DE2446076A1

DE2446076A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufbau einer rotations-symmetrisch vergleichmaessigten spule

Info

Publication number: DE2446076A1
Application number: DE19742446076
Authority: DE
Inventors: Klaus Bruggisser; Felix Graf; Gerhard Mandl; Albert Rueegg
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 1973-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1975-03-27
Also published as: FR2272013B3; IT1018721B; JPS5059545A; CH572434A5; GB1474448A; ES430561A1; JPS5059544A; NL7410092A; AR201884A1; US3970260A; BR7407978D0; FR2272013A1

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den ^2B· ^SE-M/kn - R 2011

Maschinenfabrik

Rieter AG
CH-8406 Winterthur

Torrichtung und Verfahren zum Aufbau einer rotationssymmetrisch vergleichmäßigten Spule

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbau einer rotations-symmetrisch vergleichmäßigten Spule mit einem Spulendorn zur Aufnahme der Spule und einer Reibwalze zum Antreiben der Spule.

Die bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Aufb.au von rotations-symmetrisch vergleichmäßigten Spulen unter Anwendung einer Reibwalze als Antriebselement basieren auf Spulvorrichtungen mit im unterkritischen Drehzahlbereich rotierenden Spulen, was durch starre Einspannung der Spulen— dornlager und entsprechend massiv ausgelegte Spulendorne erreicht wurde.

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DR. G. MANITZ · DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÜNCHEN 25, BOSEBT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÜNCHEN, KONTO-NUMMER 7270 TEL. (O89) 22X2 11. TELEX OS - 29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK : MÜNCHEN 77062-805

Massive Spulendorne bzw. Spulendorne mit großem Durchmesser haben jedoch die Nachteile, daß sie die Anwendung von Hülsen mit großem Durchmesser erfordern, welche nicht nur schwerer und teurer sind, sondern auch noch weniger Garngewicht bei gegebenem Außendurchmesser der fertigen Spule ergeben, sowie daß die durch den großen Spulendorndurchmesser erforderlichen großen Lagerdurchmesser bei hohen Drehzahlen abgesehen vom hohen Preis rasch zu Schwierigkeiten führen.

Ein anderer Nachteil des unterkritischen Drehzahlbereiches liegt darin, daß unter Berücksichtigung eines durch die Wirtschaftlichkeit gegebenen maximalen Hülsendurchmessers die Aufwindgeschwindigkeiten ebenfalls begrenzt werden, was wiederum eine Begrenzung der Produktionsleistung ergibto Außerdem muß das Gewicht der Spule bei unterkritischer Drehzahl entsprechend begrenzt werden, was ebenfalls nachteilig ist.

Die Forderung nach erhöhter Leistung stellt nun die Aufgabe, die Aufwindgeschwindigkeiten auf 3000 m/min und mehr zu steigern, was zur Erzielung wirtschaftliche Hülsendurchmesser und Spulengewichte bedingt, daß die Spulendorne im überkritischen Drehzahlbereich rotieren müssen.

Hohe Drehzahlen der Spulendorne ergeben jedoch ebenfalls erhöhte Anforderungen an den Rundlauf der ebenfalls schneller drehenden antreibenden Reibwalzen, um eine negative Beeinflussung des rotations-symetrisch gleichmäßigen Spulenaufb'aus möglichst klein zu halten.

Die Praxis zeigt aber, daß bei einem überkritisch., betriebenen Spulendorn ein befriedigender Spulenaufbau ohne zusätzliche

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Maßnahmen nicht möglich ist, denn die Bewegungsverhältnxsse sind derart, daß eine einseitige Deformation der Spule gefördert wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese störenden Einflüsse zu unterbinden, um damit die Vorteile des überkritischen Drehzahlbereiches erst voll nutzen zu können, doh. auch im überkritischen Betrieb soll der Spulenaufbau rotations-symetrisch erfolgen.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung zum Aufbau einer rotations-symetrisch vergleichmäßigten Spule mit einem Spulendorn zur Aufnahme der Spule und einer Reibwalze zum Antrieb der Spule, dadurch erreicht, daß der Spulendorn mit überkritischer Drehzahl drehbar ist und daß auf dem Spulendorn ein Ausgleichselement mit einer auf einer zur Spulendornachse konzentrischen, kreisförmigen Bahn frei bewegbaren Masse vorgesehen ist, welche in zentrierter Lage des rotierenden Spulendornes gleichförmig und selbsttätig auf der Bahn verteilbar ist. Weiter sieht die Erfindung bei einem Verfahren zum Aufbau einer rotations-symetrisch vergleichmäßigten von einer Reibwalze angetriebenen, auf einem-Spulendorn sitzenden Spule vor, daß die Spule in eine für den Spulendorn überkritische Drehzahl um eine gegebene Drehachse in Rotation gebracht wird, daß eine bei entstehender Auslenkung der Spulendornachse durch einen entstehenden einseitigen Aufbau der Spule und einer daraus entstehenden Unwucht und/oder durch eine bestehende Unwucht und einem daraus entstehenden einseitigen Aufbau der Spule erzeugte, frei und konzentrisch zur Spulendornachse kreisende Masse so lange in dem durch die Auslenkung gegebenen größten Abstande zur genannten Drehachse verweilt, bis eine durch den einseitigen Aufbau der Spule

