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Präz isionskreuz spulmaschine
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Präzisionskreuzspulmaschine zum
Aufspulen von mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit sehr langsam angelieferten
Endlosfäden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Präzisionskreuzspulmaschine besteht aus einer von einem
drehzahlsteuerbaren Drehstommotor achsangetriebenen Spulspindel mit einem Spannfutter
zum Aufspannen einer Spulenhülse, welche mit einem Changierantrieb, insbesondere
einer Kehrgewindewelle mit Changierfadenführer, getrieblich in einem festen wählbaren
Drehzahlverhältnis steht.
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Die Antriebsmotoren der genannten Präzisionskreuzspulköpfe sind bevorzugt
durch Tänzerarme fadenzugkraftgesteuert.
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Sie haben sich zum Aufspulen vonFilamentfäden, Bändchen aus Folienmaterial
und ähnlichen linienförmigen Gebilden mit unbestimmter Länge bis zu Spulgeschwindigkeiten
von etwa 1.000 m/min bewährt, da sich durch die Steuerung der Fadenzugkraft bzw.
der Fadenspannung auf einen materialabhängigen Festwert Spulen gleichbleibender
Härte mit guten Ablaufeigenschaften für die Weiterverarbeitung bilden lassen.
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Aufgabe der vorliegenden erfindung ist es, eine Präzisionskreuzspulmaschine
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit der es gelingt,
Endlosfäden, insbesondere tote, d.h. praktisch völlig unelastische Endlosfäden,
die nach einem vorangegangenen Behandlungsverfahren mit extrem niedriger Geschwindigkeit
angeliefert werden,
mit einer für dieses Material erforderlichen
und im wesentlichen konstanten Fadenzugkraft zu einem kompakten Wickelkörper aufzuspulen.
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Derartige erschwerte Bedingungen sind beispielsweise insbesondere
beim Aufspulen von endlosen Kohlenstoff-Fäden gegeben, die nach dem Pitch- oder
PAN-Verfahren hergestellt und beispielsweise nach dem Graphitierungsprozeß (Chemie-Ing.-Techn.
1971, Seite 923 bis 931) mit äußerst niedrigen Geschwindigkeiten zwischen 0,05 und
30 m/min angeliefert werden und beim Aufspulen besonders schwierig zu handhaben
sind, da sie zwar äußerst hohe Zugkräfte aber nur sehr geringe Biegewechselbeanspruchungen
-wie beispielsweise beim Umlenken an einem Tänzerarm -aufnehmen können. Daher ist
es sehr schwierig, Kohlenstoff-Fasern, die annähernd keine elastische Dehnung aufweisen,
mit annähernd konstanter Fadenzugkraft zu Spulen für die spätere Weiterverarbeitung
aufzuspulen. Bei einem Verschlappen des Fadens besteht nämlich das Problem, daß
die abyelegten Fäden zu locker aufliegen und ganze Fadenlagen abrutschen können.
Andererseits besteht durch ein Verrutschen einzelner Fäden die Gefahr des Überwickelns
einzelner Windungen, was beim Abarbeiten der Spule zu Störungen und wegen zu scharfer
Umlenkungen zu Fadenbrüchen führt.
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Da die bisher verwendeten Drehstrommotoren für sehr niedrige Aufspulgeschwindigkeiten
nicht geeignet sind, besteht das spezielle technische Problem der Erfindung darin,
einen Antrieb für einen Präzisionskreuzspulkopf der eingangs genannten Art zu schaffen,
der für sehr niedrige Geschwindigkeitsbereiche geeignet ist und der in dem gewünschten
Nutzbereich zwischen einer maximalen Anfangsdrehzahl bei einer leerenSpulenhülse
und einer minimalen Enddrehzahl bei dem gewünschten Spulendurchmesser mit einer
im wesentlichen konstanten, einstellbaren Fadenzugkraft belastet werden kann.
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Schließlich ist es eine spezielle Aufgabe der Erfindung, die Biegewechselbeanspruchungen
der aufzuspulenden Fäden mit der Folge von Fadenbrüchen zu vermeiden.
