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"Spannfutter in Spinnmaschinen"
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Bag. 1224 A Zusatzanmeldung zu Bag. 1087 = P 27 59 427.0
Durch
die Hauptanmeldung P 27 59 427.0 ist ein Spannfutter bekannt, das aus einem Spanndorn
und aus einem dazu konzentrischen Mantel besteht, der Durchtrittsöffnungen zum radialen
Durchtritt von Klemmelementen aufweist. Die Klemmelemente sind in den Ringraum zwischen
Spanndorn und Mantel eingelegt und stützen sich auf dem Spanndorn ab. Sie haben
lediglich eine geringe Erstreckung in Umfangsrichtung.
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Die Klemmelemente erhalten eine synchrone Axialbewegung durch eine
axial bewegliche Ringwand, welche den Querschnitt zwischen Spanndorn und Mantel
ausfüllt. Diese Ringwand wird durch Kraftgeber axial bewegt und leitet hierbei die
zum Spannen bzw. Entspannen erforderliche Radialbewegung synchron in alle Klemmelemente
ein.
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Das in Anspruch 1 angegebene Spannfutter zeichnet sich durch die besondere
Ausbildung der Klemmelemente aus. Durch diese Ausbildung wird die Aufbringung hoher
Spannkräfte bei nur mäßigen Axialkrä£ten gewährleistet, wobei alle Vorteile des
Spannfutters nach der Hauptanmeldung erhalten bleiben.
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Erfindungsgemäß bestehen die Klemmelemente aus Klemmzapfen, die in
den Durchtrittsöffnungen des Mantels geradgeführt und radial beweglich sind und
die sich mit ihrem anderen Ende auf einem in Achsrichtung beweglichen und mit einer
Keilfläche anstei(renden Szannkdrner abstützen. Dieser SpÜtinkBrper wiederum stützt
sich axial gleitend auf dem Spanndorn ab. Durch den Anstieq der Keilfläche kann
das Ubersetzungsverhältnis und damit auch das Kraftverhältnis zwischen Axialbewegung
und der radialen Spannbewegung der Klemmzapfen bestimmt werden.
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Nach der Erfindung kann der Spannkörper Bestandteil eines Rings sein,
der völlig geschlossen sein kann, vorzugsweise aber - auf seinen gesamten Umfang
gesehen - einmal oder mehrere Male durch Schlitze geöffnet bzw. unterbrochen ist.
Durch die zuletzt beschriebene Maßnahme wird Passungsrost weitgehend vermieden.
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Bei hohen Drehzahlen und der damit verbundenen Gefahr starker Schwingungen
werden die Spannkörper jedoch vorzugsweise als einzelne keilförmige Körper ausgebildet,
welche in ihrer Breite im wesentlichen den Klemmzapfen entsprechen und welche sich
auf dem Spanndorn abstützen. Hierdurch wird die bei der Lagerung eines Spannrings
erforderliche Spielpassung zwischen Spanndorn und Spannring vermieden. Diese Spielpassung
gibt insbesondere bei hohen Schwingungen Anlaß zu Passungsrost der zum vorzeitigen
Verschleiß des Spannfutters führt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Spannkörper
nach Anspruch 3 läßt sich im Betrieb ein Preßsitz zwischen den Spannkörpern und
dem Spanndorn einerseits und den Spannkorpern und dem zugehörigen Klemmzapfen andererseits
erreichen.
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Zur Minderung des Verschleißes wird dabei noch vorzugsweise auch die
auf den Spannkörpern gleitenden Enden der Klemmzapfen keilförmig ausgebildet, so
daß sich nur geringe Flächenpressungen ergeben. Zum axialen Antrieb der auf diese
Art und Weise ausgebildeten Spannkörper dienen zwei in Achsrichtung durch Kraftgeber
synchron bewegte Ringe, zwischen die die Spannkörper gelegt sind. In einem anderen
bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Spannkörper in jeweils einen Käfig gelegt,
welcher als radialer Durchbruch durch einen Ring gebildet ist. Dieser Ring ist in
den Zwischenraum zwischen Spanndorn und Mantel eingelegt und wird durch Kraftgeber
axial bewegt.