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entstandene weniger verdichtete Spulenseite infolge des durch die Masse entstehenden Ausgleichs und die an dieser Seite in der Folge entstehende erhöhte Anpresskraft zwischen Spulendorn und Reibwalze wieder ausgeglichen verdichtet ist und die Spulendornachse dadurch ihre ursprüngliche Lage wieder erreicht hat.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen die Erfindung näher beschrieben, es zeigen:

Figo 1 in schematischer Längsansicht einen fliegend gelagerten Spulendorn im Stillstand,

Fig. 2 den Spulendorn von Fig. 1, jedoch im unterkritischen Drehzahlbereich laufend, in schematischer Darstellung,

Figo 3 den Spulendorn von Figo 1, jedoch im überkritischen Drehzahlbereich laufend, mit angedeuteter Reibwalze in schematischer Darstellung, die

Fig. 4 und 5 schematisch einen Spulendorn mit Spule und einer Reibwalze in Richtung der Pfeile I und III sowie im Schnitt entlang der Linie X in Fig. 3>

Fig. 6 schematisch in Längsrichtung einen fliegend gelagerten Spulendorn mit Massenausgleich, die

Fig. 7 und 8 schematisch einen Spulendorn mit Massenausgleich sowie mit einer Reibwalze in Richtung der Pfeile II und IV sowie im Schnitt entlang der Linie Y in Fig« 6, die

Fig. 9 bis 11 schematisch Beispiele von Spulendornen mit Massenausgleich und die

Fig. 12 bis 14 Beispiele von Massenausgleichen.

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Ein Spulendorn 1 eines nicht dargestellten Aufspulapparates ist nach den Fig. 1-5 und 6 mittels je eines dem Aufspulapparat zugeordneten Lagers 2 bzw«, 3 fliegend gelagert. Auf dem Spulendorn 1 sitzt eine Spule 4. Eine durch den Massenschwerpunkt S der Spule 4 gehende Achse M hat einen Abstand e zu der geometrischen Achse G des Spulendornes 1.In Figo 1 ist der Spulendorn 1 mit der Spule 4 im Stillstand dargestellt. Die Achse M fällt annäherungsweise mit der freien Achse F zusammen, um welche sich der im wesentlichen aus dem Spulendorn 1 und der Spule 4 bestehende Körper kräftefrei drehen würde.

Wird nun die Spule 4 in Drehung versetzt, so dreht sich diese bis zum Erreichen der kritischen Drehzahl in der mit Fig. 2 stark übertrieben dargestellten und aus der Lehre der technischen Mechanik bekannten Weise, d.h. der Massenschwerpunkt S kreist mit einem Radius r-, um die Drehachse D. Die Drehachse D entspricht dabei derjenigen Achse, um welche sich der Körper dreht. Der Radius r-^ ergibt sich aus der Summierung des Abstandes e und einem durch die Auslenkung der geometrischen Achse G gegenüber der Drehachse D gegebenen Abstand f-, .
Es gilt:

T₁ = e + f _±

Der Massenschwerpunkt S hat dabei das Bestreben, sich von der Drehachse D zu entfernen, d.tu f-, wird größer ο

Im überkritischen Drehzahlbereich dreht sich die Spule 4, wie in Fig. 3 ebenfalls übertrieben dargestellt ist, derart, daß der Schwerpunkt S wieder gegen die Drehachse D zustrebt, so daß der Radius r_2> mit welchem der Schwerpunkt S um die

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Drehachse D kreist, gegen den Wert STuIl strebt. Der durch die Auslenkung der geometrischen Achse G gegenüber der Drehachse D sich ergebende Abstand f₂ wird dadurch gegenüber dem Abstand e negativ. Es gilt:

r₂ = e - f2 r₂ ^ O

Trotz der Zentrierung des Schwerpunktes S im überkritischen Drehzahlbereich bleibt ohne weitere Maßnahme die Auslenkung der geometrischen Achse G- gegenüber der Drehachse D bestehen.