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Die Lösung der genannten Aufgabe ergibt sich für eine Präzisionskreuzspulmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus dem Kennzeichenteil dieses Anspruchs. Dabei
ist der Antriebsmotor als Kurzschlußläufermotor mit erhöhtem Innenwiderstand und
insbesondere mehreren Polpaaren der Ständerwicklung ausgebildet, der in seinem Nutzbereich
zwischen der größten und kleinsten Drehzahl der Motorwelle mit einer solchen Drehmoment-Charakteristik
ausgelegt ist, daß bei Vorgabe einer bestimmten Frequenz das Drehmoment mit steigender
Drehzahl nach der im Anspruch angegebenen Funktion bzw. mit einer zugelassenen Abweichung
von nicht mehr als 20% hiervon abnimmt. Ein Antriebsmotor mit einem solchen Kennfeld
wird - um eine bestimmte, im wesentlichen konstante Fadenzugkraft bei wachsendem
Spulendurchmesser bzw. fallender Drehzahl zu gewährleisten - mit fallender Drehzahl
verstärkt in den Schlupf gezwungen (Schlupfläufer). Dies bedeutet, daß die bisherige
mechanische Änderung der Fadenzugkraft am Tänzerarm, die elektrisch in eine Änderung
des Läuferwiderstandes umgesetzt wurde (z.B. Verschiebeankermotor nach den US-PSen
2,915,254; 3,090,571), nunmehr durch eine definierte elektrische Auslegung des Motors
hinsichtlich seiner Drehmomentcharakteristik in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
erfolgt.
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Als weitere Maßnahme zur Erzielung einer extrem niedrigen Aufspulgeschwindigkeit
ist die Motorwelle nach Anspruch 2 durch ein Reibradgetriebe mit großem Untersetzungsverhältnis
mit der Spulspindel verbunden. Dies verbindet den Vorteil einer sicheren und praktisch
schlupffreien Drehmomentübertragung von der Motorwelle auf die Spulspindel bei geringem
baulichen Aufwand für die getriebliche Verbindung mit einem hohen mechanischen Wirkungsgrad.
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In Anspruch 3 ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung hinsichtlich
des Reibradgetriebes angegeben. Um eine möglichst kompakte Bauweise zu erhalten,
ist hier die Spulspindel an ihrem einen Ende als Topfscheibe ausgebildet, in welche
die Welle des Antriebsmotors hineinragt. Ein auf einer Schwinge drehbar gelagertes
Zwischenrad wird vorzugsweise unter Federkraft zwischen die Motorwelle und den randförmigen
Innenumfang der Topfscheibe reibschlüssig angepreßt, so daß das erforderliche Drehmoment
schlupflos auf die Spulspindel übertragen wird.
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Der Antrieb des Präzisionskreuzspulkopfes ist insbesondere so ausgelegt,
daß Spulgeschwindigkeiten von 0 bis 30 m/min und insbesondere zwischen 0,05 und
20 m/min stufenlos einstellbar sind. Dies erfolgt nach Anspruch 5 vorzugsweise dadurch,
daß die Speisespannung des Kurz schlußläufermotors an einem Stelltransformator in
Abhängigkeit von der gewünschten Fadenzugkraft eingestellt werden kann. Dabei ergibt
sich mit höherer Speisespannung des Motors ein höheres Drehmoment bzw. eine höhere
Fadenzugkraft. Gemäß einer Weiterbildung dieser Steuerung wird eine Feineinstellung
der Fadenzugkraft am einzelnen Präzisionskreuzspulkopf dadurch erreicht, daß nach
Anspruch 6 zusätzlich zur Einstellung der Speisespannung auf der Sekundärseite des
Stelltransformators eine der drei Phasen der das Drehfeld induzierenden Spannungen
mittels eines in die Stromzuführung eingeschalteten Widerstandes,vorzugsweise durch
ein einstellbares Potentiometer, geschwächt wird.
