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Maschine zur Herstellung von zylindrischen Schraubenfedern
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Herstellung
von zylindrischen Schraubenfedern durch spiralige Aufwickeln von langgestrecktem
draht- oder bandförmigem Federmaterial auf einen Wickeldorn.
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Derartige Schraubenfedern finden vielfache Verwendung. In neuerer
Zeit werden sie insbesondere auch als Ölzwickelrohre für ölgekühlte Hochspannungskabel
verwendet.
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Die Herstellung solcher zylindrischer Schraubenfedern erfolgt mittels
Maschinen, in denen band- oder drahtförmiges Federmateria: auf einen Dorn aufgewickelt
und dann vom Dorn abgezogen
wird bzw. abläuft. Die mit den bekannten
Maschinen hergestellten Schraubenfedern verlassen die Maschinen um die Wickeldornachse
rotierend. Das hat zur Folge, daß nur in der Länge begrenzte Schraubenfedern hergestellt
werden können, da die rotierend die Maschine verlassenden Federn nicht aufwickelbar
sind. Die Federn werden hinter der Maschine in einem Rohr geführt und abgeschnitten,
bevor die bei der Rotation entstehende Reibung zu groß wird.
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Auf diese Weise lassen sich Schraubenfedern nicht kontinuierlich herstellen.
Werden längere Schraubenfedern benötigt, müssen sie aus Einzelstücken zusammengeschweißt
werden. Das Rohmaterial für die Federn wird von einer außerhalb der Maschine angebrachten
Spule in die Maschine hineingezogen. Auch das steht einer kontinuierlichen Fertigung
der Schraubenfedern im Wege.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine
anzugeben, mit der zylindrische Schraubenfedern kontinuierlich gefertigt und auf
Spulen aufgewickelt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Maschine der eingangs
beschriebenen Art, erfindungsgemäß durch einen um die Wickeldornachse drehbaren
Wickelkopf mit um ihre Achsenangetriebenen, um die Wickeldornachse kreisenden und
am Umfang des Wickeldorns ablaufenden Wickelrädern zum Zuführen und spiraligen Aufwickeln
des Wickelguts auf den Wickeldorn, eine Einrichtung zum
Antreiben
der Wickelräder um ihre Achse und um die Wickeldornachse mit Drehzahlen, die in
einem entsprechend den Abmessungen der herzustellenden Schraubenfedern vorgegebenen
Verhältnis zueinander stehen und eine um die Wickeldornachse rotierbare, angetriebene
Wickelgutspule.
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Als Einrichtungen zum Antreiben der Wickelräder um ihre eigenen Achsen
und um die Wickeldornachse mit in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehenden
Drahzahlen sind zwei hintereinander geschaltete Planetengetriebe vorgesehen. Der
Wickel kopf ist selbst als Planetengetriebe ausgebildet. Sein Sonnenrad und die
Planetenräder treiben die Wickelräder um ihre eigenen Achsen an. Der Steg des Wickelkopfgetriebes
wird vom Wickelkopfrahmen gebildet, der die Wickelräder um die Wickeldornachse führt.
Dem Wickelkopf ist ein rückkehrendes Planetengetriebe vorgeschaltet, dessen Sonnenräder
und Planetenräder das Sonnenrad des Wickelkopfs und dessen Steg den Wickelkopfrahmen
antreiben. Steg und erstes Sonnenrad des rückkehrenden Planetengetriebes sind über
getrennte Getriebestufen von einem gemeinsamen Antrieb antreibbar. Die Drehbewegung
des Wickelkopfrahmens und der Wickelräder um die Wickeldornachse ist gesondert abschaltbar.
Beim Abschalten dieser Drehbewegung bleibt die Drehgeschwindigkeit der Wickelräder
um ihre eigenen Achsen konstant. Die Drehbewegung des Wickelkopfrahmens und der
Wickelräder um die Wickeldornachse ist mittels einer in den gemeinsamen Antrieb
eingreifenden Kupplung zu- und abschaltbar.
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Dem rückkehrenden Planetengetriebe ist ein stufenlos regelbares Getriebe
vorgeschaltet. Der Abstand zwischen den Wickelrädern und dem Wickeldorn ist stufenlos
veränderbar. Zweckmäßigerweise sind die Wickelräder an Armen, die um die Achsender
Wickelkopf-Planetenräder schwenkbar sind,qelagert, so daß sie mit diesen radial
zur Wickeldornachse schwenkbar sind. Die Führung der schwenkbaren Arme erfolgt über
eine verstellbare Kurvenscheibe oder mittels Schneckengetrieben.