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Spulenhülsen sind häufig aus einem Werkstoff - z.B. Pappe -gefertigt,
der die Einhaltung enger Toleranzen nicht zuläßt, bzw. der die Fertigung der Spulenhülsen
bei Einhaltung enger Toleranzen unwirtschaftlich werden läßt. Bekanntlich sind
zum
sicheren Aufspannen jeder einzelnen Spulenhülse in axialer Richtung mehrere - mindestens
zwei - Klemmstellen mit jeweils mehreren auf dem Umfang verteilten Klemmelementen
erforderlich. Um große Toleranzen des Innendurchmessers der Spulenhülsen auf ihrer
Länge gesehen für ein sicheres Spannen der Leerhülsen ausgleichen zu können, müssen
die Klemmelemente axial benachbarter Klemmstellen unterschiedlich weit aus dem Mantel
des Spannfutters heraustreten können. Aus diesem Grunde wurde in Weiterbildung der
Erfindung jeder Klemmstelle eine eigene von einem Kraftgeber axial bewegbare und
die Spannkörper ihrerseits axial bewegende Ringwand zugeordnet und jede Ringwand
ist unabhängig von den übrigen Ringwänden der dem Spannfutter zugehörigen Klemmstellen
axial bewegbar.
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Durch diese Ausgestaltung können die Klemmelemente der einzelnen Klemmstellen
unterschiedlich weit aus dem Spannfuttermantel herausfahren und bei größeren Toleranzen
der Hülseninnendurchmesser die Hülsen sicher spannen.
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Spulenhülsen können auch aus einem Material hergestellt werden, daß
eine glatte und harte Oberfläche hat. Um auch in solchen Fällen ein sicheres Greifen
der Klemmzapfen zu gewährleisten, kann die Fläche der Spannenden, die gegen den
Innenmantel der Hülsen gepreßt werden, gerauht, geriffelt oder kordiert werden.
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Die Riffelung kann achsparallel oder im Winkel von 90 Grad zur Spannfutterlängsachse
in die greifende Fläche eingearbeitet sein. Besonders vorteilhaft ist es,für die
Riffelung einen Winkel von etwa 45 Grad zur Spannfutterlängsachse zu wählen, da
eine mit derartig geriffelten Klemmzapfen gespannte Spulenhülse selbst bei erheblichen
in Axial- oder Umfangsrichtung auf sie einwirkenden Kräften zuverlässig gehalten
wird.
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Hin und wieder kommt es vor, daß bei Spulvorrichtungen, deren Spannfutter.wellen
mit sehr hohen Drehzahlen umlaufen, beschädigte Spulenhülsen explosionsartig auseinanderplatzen.
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In weiterer AusgestalLung der Erfindung weisen die Klemmzapfen in
axialer Richtung sich erstreckende Schultern auf, damit sie im Falle eines derartigen
Zerplatzens einer Leerhülse nicht durch die Fliehkraft aus den Austrittsöffnungen
des Spannfuttermantels herausgeschleudert werden -können.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannfutters
anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt I-I gemäß Fig. 2 durch ein Spannfutter
in Entspannposition; Fig. 2 einen Querschnitt II-II gemäß Fig. 1 durch eine Klemmstelle
des Spannfutters in Spannposition, wobei der auskragende Tragarm weggelassen ist;
Fig. 3 die perspektivische Ansicht auf einen als Spannkörper ausgebildeten Ring.
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Gemaß dem Axialschnitt in Fig. 1 ist der über den Umfang der hier
nicht dargestellten Spule bzw. der Spulenhülse antreibbare Spanndorn 4 mittels Kugellager
3 auf dem am Maschinengestell 1 auskragenden Tragarm 2 drehbar gelagert. Der Mantel
5 umgibt den Spanndorn 4 konzentrisch mit einem Abstand. In dem vom Spanndorn 4
und dem Mantel 5 gebildeten ringförmigen Zwischenraum sind die Einrichtungen zum
Spannen der Spulenhülsen und die dazugehörigen Antriebseinrichtungen untergebracht.
Der Zwischenraum ist an seinem auskragendem Stirnende von einem Deckel 20 und an
der gegenüberliegenden Stirnseite von einem Bund des Spanndorns 4 axial begrenzt.
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An mehreren axial voneinander getrennten Klemmstellen weist der Mantel
5 gleichmäßig auf seinem Umfang verteilt mehrere Durchtrittsöffnungen 6 auf, durch
die hindurch die Klemmelemente
9 zum Spannen der Spulenhülse bzw.
Spulenhülsen greifen. Die aus Spannkörpern 10 und Klemmzapfen 11 bestehenden Klemmelemente
9 sind in Käfige 8 eingelegt. Die Käfige 8 werden von radialen Durchdringungen des
Ringes 7 gebildet, die in Umfangsrichtung lediglich eine geringe Erstreckung aufweisen
tFig. 2). Die den Käfig 8 bildende Durchdringung kann - in radialer Richtung auf
den Ring 7 gesehen - einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben. Der Querschnitt
der Durchtrittsöffnung 6 entspricht dem Querschnitt des Spannendes 21 des Klemmzapfens
11; das Spannende 21 ist derart in die Durchtrittsöffnung 6 eingepaßt, daß sich
der Klemmzapfen 11 einerseits leicht radial bewegen läßt, andererseits aber eine
sichere Geradführung erfährt.