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Beim Aufspulen von spröden Endlosfäden wie insbesondere Kohlenstoff-Fäden
ergibt sich als weiteres Problem, daß durch Berührung und Abrieb an den Fadenleitorganen
Staub entsteht und in die Maschine eindringt und sich insbesondere an bewegten Teilen
absetzt. Auch wenn Graphit gewisse
Schmier- und Notlaufeigenschaften
aufweist, so ist im Dauerbetrieb die ständige Einwirkung von Kohlenstoff-Faserstaub
auf die im ölbad umlaufende Kehrgewindewalze, auf die geschmierte Schlittenführung,
Gelenke und dergleichen unerwünscht und schädlich. Gemäß Anspruch 7 wird daher vorgeschlagen,
bei einer Präzisionskreuzspulmaschine die Changierfadenführer in ihren Geradführungen
gegenüber den Changiergehäusen abzudichten. Eine derartige Abdichtung erhöht die
Lebensdauer der Spulköpfe wesentlich und verringert die Intervalle für die Maschinenwartung,
indem das Schmieröl im Changiergehäuse weniger oft gewechselt werden muß und das
Schiffchen des Changierfadenführers durch geringere Verschmutzung der Kehrgewindewelle-infolge
von Fremdkörperablagerungen in den Kehrgewindenuten-weniger verschleißt und ersetzt
werden muß.
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In Anspruch 8 wird eine mit dem Changiergehäuse verfahrbare Faltdichtung
am Spulkopfgehäuse vorgeschlagen, um das Getriebe zwischen Spulspindel und Changierantrieb
sowie die Führungen für die Bewegung des Changiergehäuses gegen eindringenden Staub
oder Fremdkörper zu schützen und hermetisch abzudichten.
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Die Ansprüche 9 bis 11 beziehen sich auf eine Präzisionskreuzspulmaschine,
die aus einer Mehrzahl von Präzislonskreuzspulköpfen mit Merkmalen der vorangehenden
Ansprüche zusammengebaut ist. Eine derartige Maschine zeichnet sich dadurch aus,
daß sie aus seulenartigen Ilontageeinllleiten besteht, in welche die Präzisionskreuzspulköpfe
in mehreren Etagen eingebaut und verkabelt sind, wobei bevorzugt mehrere solcher
Montageeinheiten zu einer vorzugsweise zweiseitigen Präzisionskreuzspulmaschine
zusammengesetzt werden. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Maschine ist die Art
der Fadenführung oberhalb der Präzisionskreuzspulköpfe und die Verteilung der Fadenschar
auf die einzelnen Spulstellen.
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Die Fäden werden jeweils mit einem Umschlingungswinkel von weniger
als 600 über an den Säulen befestigte Umlenkrollen mit einem solchen Biegeradius
geführt, daß keine scharfen Umlenkungen auftreten. Ein zusätzliches Merkmal der
Präzisionskreuzspulmaschine besteht nach Anspruch 11 darin, daß ein einziger Stelltransformator
für die Spannungseinstellung an den Antriebsmotoren sämtlicher Präzisionskreuzspulköpfe
vorgesehen ist und daß an jedem Einzelmotor zusätzlich ein Potentiometer zur Feinabstimmung
der Fadenzugkraft - durch Schwächung der Spannung einer einzelnen Phase - angebracht
ist.
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Es sind im Stand der Technik Präzisionskreuzspulmaschinen bekannt,
bei denen der Changierantrieb bei wachsendem Spulendurchmesser um eine zur ortsfest
gelagerten Spulspindel parallele Schwenkachse auf einem Kreisbogen weggeschwenkt
wird. Andererseits sind auch Präzisionskreuzspulmaschinen bekannt geworden, bei
denen der Changierantrieb senkrecht zur Spulspindel geradlinig auf einer Führung
parallel zu sich selbst verschiebbar gelagert ist (DE-OS 29 37 600, DE-OS 29 47
261). Die zuletzt genannten Präzisionskreuzspulmaschinen gelten nach Anspruch 12
als bevorzugt, da sie eine geringere vertikale Teilung benötigen und sich bei ihnen
außerdem der Fadenzulaufwinkel am Changierfadenführer und damit die Spulverhältnisse
während der gesamten Spulreise nur unwesentlich verändern. Um bei einem derartigen
Präzisionskreuzspulkopf ein festes, jedoch an die Spulverhältnisse angepaßtes Drehzahlverhältnis
zwischen der Spulspindel und der Antriebswelle der Changiereinrichtung einstellen
zu können, wird die Ausführung der getrieblichen Verbindung nach der Merkmalskombination
von Anspruch 13 bevorzugt, die sich im Hinblick auf das Aufspulen von Kohlenstoff-
Faden und die Dämpfung der Bewegung des Changiergehäuseschlittens besonders bewährt
hat.