Bei Anwendung einer Reibwalze 5 (in Fig. 3 und 6 mit strichpunktierter Linie und in Fig. 4, 5, 7 und 8 mit ausgezogener Linie andeutungsweise dargestellt) zum Antrieb der Spule 4 entsteht durch diese Auslenkung eine zwischen dem Spulendorn 1 und der starr angeordneten Reibwalze 5 stärker verdichtete Spulenseite A (Mg₀ 3» 4 und 5). Im extremen Falle wird durch die Verdichtung auf der Spulenseite A die ihr gegenüberliegende Seite B (Figo 3 und 4) von der Reibwalze 5 kaum oder nicht berührt, wie dies in Figur 4 übertrieben mit dem Abstand C dar··· gestellt wird. Der Abstand C entspricht dem Abstande zwischen Spulenoberfläche an der Stelle B und einem gedachten sich aus dem Abstande r-r. zwischen Reibwalze 5 und Drehachse D ergebenden Kreis K. Im weiteren wächst durch diese einseitige Verdichtung bei größer werdender Spule der Abstand- CT in Fig. 4 beispielsweise zu einem mit Fig. 5 dargestellten größeren Wert, womit die Unwucht der Spule immer größer wird.

Um derartigen einseitigen Verdichtungen der Spule 4 entgegenzuwirken bzw. entstehende Auslenkungen wieder auszugleichen, ist am Spulendorn 1 beispielsweise am freien Ende ,6

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ein Ausgleichelement 7 mit einer Bahn 8 vorgesehen, auf welcher eine aus mehreren beispielsweise drei einzelnen Kugeln 9 (in fig. 6 ist nur eine sichtbar) bestehende Masse frei bewegbar angeordnet ist.

Entsteht nun aus irgendwelchen Gründen eine Unwucht in der Spule und damit eine beschriebene Auslenkung des Spulendornes 1 bzw. der geometrischen Achse G-, so wandern die drei Kugeln 9 (Figo 7) der Zentrifugalkraft folgendin den.Bereich des größten Abstandes von der Drehachse D. Dadurch verschiebt sich die bisher annäherungsweise mit der Schwerachse M der Spule 4 zusammenfallende freie Achse f von dieser weg in eine neue sich zwischen der Achse M und dem gemeinsamen Massenschwerpunkt T' (Pig. 6 und 7) der drei Kugeln befindliche lage, so daß die Achse M bei genügend großer Masse der drei Kugeln auf die der freien Achse gegenüberliegende Seite der Drehachse D zu liegen kommt_o Durch diese Verschiebung der Achse M auf die, relativ zur Drehachse D gegenüberliegende Seite der ursprünglichen Lage, wird die geometrische Achse G und damit der Spulendorn 1 wieder näher an die Drehachse D gebracht, so daß der Abstand GD, wie in Hg. 7 dargestellt ist, kleiner als der Abstand GM wird (GD^GM) im Gegensatz zu dem in fig· 4 gezeigten Spulendorn ohne Ausgleichselement, bei welchem der Abstand GD größer als GM (GD>GM) wird.

Das Näherbringen der geometrischen Achse G an die Drehachse D oder anders ausgedrückt, das angestrebte Zentrieren des Spulendornes 1 bewirkt, daß die mehrverdichtete Spulenseite A von der Reibwalze 5 weggerückt (fig.6) und die weniger verdichtete Seite B (fig. 7) an die Reibwalze 5

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herangerückt wird. Dies geschieht so lange bis der Spulendorn 1 wieder zentriert, die Kugeln wieder gleichmäßig ver-r teilt sind und die Spule im wesentlichen wieder einen zylindrischen symetrischen Aufbau hat, wie dies in Pig. 8 gezeigt wird ο

Damit die Kugeln die Spulendorndrehzahl rasch erreichen und lediglich gedämpft schwingen, sind diese beispielsweise in einer flüssigkeitsgefüllten Kammer 10 eingeschlossen (Figo 12 und Fig. 13)ο

Anstelle von Z₀B. drei Kugeln 9 - mindestens zwei sind notwendig - können andere leicht bewegliche, feste Massen, Z₀B. drei Pendel 11, II¹ bzw» II¹' (Fig.13) mit einem Drehpunkt auf der geometrischen Achse G gewählt werden.

Bei der Wahl von zwei festen Massen stellt sich die Bedingung, daß beide Massen und die radialen Abstände der einzelnen Schwerpunkte zur Achse G gleich groß sein müssen, was praktisch zu große Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit stellt. Deshalb werden in der Regel mehr als zwei Massen gewählt, so daß sich'Unterschiede der einzelnen Massen und der genannten Abstände zur Achse G im zentrierten Lauf des Spulendornes durch - sich selbsttätig einstellende — unterschiedliche Abstände von Masse zu Masse wieder ausgleichen können.

Eine weitere Variante der Ausgestaltung des Ausgleichselementes 7 zeigt Fig. 14, in der eine Flüssigkeit 24 als Masse verwendet wird, welche eine konzentrisch zum Spulendorn 1 angeordnete Kammer 23 nur teilweise ausfüllt.