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Die Stirnflächen der Spannenden, die am Innenumfang der Spulenhülsen
anliegen, um die Hülse zu spannen, sind durch eine Aufrauhung insbesondere Riffelung
griffig gemacht. Die Riffelung hat zur Längsachse des Spannfutters vorzugsweise
einen Winkel von 45 Grad.
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Wie in Fig. 1 zu erkennen, weisen der Spannkörper 10 und der Klemmzapfen
11 einander zugewandte Keilflächen 12 auf, die bei axialer Bewegung des Spannkörpers
10 derart aufeinander gleiten können, daß der Klemmzapfen 11 eine radiale Bewegung
nach außen bzw. nach innen - in Spannposition bzw. in Entspannposition - ausführen
kann.
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Die dem Spanndorn 4 zugewandte Gleitfläche des Spannkorpers 10 stützt
sich dabei dauernd auf dem Außenumfang des Spanndorns 4 ab.
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Die Klemmzapfen 11 weisen nicht näher bezeichnete Schultern auf, die
sich in axialer Richtung beidseitig des Zapfens soweit erstrecken,so daß sie sich
gegebenenfalls am Innenumfang des Spannfuttermantels 5 abstützen und die Klemmzapfen
11 dadurch nicht völlig aus der Durchtrittsöffnung 6 heraustreten bzw. bei hoher
Drehzahl herausgeschleudert werden können.
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In Fig.l ist die Entspannposition der Klemmelemente 9 dargestellt.
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Der Ring 7 weist in Umfsangsrichtung gleichmäßig verteilt zwischen
den Käfigen 8 axiale Bohrungen auf, in denen jeweils eine Feder 15 angeordnet ist,
die sich mit ihrem einen Ende an der Stirnseite der axialen Bohrung und mit ihrem
anderen Ende an dem Bund des Spannsdorns 4 bzw. am Deckel 20 abstützt. Die der Feder
15 abgewandte Stirnseite des Ringes 7 weist eine Dichtung 14 auf und ist somit als
Kolbenfläche ausgebildet, die in dem als Zylinderraum 13 ausgebildeten Zwischenraum
mit einem Druckmittel -vorzugsweise mit Druckluft - beaufschlagbar ist.
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Jeder der mit axialem Abstand auf dem Spannfutter angeordneten Klemmstelle
ist ein Ring 7 zugeordnet. Diese Ringe 7 sind nicht mechanisch miteinander verbunden.
Das bedeutet, daß jeder einzelne Ring 7 des gesamten Spannfutters unabhängig von
den übrigen Ringen 7 des Spannfutters so lange axial bewegbar ist, bis die zu der
betreffenden Klemmstelle gehörenden Klemmzapfen die Spulenhülse sicher gegriffen
haben. Hierdurch können relativ große Unterschiede des Innendurchmessers auf die
Länge der Spulenhülse gesehen in Hinblick auf das Spannen der Spulenhülse ausgeglichen
werden.
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Gemäß Fig. 1 sind die beiden dargestellten Ringkolben 7, 14 mittels
Druckluft gegen die Kraft der Federn 15 in die Entspannposition des Spannfutters
gedrängt, wodurch die Federn 15 gespannt sind. Die Druckluft ist durch die Luftkanäle
16, 16.1, den Ringspalt 22, die Radialbohrung 23, den Ringraum 24 und die axialen
Bohrungen 25 den Zylinderräumen 13 zugeführt.
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Eine Drossel 18 im Zuführkanal 16.2 hinter dem Luftkanal 16.3 sorgt
zu Beginn des Entspannungsvorgangs dafür, daß die Druckluft zunächst in einem Zylinderraum
26 wirksam wird, in welchem ein Ringkolben 17 derart beaufschlagt wird, daß er sich
gegen die Kraft einer Feder 29 axial bewegt und dadurch mit einem in seine ringförmige
Stirnfläche eingelegten Dichtungsring 28 gegen die Stirnfläche des Spanndorns 4
stößt und somit den Ringspalt 22 zur Maschinenseite hin gasdicht abschließt. Es
sei darauf hingewiesen, daß während der Entspannposition der Klemmeinrichtungen
keine Relativbewegung zwischen dem Spanndorn 22 und dem Maschinengestell 1 vorliegt.