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Die erfindungsgemäße Präzisionskreuzspulmaschine hat wegen der stufenlos
einstellbaren niedrigen Aufspulgeschwindigkeiten bei im wesentlichen konstanten,einstellbaren
Fadenzugkräften ihr spezielles Anwendungsgebiet beim Aufspulen von Kohlenstoff-Fäden
gemäß Anspruch 14. Ebenso lassen sich aber auch andere Endlosfäden, die nach einem
Behandlungsverfahren mit extrem niedriger Geschwindigkeit anfallen, mit den erfindungsgemäßen
Präzisionskreuzspulköpfen aufwinden.
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Als Beispiel hierfür seien Prozesse erwähnt, bei denen Fäden beispielsweise
umsponnen, latexiert oder andersweitig behandelt werden und in der vorhergegangenen
Behandlungsstufe relativ lange Verweilzeiten verlangen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der lediglich ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 die schematische Anordnung eines Spulkopfes
einer Präzisionskreuzspulmaschine nach der Erfindung; Fig. 2 die Anordnung des Spulkopfes
nach Fig. 1 von der Antriebsseite her; Fig. 3 den Querschnitt des Changiergehäuses
eines Spulkopfes nach Fig. 1; Fig. 4 das Kennfeld eines Kurzschlußläufermotors Md
= f (not) gemäß der Erfindung für eine festeingestellte Netzfrequenz; Fig. 5 das
Schaltbild für die Einstellung der Fadenzugkraft des Antriebsmotors bei einer bestimmten
Fadenliefergeschwindigkeit; Fig. 6 den Querschnitt einer Präzisionskreuzspulmaschine
mit in Etagen angeordneten präzisionskreuzspulköpfen; Fig. 7 die Seitenansicht der
Präzisionskreuzspulmaschine nach Fig. 6.
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Die schematische Darstellung eines Präzisionskreuzspulkopfes nach
Fig. 1 zeigt als wesentliche Elemente die Spulspindel 1, auf der am aus der Gehäusewand
2 der Präzisionskreuzspulmaschine auskragenden Ende ein Hülsenspannfutter sitzt,
welches die Spulhülse 3 und die darauf gebildete Präzisionskreuzspule 4 trägt. Das
andere Ende der Spulspindel 1 ist drehfest mit einer Topfscheibe 5 verbunden, über
welche das erforderliche Drehmoment eingeleitet wird. In die Topfscheibe 5 ragt
die Antriebswelle 6 des Antriebsmotors 7 hinein und treibt das Reibrad 8 an, das
auf einer Schwinge 9 (Fig. 2) frei drehbar gelagert ist. Die Schwinge 9 ist in einem
Langloch 10 radial verschiebbar und wird durch einen Kraftgeber 11 ausgelenkt. Dadurch
wird das Reibrad 8 zwischen die Antriebswelle 6 des Motors 7 und den Innenrand 12
der Topfscheibe 5 gepreßt, so daß es das Drehmoment (Md) des Motors 7 reibschlüssig
und praktisch schlupffrei überträgt, wobei die Motordrehzahl nmot über die Topfscheibe
5 mit einem großen Untersetzungsverhältnis auf die Spulspindel 1 übertragen wird.