Figo 9» in welcher dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine weitere Ausgestaltung der

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Erfindung, bei der ein weiteres Ausgleichselement 12 zwischen dem der Spule 4 näheren Lager 2 und der Spule 4 auf dem Spulendorn 1 vorgesehen ist.

Diese Ausgestaltung ist besonders dann sinnvoll nach !Fig. 10 die Lager 2 bzw. 3 gegenüber einem Maschinenrahmen 13 mittels Federelementen 14 bzw« 14' elastisch gelagert sind. Eine weitere Variante zeigt Figo 11, in welcher ein die Spule 4 tragender Spulendorn 15 beidseitig mittels je eines Lagers 16 bzw ο 17 abgestützt ist. Die Lager 16 und 17 sind je mittels eines Federelementes 18 bzw. 19 gegenüber einem Maschinenrahmen 20 elastisch abgestützte Beidseitig der Spule ist je ein Ausgleichselement 21 bzw. 22 mit dem Spulendorn 15 verbunden zwecks Erfüllung der für die freigelagerte Welle beschriebenen Funktionen.

Die Vorrichtung ist nicht auf die Herstellung zylindrischer Spulen eingeschränkt; konische oder anders aufgebaute Spulen können ebenfalls hergestellt werden.

Die Vorteile dieser Erfindung sind:

a) Verhinderung von Unwuchten bei Spulenaufbau.

b) Bewirken eines rotations-symmetrischen Spulenaufbaus.

c) Kompensation bestehender Restunwuchten von Hülsen und rotierenden Maschinenteilen.

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Claims

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PATEUTAHSPRÜCHE

ί1H Vorrichtung zum Aufbau einer rotationssymmetrisch vergleichmäßigten Spule, mit einem Spulendorn zur Aufnahme der Spule und einer Eeibwalze zum Antreiben der Spule, dadurch gekennzeichnet , daß der Spulendorn mit überkritischer Drehzahl drehbar ist und daß auf dem Spulendorn ein Ausgleichselement mit einer auf einer zur Spulendornachse konzentrischen, kreisförmigen Bahn frei bewegbaren Masse vorgesehen ist, welche in zentrierter lage des rotierenden Spulendornes gleichförmig und selbsttätig auf der Bahn verteilbar isto
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse aus mindestens zwei gleichen Kugeln gleichen Durchmessers gebildet wird.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus mindestens drei Kugeln gebildet wird.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse zwei um die Spulendornachse kreisende gleiche Pendel mit gleichem radialen Abstand vom Massenschwerpunkt zur Spulendornachse umfaßte
5) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse mindestens drei um die Spulendornachse kreisende Pendel umfaßt.

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6) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement eine teilweise mit einer als Massenausgleich dienenden Flüssigkeit gefüllte und konzentrisch zum Spulendorn angeordnete starre zylindrische Kammer ist_o
7) Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zur Bewegungsdämpfung der festen Massen eine Flüssigkeit im Ausgleichskörper eingeschlossen wird.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e ic h η e t , daß das Ausgleichselement in einer Normalebene zur Spulendornachse angeordnet ist.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ausgleichselemente in je einer getrennten Ebene angeordnet sind.
10) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß der Spulendorn einseitig fliegend gelagert ist.
11) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spulendorn einseitig fliegend elastisch gelagert ist.
12) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spulendorn beidseitig der Spule gelagert ist.

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13) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spulendorn beidseitig der Spule elastisch gelagert ist.
H) Verfahren zum Aufbau einer rotationssymmetrisch vergleichmäßigten, von einer Reibwalze angetriebenen, auf einem Spulendorn sitzenden Spule, insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in eine für den Spulendorn überkritische Drehzahl um eine gegebene Drehachse in Rotation gebracht wird und daß eine bei entstehender Auslenkung der Spulendornachse durch einen entstehenden einseitigen Aufbau der Spule und einer daraus entstehenden Unwucht und/oder durch eine bestehende Unwucht und einen daraus entstehenden einseitigen Aufbau der Spule erzeugte, frei und konzentrisch zur Spulendornachse kreisende Masse so lange in dem durch die Auslenkung gegebenen größten Abstande zur genannten Drehachse verweilt, bis eine durch den einseitigen Aufbau der Spule entstandene weniger verdichtete Spulenseite infolge des durch die Masse entstehenden Ausgleiches durch die an dieser Stelle in der Folge entstehende Anpresskraft zwischen Spulendorn und Reibwalze wieder ausgeglichen verdichtet ist und die Spulendornachse dadurch ihre ursprüngliche Lage wieder erreicht hat.
15) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die kreisende Bewegung der Masse relativ zum Spulendorn gedämpft wird.

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Le e rs e i te