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Die erfindungsgemäße Maschine bietet den Vorteil, daß die zylindrischen
Schraubenfedern nicht mehr um die Wickeldornachse rotierend die Maschine verlassen.
Sie können daher mit dieser Maschine in beliebigen Längen hergestellt und aufgewickelt
werden.
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Da der Wickelkopf selbst ein Planetengetriebe bildet, in das zwei
Drehbewegungen, die in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, eingeleitet
werden, bietet die Maschine die Möglichkeit, den Wickelkopf zum Einrichten anzuhalten,
wobei die Wickelräder sich mit derselben Drehzahl im selben Drehsinn um ihre Achsen
weiterbewegen. Das Zuschalten der Wickelkopf-Dreh bewegung verändert nicht die Drehgeschwindigkeit
der Wickelräder um ihre Achsen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß Schraubenfedern verschiedener Außendurchmesser und verschiedener Steigung hergestellt
werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße
Maschine
in schematischer Darstellung. Figur 2 enthält eine Darstellung der Ansicht II. Figur
3 stellt eine weitere Ausführungsform der verstellbaren Anordnung der schwenkbaren
Lagerung der Wickelräder dar.
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Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Maschine im Schnitt. Das band- oder drahtförmige Federmaterial 2 wird von der Wickelgutspule
6 abgezogen, die um die Wickeldornachse 3a rotierbar angeordnet und angetrieben
ist.
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Das Wickelgut läuft über die Laufrollen 18 zu den Wickelrädern 5,
mit denen es um den Wickeldorn 3 zur Schraubenfeder 1 geformt wird. Gemäß der Erfindung
befinden sich die Wickelräder 5 in einem um die Wickeldornachse rotierbaren Wickelkopf
4. Dieser Wickelkopf 4 ist als Planetengetriebe ausgebildet, bei dem das Zahnrad
7, das Sonnenrad und die Räder 8 die Planetenräder sind.
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Der Steg des Wickelkopf-Planetengetriebes wird vom Wickelkopfrahmen
9 gebildet, der die Planetenräder 8 und die von den Planetenrädern angetriebenen
Wickel räder 5 trägt und um die Wickeldornachse 3a führt. Die Wickelräder 5 sind
an schwenkbaren Armen 17 gelagert, so daß sie radial zur Wickeldornachse schwenkbar
sind. Der Abstand zwischen dem Wickeldorn und den Wickelrädern kann damit stufenlos
eingestellt werden.
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Dem Wickelkopfplanetengetriebe ist ein rückkehrendes Getriebe 10 vorgeschaltet.
Die Sonnenräder des Getriebes 10 treiben das
Sonnenrad des Wickelkopfs
und der Steg des Getriebes 10 den Wickir kopfrahmen an.
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Der Steg des Getriebes 10 und seine Sonnen- und Planetenräder werden
von einem gemeinsamen Antrieb 15 in Rotation versetzt.
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Mittels der Kupplung 14 kann die Drehung des Steges des Getriebes
10 und damit des Wickelkopfrahmens stillgesetzt werden. Sonnen-und Planetenräder
des Getriebes 10 und des Wickelkopfs laufen in diesem Fall jedoch weiter. Ihre Rotationsgeschwindigkeit
läßt sich mit dem mechanischem Regelgetriebe (PIV) 16 stufenlos einstellen. Auf
diese Weise kann mit dem Regelgetriebe 16 das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeiten,
der Wickelräder um ihre eigenen Achsen und um die Wickeldornachse verändert werden,
wenn Umfang und Steigung der herzustellenden Schraubenfedern das erfordern.
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Die Lagerung der Wickelräder 5 an schwenkbaren Armen 17 lassen die
Figuren 2 und 3 erkennen. In Figur 2 ist der Abstand der Wickelräder vom Wickeldorn
mittels einer Kurvenscheibe l9regelbar, an deren Lauffläche die schwenkbaren Enden
der Schwenkarme 17 entlang gleiten. Die Kurvenscheibe kann mittels eines geeigneten
Antriebes 20 gedreht werden. Als Antrieb 20 eignet sich beispielsweise ein Schneckengetriebe.