Der Antrieb der Kehrgewindewelle 13 im Changiergehäuse 14 steht in einem festen,
über die gesamte Spulreise unveränderten Drehzahlverhältnis zur Spulspindel 1. Er
erfolgt von einem auf der Spulspindel 1 drehfesten Getrieberad 15 mittels eines
ersten Zahnriemens 16 auf eine frei drehbar gelagerte Zwischenwelle 17 mit den beiden
drehfest verbundenen Getrieberädern 18 und 19. Die Zwischenwelle 17 ist bei der
vorliegenden Ausführung an einem Träger 20 gelagert und auf einem Kreisbogen um
die Spulspindel 1 zwangsgeführt. Die zweite Anlenkung der Zwischenwelle 17 erfolgt
durch einen zweiten Träger 21, an dessen einem Ende das Getrieberad 19 auf der Zwischenwelle
17 und an dessen anderem Ende ein weiteres Getrieberad 22, das drehfest mit der
Antriebswelle 23 der Kehrgewindewelle 13 verbunden ist, drehbar gelagert ist. Die
Kraftübertragung zwischen den beiden Getrieberädern 19 und 22 erfolgt über einen
zweiten Zahnriemen 24.
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Aufgrund der beschriebenen getrieblichen Verbindung kann das Changiergehäuse
14 beim Anwachsen der Spule senkrecht zur Spulspindel 1 und geradlinig auf einer
nicht näher dargegestellten Führung ausweichen. Die Bewegung der Changiereinrichtung
ist schematisch durch den Pfeil 25 angedeutet.
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Entsprechend der Bewegung der Antriebswelle 23 der Kehrgewindewelle
13 hat die Gehäusewand 2 einen entsprechenden Ausschnitt 26. Dieser ist durch eine
Faltenbalgdichtung 27, die mit der Antriebswelle 23 hin- und herbewegt wird, abgedeckt.
Dadurch wird verhindert, daß Staub, Schmutz oder irgendwelche Fremdkörper in den
Raum hinter die Gehäusewand 2 gelangen. Dies ist besonders wichtig beim Aufspulen
von Kohlenstoff-FädenE weil diese sehr spröde sind und an den Fadenführungsorganen
zu Staubentwicklung durch Abrieb neigen, der sich bevorzugt an den geschmierten,
drehenden Teilen absetzt.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Changiergehäuses 14.
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Dargestellt ist die Kehrgewindewelle 13 und das von der Kehrgewindenut
28 angetriebene Schiffchen 29 des Changierfadenführers 30, der in einer Geradführung
31 hin- und herbewegt wird. Außerdem ist am Changiergehäuse 14 noch eine Weichwickelwelle
32 drehbar gelagert, die an den Umfang der Spule 4 angedrückt ist und dafür sorgt,
daß der zulaufende Faden gleichmäßig auf den Umfang der von der achsangetriebenen
Spulspindel 1 gebildeten Präzisionskreuzspule 4 und insbesondere zwischen den Hubumkehrbereichen
abgelegt wird. Dazu wird die Schlepplänge des Fadens zwischen dem Fadenführungsorgan
33 des Changierfadenführers 30 und dem Ablagepunkt des Fadens am Spulenumfang durch
die Anordnung der Weichwickelwelle 32 über die Spulreise konstant gehalten und ein
gleichmäßiger Spulenaufbau erzielt.
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Hervorzuheben ist insbesondere die Abdichtung des an der Geradführung
31 gebildeten Spaltes gegenüber dem Changierfadenführer 30 durch zwei flexible Dichtlippen
34, die diesen Spalt verschließen und an dem vorbeifahrenden Changierfadenführer
30 dichtend anliegen, so daß kein Staub oder Faserflug oder dergleichen in das Changiergehäuse
14 eindringen und zu Störungen führen kann.
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Fig. 4 zeigt das Kennfeld mit der Drehmomentcharakteristik des erfindungsgemäßen
Antriebsmotors 7, wobei das Drehmoment Md über der Drehzahl n des vorgesehenen Nutzbereiches
während der Spulreise dargestellt ist. Diese Drehzahlen der Motorwelle 6 betragen
im Höchstfall nmax - beim Anlegen des Fadens an eine auf dem Spannfutter frisch
aufgespannte Leerhülse 3 mit dem Durchmesser hülse - und als niedrigste Drehzahl
nmin - bei Fertigstellung einer Präzisionskreuzspule 4 mit dem gewünschten Spulendurchmesser
dSpule Die zugehörigen Drehmomente Md liegen gleichzeitig auf der Kurve C . P .
