der sich in axialer Richtung erstreckenden zylindrischen Außenfläche 17 und der sich in radialer Richtung erstreckenden garnhaltenden Flanschfläche 18 des Flansches 14 versehen. Das Gußmaterial, aus welchem die ringförmige Auskehlungsfläche 24 geformt ist, weist in sich eine Druckspannung auf, wie sie durch den schattierten bzw. punktierten Bereich 26 in F i g. 2 angedeutet ist, wenn der Wickelträger 10 sich in einem unbelasteten Zustand befindet.

Fig.3 dient zur Erläuterung eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des Flansches 14 gemäß der Fig.2. Eine konkave ringförmige Auskehlungsfläche 24a ist an der Verbindung zwischen der zylindrischen Außenfläche 17 und der Flanschfläche 18 des Flansches 14 mit einem Radius gebildet, welcher eine Abmessung aufweist, die über diejenige des für den fertiggestellten Gegenstand gewünschte Abmessung des Kehlradius gemäß F i g. 2 hinausgeht. Auf die ringförmige Auskehlungsfläche 24a wird eine Druckkraft ausgeübt, um die Abmessung des Kehlradius auf das Fertigmaß zu verringern und um dadurch den in F i g. 2 gezeigten punktierten Bereich 26 mit Druckspannung zu erzeugen. Gemäß Fig. 3 ist zum Ausüben der Druckkraft an die Auskehlungsfläche 24a eine Walze 28 mit konvexem Umfangsprofil 30 vorgesehen, dessen Frofilradius dem Fertigmaß des Kehlradius entspricht. Die Walze 28 ist

ίο außerdem mit Randflächen 32 und 34 versehen, welche den Teil mit dem konvexen Umfangsprofil 30 der Walze 28 eingrenzen, wobei die Randflächen 32 und 34 im rechten Winkel zueinander stehen. Wenn der Walzvorgang unter einer Druckkraft — wie sie durch einen Pfeil 36 angezeigt ist — ausgeführt wird, gelangen die ebenen Randflächen 32 und 34 an dem Umfang der Walze ?8 schließlich mit der Flanschfläche 18 und der zylind ischen Außenfläche 17 des Flansches 14 jeweils in Eingriff und begrenzen somif die Einwirkung der Druckkraft, die auf die Auskehlungsfläche 24a ausgeübt wird, und stellen somit sicher, daß die Auskehlung auf das Fertigmaß des Kehlradius gewalzt wird.

Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf durchgeführte Versuche an Test-Wickelträgern für Nylon-Trikotwaren mit Gußaluminiumflanschen von ungefähr 76 cm Durchmesser beschrieben.

In einem Test wurden einige dieser Flansche mit einer Auskehlungsfläche 24 versehen, die mit einem Schneidwerkzeug auf einen Standardradius von ungefähr 2,4 mm geschnitten wurde. Andere Teststücke wurden mit einer Auskehlungsfläche 24a versehen, welche mit einem Kehlradius von ungefähr 3,2 mm hergestellt wurden und dann auf das Fertigmaß von ungefähr 2,4 mm unter Anwendung des anhand der F i g. 3 erläuterten Verfahrens gewalzt wurden, wobei eine Druckkraft in der Größenordnung von Π 130N ausgeübt wurde.

Statische Belastungsversuche zeigten, daß die Wikkelträger mit geschnittenen Auskehlungen zwischen ungefähr 716 kN und ungefähr 1353 kN mit einer Durchschnittsbruchlast von ungefähr 1078 kN versagten. Wickelträger mit gewalzten Auskehlungen versagten zwischen ungefähr 1138 kN und 1549 kN mit einer Durchschnittsbruchlast von ungefähr 1432 kN. Im Mittel wiesen die Wickelträger mit gewalzten Auskehlungen eine um ungefähr 1/3 größere Bruchfestigkeit als die Wickelträger mit geschnittenen Auskehlungen auf, außerdem versagten alle Wickelträger mit gewalzten Auskehlungen oberhalb einer Belastung von ungefähr 1000 kN, wobei dieser Wert als ein minimaler Testwert für ausreichende wirtschaftliche Herstellung festgelegt wurde. Im Gegensatz hierzu traten Brüche bei Wickelträgern mit geschnittenen Auskehlungen unterhalb dieses minimalen Testwertes in ausreichender Anzahl auf, so daß die Herstellung mit geschnittener Auskehlung wegen der zu erwartenden hohen Ausschußverluste sich als nicht wirtschaftlich erwies. In einem weiterhin durchgeführten Test wurden zwei Wickelträger, von denen der eine mit einem ausgeschnittenen Kehlradius von ungefähr 2,4 mm hergestellt und der andere mit einem Kehlradius von ungefähr 3,2 mm gegossen und dann auf das Fertigmaß von ungefähr 2,4 mm gewalzt wurde, an der Auskehlung mit acht Dehnungsmeßstreifen versehen. Die beiden Test-Wickelträger wurden gegen einen Ring mit einem Durchmesser von ungefähr 47 cm gepreßt, wobei eine Testmaschine mit einer Kapazität von ungefähr 5,345 MN verwendet wurde, um den vergleichbaren