Nach Figur 3 ist die Kurvenscheibe ersetzt durch ein ortsfest angebrachtes Schneckengetriebe
21, das unmittelbar auf die Lage der Schwenkarme 17 einwirkt.
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Die Punktion der erfindungsgemänen Maschine soll nun anhand eines
Beispiels erläutert werden.
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Der Außendurchmesser der herzustellenden Schraubenfeder soll z.B.
15 mm betragen, ihre Steigung 7 mm. Das Wickelgut (Federband sei 6 mm breit und
der Wickelraddurchmesser betrage 60 mm.
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Als Drehzahl des Motors 15 sei beispielsweise n 15a = 2000 U/min links
angenommen und die Wickelkopf-Drehbewegung sei zum Einrichten der Maschine zunächst
abgeschaltet. Die entsprechende Schaltstellung der Kupplung 14 zeigt die Figur 1.
Bei Übersetzungsverhältnissen i1= 1 : 2, i2- 1 : 2, i4= 1 : 1 und i5= 1 : 2 wird
das erste Sonnenrad 11 des Planetengetriebes 10 mit n1la = 250 U/min, ebenfalls
rechts angetrieben. Auf das Sonnenrad 7 des Wickelkopfs werden dann über die Übersetzungen
i7 und i9 125 U/min links abgegeben. Die Planetenräder 8 der Achsen 8a treiben dann
die'Wickelräder auf den Achsen Sa über Zahnrienen, die über die Zahnräder 21 und
22 laufen, bei einer Übersetzung i10= fl : 1 mit nSa= 125 U/min im rechten Drehsinn
an. Der Wickelkopf rotiert dabei noch nicht. Die Schraubenfeder verläßt die Maschine
daher während des Einrichtens rotierend.
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Schaltet man nun mit der Kupplung auf der Achse 14a die Drehbewegung
des Wickelkopfs hinzu, so rotiert dieser über die Zahnriemenantriebe i1 = 1 : 2
und i3= 1 : 1, den Außenkörper 13 des Planetengetriebes 10 und die t;bersetzung
i8= 1 : 2 mit der Geschwindigkeit n3a= 500 U/min nach rechts. Die Drehgeschwindigkeit
n1ia=
250 U/min nach rechts, die bei Stillstand des Wickelkopfs in das Planetengetriebe
10 auf der Achse 11a schon eingeleitet wird, wird dort so verändert, daß das Planetengetriebe
statt 125 U/min nach rechts ytzt 375 U/min nach links an das Sonnenrad 7 des Wickelkopfplanetengetriebes
abgibt. Mit diesen 375 U/min im linken Drehsinn wird das Sonnenrad 7 des Wickelkopfs
über die Übersetzung ig= 1 : 1 im rechten Drehsinn angetrieben, wobei dann die Planetenräder
8 die bei "3a= 500 U/min nach rechts des Wickelkopfs ebenfalls 500 U/min um ihre
eigenen Achsen nach rechts machen, um 375 U/min zurückdreht. Damit ergibt sich für
die Wickelräder eine Drehgeschwindigkeit von n5a= 125 U/min nachrechts, die ersichtlich
mit ihrer Drehgeschwindigkeit bei Stillstand des Wickelkopfs übereinstimmt. Die
hergestellten Schraubenfedern rotieren nun beim.Verlassen der Maschine nicht mehr
und können kontinuierlich aufgewickelt werden.
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Zur Herstellung von Schraubenfedern mit einem anderen Außendurchmesser
und anderer Windungszahl muß sich auch das Drehzahlverhältnis zwischen der Wickelkopfdrehung
um die Wickeldornachse 3a und der Drehung der Wickelräder um die Achsen 5a ändern.
Zu diesem Zweck ist das mechanische Regelgetriebe 16 vorgesehen, das die Drehzahl
n 5a der Wickelräder bei konstanter Wickelkopfdrehzahl n3a verändert. Nach dem Einrichten
der Maschine und dem Zuschalten des Wickelkopfs wird das Getriebe 16 so eingestellt,
daß die fertig gewickelte Feder die Maschine nicht rotierend verläßt.
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Die Wickelkopfdrehzahl ist direkt vom Hauptantrieb abhängig und ändert
sich nur unter Beibehaltung des festen Drehzahlverhältnisses zur Drehzahl der Wickelräder.
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Anlaqen 9 Seiten Beschreibung 11 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnung
mit drei Figuren