v Md = c'P.v n die bei vorausgesetzter, konstanter Fadenzugkraft P und Fadenliefergeschwindigkeit
v und einer Konstanten c eine im wesentlichen hyperbolische Funktion - in Abhängigkeit
von der MotordrehzS l - ist. Das Kennfeld des Motors 7 ist nun dadurch gegeben,
daß das Drehmoment Md mit steigender Drehzahl nmot nach der durch die von der hyperbolischen
Kurve gegebenen Momente Md bei den ausgewählten Drehzahlen nmax und nmin festgelegten
Geraden abnimmt. Bei sämtlichen Betriebsdrehzahlen nmot zwischen den ausgewählten
Drehzahlen nmax und nmin liegt eine Abweichung der zulässigen Momente d von nicht
mehr als 20% nach oben und nach unten vor. Das durch die vier Punkte A, B, C und
D definierte Kennfeld des Motors 7 ist in Fig. 4 schraffiert hervorgehoben.
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Der Motor 7 mit einer Drehmomentcharakteristik entsprechend Fig.4
wird dadurch gesteuert, daß er bei einer bestimmten, im wesentlichen konstanten
Fadenliefergeschwindigkeit bei mit dem Spulendurchmesser abnehmender Drehzahl der
Spulspindel 1 die Fadenzugkraft selbsttätig auf einem im wesentlichen konstanten,
durch die Ilotorspannung bestimmten Festwert hält, indem der Läufer des Motors 7
mit wachsendem Spulendurchmesser stärker in den Schlupf gezwungen wird.
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Fig. 5 zeigt einen Schaltplan für den Anschluß des Antriebsmotors
7 eines Präzisionskreuzspulkopfes. Dabei ist mit der Bezugszahl 35 ein Drehstrom-Stelltransformator
bezeichnet, der primärseitig mit der Netzspannung, beispielsweise 380 V, gespeist
wird. Auf der Sekundärseite kann eine reduzierte Spannung von beispielsweise 0 bis
270 V eingestellt werden, wofür die material- und prozeßabhängige Fadenzugkraft
P maßgebend ist und die Spannung um so höher gewählt wird, je größer die gewählte
Fadenzugkraft P zum Aufspulen der Fäden ist An einem solchen Drehstrom-Stelltransformator
35 kann somit die Grundeinstellung der Fadenzugkraft P für die Gesamtheit der in
einer Präzisionskreuzspulmaschine zusammengefaßten Spulköpfe 37 (Fig. 6) vorgenommen
werden, so daß die Fadenzugkraft P und die Aufwickelgeschwindigkeit v sämtlicher
Fäden an allen Spulstellen ungefähr gleich groß ist. Eine Feineinstellung erfolgt
über einen verstellbaren Widerstand oder ein Potentiometer 36, das sekundärseitig
jedem einzelnen Präzisionsspulkopf zugeordnet ist und mit dem durch Schwächung einer
einzelnen Phase der Stromzuführung eine individuelle Abgleichung von Fadenspannungen
an der Präzisionskreuzspulmaschine vorgenommen werden kann.
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Fig. 6 zeigt den Querschnitt einer Präzisionskreuzspulmaschine mit
in mehreren Etagen übereinander angeordneten Präzisionskreuzspulköpfen 37, die in
säulenartigen, durch
Bleche 38 verkleideten Maschinenständern 39
angeordnet sind. Aus diesen kragen über die seitlichen Gehäusewände 2 im wesentlichen
nur die Spulspindeln 1 mit den aufgespannten Spulenhülsen 3, den Präzisionskreuzspulen
4 und den Changiergehäusen 14 seitlich heraus, während sämtliche Antriebselemente
hinter den Seitenwänden 2 - wie bei Fig. 1 beschrieben - gegen Eindringen von Schmutz
gekapselt angeordnet sind.