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Die radialen Luftkanäle 16.1 sind vor und hinter den Lagerkörpern
3 angeordnet. Dadurch wird vermieden, daß der Schmierstoff der Lager 3 durch einseitiges
Durchströmen der Lagerkörper herausgeblasen wird.
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Zum Aufspannen einer Spulenhülse 27 (Fig. 2) werden die Zylinderräume
13 durch Ausströmen der Druckluft entspannt, so daß die Federn 15 den Ring 7 axial
verschieben. Die Spannkörper 10 gleiten axial unter dem Klemmzapfen 11 entlang,
die ihrerseits von den Durchtrittsöffnungen 6 in ihrer axialen Lage festgehalten
werden. Die dadurch bewirkte Relativbewegung zwischen den Keilflächen 12 der Spannkörper
10 und der Klemmzapfen 11 bewirkt die Radialbowegung der
Klemmzapfen
11 nach außen. Die Spannenden 21 der Klemmelemente 9 spannen hierdurch die in Fig.
2 dargestellte Spulenhülse 27. Gleichzeitig wird auch der Zylinderraum 26 entspannt
und die Feder 29 drückt den Kolben 17 in seine Ruheposition zurück.
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Zum Entspannen des Spannfutters erfolgt die Relativbewegung zwischen
den Spannkörpern 10 und den Klemmzapfen 11 in umgekehrter Richtung aufgrund der
Bewegung des Ringes 7 gegen die Federkraft 15 durch die Beaufschlagung des Kolbens
7, 14 mit Druckluft über das bereits weiter oben beschriebene Kanalsystem. Die Klemmzapfen
11 gleiten dabei entweder aufgrund ihres Eigengewichtes radial in den Zwischenraum
zwischen dem Spanndorn 4 und dem Mantel 5 oder aber sie werden von einer das Spannende
21 umgebenden, sich an den Schultern des Klemmzapens 11 einerseits und am Innenumfang
des Mantels 5 andererseits abstützenden, nicht dargestellten Druck- oder Tellerfeder
radial nach innen gedrängt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß das Spannfutter und entsprechend der
Tragarm 2 erheblich länger sein können und das Spannfutter wesentlich mehr Klemmstellen
in seiner axialen Erstreckung aufweisen kann als in der Zeichnung dargestellt ist.
Hierdurch kann entweder eine einzige Spule extrem großer Länge oder mehrere - beispielsweise
acht - Spulen normaler Länge auf einem Spanndorn aufgenommen werden. Für die Aufnahme
einer großen Anzahl von kurzen Spulen ist das erfindungsgemäße Spannfutter besonders
gut geeignet.
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Der Vorteil der Erfindung besteht zum einen darin, daß die Klemmzapfen
nicht mehr wie bisher an Le-isten oder ähnlichem angeordnet werden, sondern einzelne
Körper von geringer axialer und Umfangserstreckung sind. Hierdurch ergibt sich
die
Möglichkeit, bei nur geringem Durchmesser des Spannfutters eine Vielzahl von Spannelementen
über die Länge und über den Umfang des Spannfutters anzuordnen, ohne den tragenden
Querschnitt des Spannfutters nachteilig zu vermindern. Der besondere Vorteil des
erfinduncJsgemßfn Spannfutters besteht darin, daß eine im Betrieb spielfreie Lagerung
und Führung der aus Spannkörpern und Klemmzapfen bestehenden Klemmelemente zwischen
der Spule und dem Spanndorn ermöglicht wird. Hierbei sei bemerkt, daß derart verspannte
Teile nicht der Gefahr von Passungsrostbildung ausgesetzt sind. Darüberhinaus ergibt
sich die Möglichkeit, durch Anpassung der Keilflächen große radiale Klemmkräfte
bei nur relativ geringen axialen Schubkräften zu erzeugen.
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Der in Fig. 3 dargestellte Spannkörper besteht aus einem dünnwandigem
Ring 30, der auf dem Umfang gleichmäßig verteilt in Achsrichtung ansteigende Höcker
31 aufweist, auf denen die Klemmzapfen 11(strichpunktiert angedeutet) qleiten. Der
Ring 30 weist einen Schlitz 32 auf, der zum Spannen einer Spulenhülse eine gewisse
Federung des Ringes 30 bis zu seiner völligen Abstützung auf dem Spanndorn 4 zuläßt.
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Der Ring 30 kann auch - auf den gesamten Umfang gesehen - mehrere
Schlitze aufweisen. Es ist auch ein geschlitzter oder ungeschlitzter Ring denkbar,
der keine Höcker 31 aufweist, sondern auf seinem gesamten Umfang geschlossen konisch
ausgebildet ist.