Effekt des Auskehlungswalzen auf die Auskehlungsverformung unter Belastung, in Ruhelage nach der Belastung und beim Bruch festzustellen. Statische Deformationen bei Belastung wurden abgelesen, wobei diese in 112 kN-Intervallen von 0 auf ungefähr 557 kN gesteigert wurde. Weiterhin wurden nach diesem Belastungszyklus Ablesungen bei Null-Last vorgenommen. Die dynamische Deformation wurde dann kontinuierlich von der Null-Last bis zum Bruch aufgezeichnet. Bei ungefähr 667 kN Belastung zeigte die geschnittene Auskehlung eine Deformation von 6170 μ, die gewalzte Auskehlung von +5650 μ oder eine um 520 μ geringere Deformation. Der Spitzenwert der Auskehlungsverformung in Ruhe nach der 667 kN Belastung zeigte sich bei der geschnittenen Auskehlung mit +1303 μ, bei der gewalzten Auskehlung mit +149 μ, was einer Verringerung um 88,6% entsprach. Die Bruchlast der geschnittenen Auskehlung betrug ungefähr 1265 kN und für die gewalzte Auskehlung ungefähr 1648 kN bzw. ergab eine Erhöhung in der Festigkeit um 30%. Der Spitzenwert der Auskehlungsverformung beim Bruch für die geschnittene Auskehlung betrug 18 750 μ und für die gewalzte Auskehlung 24 000 μ bzw. ergab eine Erhöhung um 5250 μ. Der große Unterschied im Spitzenwert der Auskehlungsverformung in Ruhelage nach Belastung gibt eine sehr sichere Anzeige dafür, daß das Walzen der Auskehlung den Pegel der Auskehlungsbeanspruchung vor der Belastung verändert hat. Die höhere Deformation bzw. Dehnung beim Bruch in der gewalzten Auskehlung führt zu dem Schluß, daß der Auskehlungswalzvorgang eine Druckspannung erzeugt und daß diese sich in der Größenordnung von 5000-μ-Verformung befindet.

Weitere Untersuchungen der Druckspannung wurden durch Röntgen-Analyse durchgeführt und ergaben eine Druckspannung von ungefähr 200 MPa im Bereich der Auskehlung, welche mit dem gewalzten Kehlradius von ungefähr 2,4 mm, wie vorangehend beschrieben, geformt wurde. Bei einer Auskehlung, die mit einem geschnittenen Kehlradius von der gleichen Abmessung geformt wurde, wurde keine feststellbare Druckspannung gefunden.

Die vorangehend geschilderten Versuche und ihre Ergebnisse beweisen eine bemerkenswerte Erhöhung der Bruchfestigkeit von Wickelträgern aus Aluminiumguß, wenn sie mit gewalzten Auskehlungen hergestellt werden, und zwar unter Anwendung des anhand der F i g. 3 geschilderten Verfahrens. Diese Versuche zeigen ebenfalls, daß der Walzvorgang eine Druckspannung in dem gegossenen Aluminiummaterial des mit einer gewalzten Auskehlungsfläche 24 gebildeten Flansches 14 erzeugt.

Während andere Verfahren, beispielsweise Hämmern, angewendet werden könnten, um eine Druckkraft auf die Auskehlungsfläche 24a auszuüben, welche erforderlich ist, um den Kehlradius dieser Fläche auf das Fertigmaß zu verringern, wird der Walzvorgang gegenwärtig bevorzugt wegen der Leichtigkeit, mit welcher er gesteuert werden kann. Das Verfahren gemäß der Erfindung macht die Herstellung vor Wickelträgern mit gegossenen Aluminiumflanscher wirtschaftlich anwendbar, wobei eine beträchtliche Verringerung der Kosten im Vergleich mit denen dei bekannten Ausführung unter Verwendung geformtei oder geschmiedeter Flansche erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Flanschen metallischer Wickelträger, die jeweils einen Naben- »nsatz mit zylindrischer Außenfläche und eine lenkrecht zur Achse der Außenfläche stehende Flanschfläche aufweisen, an deren Überschneidung eine ringförmige Auskehlungsfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegossenen Flanschen die Auskehlungsfläche mit einem das Fertigmaß überschreitenden Kehlradius gebildet wird und daß dann eine Druckkraft direkt auf die Auskehlungsfläche (24aj bis zum Erreichen des Fertigmaßes ausgeübt wird.

2. Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausübung der Druckkraft eine Walze (28) mit konvexem Umfangsprofil (30) vorgesehen ist, dessen Profilradius dem Fertigmaß des Kehlradius entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (28) mit ebenen Randflächen (32,34) versehen ist, die das konvexe Umfangsprofil (30) der Walze (28) begrenzen, und in rechten Winkeln zueinander ausgebildet und einerseits der zylindrischen Außenfläche (17) des Nabenansatzes (16) und andererseits der Flanschfläche (18) eines Flansches (14) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilradius der Walze (28) 2,4 mm aufweist und daß die von der Walze übertragene Druckkraft 11 130 kN beträgt.

5. Wickelträger mit einer zylindrischen Trommel und zwei jeweils in ein Trommelende eingesetzten Flanschen, die jeweils einen Nabenansatz mit einer zylindrischen Außenfläche auf diesem als Fortsetzung der zylindrischen Trommel und weiterhin eine senkrecht zur Achse der Außenfläche stehende Flanschfläche aufweisen, an deren Überschneidung eine ringförmige Auskehlungsfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (14) als Gußstück gebildet und deren Auskehlungsflächen (24) gewalzt sind.

6. Wickelträger nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Druckspannung von ungefähr 177 MPa im Bereich der Auskehlungsfläche (24).