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Im vorliegenden Fall ist die Anordnung so getroffen, daß aufgrund
der horizontalen Führung des Changiergehäuses 14 und der daraus resultierenden kompakten
Bauform des Präzisionskreuzspulkopfes 37 fünf derartige Spulköpfe im einfach zugänglichen,
vertikalen Arbeitsbereich des Bedienungspersonals angeordnet sind. Diese Spulköpfe
sind auf gleichen horizontalen Ebenen in Rücken-an-Rücken-Anordnung montiert, so
daß bei gleichartiger Bauweise der Spulköpfe 37 im Bedienungsgang rechts neben der
Präzisionskreuzspulmaschine - von vorne gesehen - die Spulspindeln 1 beispielsweise
hinter den Changiergehäusen 14 und im linken Bedienungsgang vor den Changiergehäusen
14 liegen.
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Oben auf den Maschinenständern 39 sind für die einzelnen Maschinenfelder
T-förmig auskragende Konsolen 40 montiert, auf denen die Fadenleitorgane 41, vorzugsweise
frei drehbar gelagerte Uberlaufrollen, für die auf einer Maschinenseite aufzuspulende
Fadenschar 43, befestigt sind.
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Die Seitenansicht der Präzisionskreuzspulmaschine nach Fig.
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6 ist in Fig. 7 schematisch in Form eines Maschinenfeldes gezeigt.
Dieses erstreckt sich zwischen zwei Maschinenträgern 39 und umfaßt z.B. in drei
von Rohren gebildeten, säulenartigen Montageeinheiten 42 zu jeweils fünf übereinander
angeordneten Präzisionskreuzspulköpfen 37 auf jeder Maschinenseite insgesamt 15
Spulköpfe.
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Fig. 7 zeigt außerdem, wie die über die Fadenleitorgane 41 geführte
Fadenschar 43 vereinzelt und die Fäden 44 zu den Präzisionskreuzspulköpfen 37 hingeführt
werden. Bei Kohlenstoff-Fäden haben die Einzelfäden 44 nach dem PAN-Prozeß, bei
dem diese aus Polyacrylnitril-Endlosfilamenten gewonnen werden, Gesamttiter zwischen
1.600 und 20.000 dtex bei einer Zahl von 3.000 bis 36.000 Filamenten. Diese Zahlen
schwanken von Hersteller zu Hersteller. Beim Pitch-Prozeß liegen die Gesamtti der
aufzuspulenden Fäden bei 2.800 und 5.600 dtex, wobei jeweils 2.000 bzw. 4.000 Filamente
zu einem Kohlenstoff-Faden 44 aufgespult werden.
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Die Verteilung der einer Montageeinheit 42 zugeführten Fadenschar
43 erfolgt über mehrere Umlenkrollen 45, die untereinander und seitlich auskragend
an den Maschinenständern 39 bzw. an den vertikalen Trägern der Montageeinheiten
42 befestigt sind. Diese Umlenkrollen 45 haben einen relativ großen Durchmesser
von etwa 50 mm oder darüber und sind hinsichtlich der jeweils zugeordneten Spulspindeln
1 derart gestaffelt, daß der Umschlingungswinkel der letzten ° Umlenkrolle 45 vorzugsweise
unter 60 liegt, so daß an den Fadenleitorganen bis hin zum Changierfadenführer 30
und zur Weichwickelwelle 32 kerne scharfe Umlenkung entsteht, insbesondere weil
auch der Fadeneinlaufwinkel am Changierfadenführer 30 - wegen der im wesentlichen
horizontalen Bewegung des Changiergehäuses 14 - sich während der gesamten Spulreise
nur unwesentlich ändert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der beschriebenen Präzisionskreuzspulmaschine
für Kohlenstoff-Fäden wurde die Anordnung der Spulköpfe 37 wie in den Figuren 6
und 7 getroffen.
