DE3341045A1 - Wickelmaschine - Google Patents
WickelmaschineInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H71/00—Moistening, sizing, oiling, waxing, colouring or drying filamentary material as additional measures during package formation
- B65H71/007—Oiling, waxing by applying liquid during spooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H2701/00—Handled material; Storage means
- B65H2701/30—Handled filamentary material
- B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
H 3341C45
DORNIER SYSTEM GMBH
7990 Friedrichshafen
7990 Friedrichshafen
Reg. S 462
Wi ckelmas chine
Die Erfindung betrifft eine Wickelmaschine zum Herstellen von Faserverbundteilen nach dem Faserwickelverfahren.
Wickelmaschinen dienen der Herstellung von Faserverbundteilen unter Verwendung verschiedener Fasern zwecks optimaler
Bauteilauslegung.
Den bekannten Maschinen ist gemeinsam, dass die Fäden von'
Spulen oder aus Topfen (diese sind auf dem Spulen- oder Topfständer angeordnet) abgezogen werden, durch ein Tränkbad
geführt und über ein auf einem Schlitten befestigten Fadenauge auf einem rotierenden Körper abgelegt werden.
Dies geschieht dadurch, dass der Dorn, auf den der Körper gewickelt werden soll, im allgemeinen um eine Horizontalachse
rotiert und dass das auf einen Schlitten montierte Fadenauge entweder parallel zur Rotationsachse oder der
Kontur des zu bewickelnden Körpers folgend hin- und herbewegt wird (reversiert).
copy ^
3341 GAS
Bei bekannten Wickelmaschinen wird der Faden von Querkräften belastet, dies geschieht zum Beispiel beim Abziehen von der
Vorratsrolle, wenn deren Achse starr gelagert ist, oder beim
Zuführen des Fadens vom Spulenständer zum Tränkbad bzw. vom Tränkbad zum Fadenablageschlitten, wenn diese Anlagenteile
bei der Hin- und Herbewegung nicht starr zusammengefasst
sind. Insbesondere bei der Verwendung von Kohlefasersträngen
(Fäden) - sie bestehen aus einer Vielzahl sehr dünner Filamente (Fasern), kann es dabei wegen der geringen Querkraftfestigkeit
zu Brüchen einzelner Fasern kommen.
Bei den bekannten Wickelmaschinen ist der längs der Dornachse
bewegte Fadenablageschlitten mit dem Tränkbad und evtl. dem Spulenständer zusammengefasst und weist deshalb
eine hohe Masse auf. Dadurch muss an den ümkehrpunkten eine grosse Antriebsleistung zur Verfugung stehen, um die Verzögerung
und Beschleunigung bis zur jeweils erforderlichen Geschwindigkeit für den Schlitten zu erhalten. Wickeldorn
und Fadenablageschlitten werden bei den bekannten Wickelmaschinen von Elektromotoren angetrieben, wobei die Koordination
der Rotationsbewegung mit der hin— und hergehenden Bewegung sowohl mechanisch als auch elektrisch oder elektronisch
ausgeführt sein kann. Bei modernen Wickelmaschinen wir« der Rotationsantrieb und der Translationsantrieb über einen
Computer koordiniert. Dies geschieht im allgemeinen dadurch, dass über eine Rückführung und einen entsprechenden Regler
die Translationsgeschwindigkeit des Schlittens auf die
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Rotationsgeschwindigkeit des Wickeldorns abgestimmt wird. Um speziell bei der sogenannten Kreuzwicklung (Helix)
hohe Geschwindigkeiten zu erzeugen, bedarf dies relativ aufwendiger und damit teurer Rechneranlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wickelmaschine zu schaffen, die hohe Fadenablagegeschwindigkeiten
erlaubt, die den Faden mit hoher Präzision ablegt, die das Fadenmaterial beim Wickelprozess möglichst frei
von Beschleunigungskräften, Querkräften oder Scherkräften hält, die von einem relativ kleinen Rechner gesteuert werden
kann und deren Mechanik ein weitgehend freies Programmieren des WickeIvorgangs bis hin zur Steuerung ohne Rechner erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst von einer Wickelmaschine
mit den in den Ansprüchen genannten Merkmalen.
Die erfindungsgemässe Wickelmaschine hält die Fäden weitgehend
frei von Querkräften und vermeidet so den Bruch von einzelnen Fasern. Ausser der Zugbelastung wirken auf die
Fäden praktisch nur leichte Torsionen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Vorratsrollen taumelnd
gelagert sind und dass die Tränkvorrichtung durch Schwenken um einen Drehpunkt dem Fadenablageschlitten nachgeführt wird.
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Die Hauptdrehachse jeder Vorratsrolle ist um eine Achse, die senkrecht zur Fadenabzugsrichtung und senkrecht zur
Hauptdrehachse liegt, schwenkbar gelagert, so dass der Faden stets in Ablagerichtung, also querkraftfrei, abgezogen wird.
Die Taumelbewegung erfolgt entweder aktiv, zum Beispiel über einen Schrittmotor, oder passiv über die Fadenspannung, wenn
zum Beispiel die Schwenkachse hinter der Hauptdrehachse der
Vorratsrolle angeordnet ist.
Die vom Fadenablageschlitten getrennte und am Fundament befestigte
Tränkvorrichtung ist um ihre Hochachse schwenkbar gelagert, so dass sie den Bewegungen des Fadenablageschlittens
folgen kann. Die Verschwenkung erfolgt aktiv entweder über eine längenveränderliche leichte Stange, die an einem
Bauteil starr, am anderen drehbar befestigt ist, oder über einen Stellmotor (Schrittmotor), der von der Fadenablageschlittenstellung
zum Beispiel über ein elektrisches Getriebe gesteuert wird.
Durch die Trennung zwischen translatorisch bewegtem Fadenablageschlitten
und verschwenkter Tränkvorrichtung kann der Fadenablageschlitten mit geringerer Masse ausgeführt werden,
so dass hohe Geschwindigkeiten, kleine Kräfte und geringe Antriebsleistungen realisiert werden können. Der durch die
Trennung bedingte längere Fadenweg bei voller Auslenkung des Fadenablageschlittens bildet vorteilhaft einen kurzzei-
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-Jt
tigen Fadenvorrat, der für eine rasche Beschleunigung nach
den Wendepunkten des Fadenablageschlittens zur Verfügung steht.
Die hohe Wickelgeschwindigkeit wird auch dadurch erreicht,
dass alle bewegten Teile, insbesondere der Fadenablageschlitten und alle mit dem Faden in Berührung kommenden
Teile' wie Rollen und Walzen sehr leicht ausgeführt werden, was zu geringen Trägheitsmomenten führt und hohe Fadengeschwindigkeitsänderungen
ohne die Gefahr des Reissens oder des Nachlaufens erlaubt.
Hohe Wickelleistungen werden durch die gleichzeitige Bewicklung
mehrerer Wickeldorne erreicht. Die Wickeldorne sind so gelagert, dass sie gemeinsam oder jeder für sich,
schnell und einfach ausgewechselt werden können, um zum Beispiel in einer anderen Wickelmaschine mit einem Faden
anderer Stärke weiterbewickelt zu werden. Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Hilfsrahmen zur gleichzeitigen Umsetzung
mehrerer Dorne auf eine andere Maschine.
Erfindungsgemäss wird eine gleichmässige Harztränkung nicht
in einem Harzbad sondern durch eine fadengeschwindigkeitsgesteuerte
Tropfdosierung auf einer beheizbaren Rolle durchgeführt.
Anpressrollen oder AbstreifroIlen oder ihre Anordnung
sind von anderen Wickelmaschinen her bekannt, jedoch
BAD ORIGINAL /6
werden erfindungsgemäss die Trägheitsmomente der bewegten
Teile durch extremen Leichtbau verringert. Ein Gehäuse über der Tränkvorrichtung verhindert Verunreinigungen oder
Viskositätsschwankungen des Harzes durch Abkühlen.
Bei der Herstellung von Rotationskörpern ist es notwendig, die Faser gleichmässig aufzubringen, um Unwuchten zu vermeiden.