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Der vertikale Teilungsabstand der Spulspindeln 1 betrug 250 mm, wobei
davon ausgegangen wurde, daß auf Spannfuttern mit 75 mm Durchinesser (~innerer Spulenhülsendurchmesser)
Präzisionskreuzspulen 4 mit 220 mm max. Außendurchmesser
hergestellt
werden können. Der Teilungsabstand der Montageeinheiten 42 betrug jeweils 370 mm
bzw. der Mittenabstand zwischen den Maschinenträgern 39 eines Maschinenfeldes etwa
1.260 mm. Die Umlenkrollen 45 hatten einen Durchmesser von 60 mm. Die Präzisionskreuzspulköpfe
37 wurden so ausgelegt, daß die anfallenden Kohlenstoff-Fäden 44 - nach dem PAN-Prozeß
- mit Geschwindigkeiten v zwischen etwa 0,5 und 10 m/min geliefert werden können
und - je nach Filamentzahl und Gesamttiter des Fadens 44 - mit einer annähernd konstanten
Fadenzugkraft P zwischen 300 und 1.000 cN aufgespult werden. Die hierbei auftretenden
Drehzahlen der Spulspindel 1 liegen beim Anlegen der Fäden bei Höchstwerten zwischen
2 und 40 min 1 bzw. bei Kleinstwerten bei Spulengrößen von ca.
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220 mm Durchmesser von 0,8 und 15 min 1. Bei einem Ubersetzungsverhältnis
des Reibradgetriebes zwischen Motorwelle 6 und Spulspindel 1 von i = 23 ergeben
sich maximale Drehzahlen der Welle 6 des Antriebsmotors 7 zwischen 46 und 920 min
und minimale Drehzahlen zwischen 18 und 345 min weshalb polumschaltbare Motoren
mit 4 bzw. 8 Polpaaren verwendet werden. Für die extrem niedrigen Drehzahlen der
Spulspindel wurde konstruktiv die Möglichkeit des Einbaus einer Zusatzuntersetzung
vorgesehen. Die verwendeten Kurzschlußläufermotoren 7 erfüllten die Anforderungen
des in Fig. 4 näher bezeichneten Kennfeldes und konnten im Spulbetrieb so eingestellt
werden, daß die Fadenspannung P -auch ohne Verwendung einer Tänzerarmsteuerung und
aufwendiger Regelmotoren - in hinreichend engen Grenzen konstant gehalten werden
konnte. Durch die Robustheit und Wartungsfreiheit der Motoren 7 in Verbindung mit
der Abdichtung der angetriebenen Maschinenteile (Changierung) gegenüber den Antriebselementen
erwies sich die beschriebene Präzisionskreuzspulmaschine zum Aufspulen von Kohlenstoff-Fäden
im Dauerbetrieb als sehr gut geeignet.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Spulspindel 2 Gehäusewand, Slaschinenseitenwand
3 Spulenhülse 4 Präzisionskreuzspule 5 Topfscheibe 6 Antriebswelle, Motorwelle 7
Antriebsmotor, Kurzschlußläufermotor 8 Reibrad 9 Schwinge 10 Langloch 11 Kraftgeber
12 Innenrand der Topfscheibe 5 13 Kehrgewindewelle 14 Changiergehäuse 15 Getrieberad
(auf Spulspindel 1) 16 Zahnriemen 17 Zwischenwelle 18 Getrieberad auf Zwischenwelle
17 1-9 Getrieberad auf Zwischenwelle 17 20 Träger zwischen Spulspindel und Zwischenwelle
21 Träger zwischen Zwischenwelle und Kehrgewindewelle 22 Getrieberad 23 Antriebswelle
der Kehrgewindewelle 24 Zahnriemen 25 Pfeil, Bewegung der Changiereinrichtung 26
Schlitz, Ausschnitt in Gehäusewand 2
27 Faltenbalgdichtung 28 Kehrgewindenut
in Kehrgewindewelle 13 29 Schiffchen 30 Changierfadenführer 31 Geradführung 32 Weichwickelwelle
33 Fadenführungsorgan 34 Dichtlippe 35 Drehstrom-Stelltransformator 36 Potentiometer,
einstellbarer Widerstand 37 Präzisionskreuzspulkopf, Spulkopf 38 Blech, Verkleidung
39 Maschinenständer 40 Konsole 41 Fadenleitorgan 42 Montageeinheit 43 Fadenschar
44 Faden, Einzelfaden 45 Umlenkrolle
Leerseite