Schwankungen der Fadenbelastung führen zu Oberflächen- und Formfehlern der Wickelkörper. Zur Kompensation
wird eine Andrückrolle verwendet, mit der das schwenkbare Fadenauge am Wickelkörper anliegt. Daneben ist erfindungsgemäss
eine am Fadenablageschlitten ausserhalb des schwenkbaren Fadenauges befestigte Aussenrolle vorgesehen, über
die der Faden geführt wird. Die Aussenrolle ist so angebracht, dass Schwankungen in der Zugspannung des Fadens
nicht zu einer Abstandsänderung der Andrückrolle vom Wickelkörper führen, sondern kompensiert werden, dass also der
resultierende Vektor aller Aussenkräfte durch die Drehachse der Fadenaugenbefestigung läuft. Ein erhöhter Zugwiderstand,
der ohne Aussenrolle zur unerwünschten Entlastung oder zum Abheben der Andrückrolle vom Wickelkörper führen würde,
verändert bei der gewählten Anordnung lediglich die Grosse, aber nicht den Winkel der resultierenden Kraft und verhindert
somit ein Abweichen des Fadenauges vom vorberechneten Anlagepunkt.
Bei dem erfindungsgemässen Antrieb von Wickeldorn und
Fadenablageschlitten über zwei Schrittmotoren, von denen
einer auch als Linearmotor ausgebildet sein kann, kann auf eine Rückführung des Wegsignals verzichtet werden, wobei
die durch einen Kleinrechner vorgegebenen Programme die Schrittmotoren ansteuern und die Koordination nur" über die
Zahl der Impulse und eine entsprechende Impulsfolgefrequenzsteuerung
erfolgt. In diesem Fall kann die Rechneranlage sehr klein sein, was zu einer entsprechenden Ersparnis beim
Bau und Betrieb solcher Anlagen führt.
Die Translationsbewegung des Fadenablageschlittens wird durch gesteuerte Laufrichtungsänderung des entsprechenden
Antriebs erreicht. Statt durch Laufrichtungsänderung des
Antriebs kann der Reversionsbetrieb des Fadenablageschlittens
auch durch einen Ketten- oder Riementrieb mechanisch erzeugt werden. Eine Kette oder ein Riemen läuft über wenigstens
zwei an den Wendepunkten des Fadenablageschlittens angeordnete Kettenräder und wird dort umgelenkt. Grosse
und Lage der Kettenräder richtet sich nach dem herzustellenden Bauteil.
Ein Mitnehmerstift auf Kette oder Riemen greift in eine Längsbohrung des Fadenablageschlittens, der Fadenablageschlitten
wird somit bei kontinuierlichem Umlauf der Kette hin und her bewegt.
Zur Erzeugung der gewünschten Fadenablagemuster kann
neben oder anstatt der Programmsteuerung der Antriebsmotoren eine an die Aufgabe angepasste beliebige mechanische
Programmierung des Geschwindigkeitsverlaufes und der Stoppzeiten des Fadenablageschlittens erfolgen.
Dies wird dadurch erreicht, dass eine Kette über ein von mehr als 2 Kettenrädern gebildetes, beliebig gestaltbares
Vieleck geführt wird.
über die Lage, den Abstand und die Dimensionierung der
die
Zahnräder, über die/Kette geführt wird, lassen sich Geschwindigkeitsverlauf
und Stoppzeiten einstellen.
Stoppzeiten, z.B. in den Wendezonen oder Geschwindigkeitsänderungen, können dann gegen Null und bis Null eingestellt
werden, wenn sich die Zahnräder dieser Zonen in verschiedenen Ebenen befinden, sich überschneidend angeordnet sind
und eine Mehrfachkette verwendet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausfuhrungsformen der Erfindung
werden anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren erläutert.
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Es zeigen:
Figur 1 den Aufbau einer erfindungsgemässen Wickelmaschine,
Figur 2 eine Walkrolle
Figur 3 eine Anordnung eines Fadenauges mit Aussenrolle, Figuren 4, 4a und 5 drei Antriebe für den Fadenablageschlitten.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemässen Wickelmaschine zur gleichzeitigen Herstellung von
drei Wickelkörpern in Seitenansicht und in Draufsicht mit Tränkvorrichtung 2 (mit oder ohne Spulen- oder Topfständer)
, Fadenablageschlitten 4 auf Führungsschiene 6, mit einem Rahmen 8 zur Aufnahme der drei Wickeldorne 10, auf
denen die Wickelkörper 12 hergestellt werden. Auf dem Fadenablageschlitten 4 sind die Fadenaugen 14 beweglich
befestigt, deren Andrückrollen 16 an den Wickelkörpern 12 anliegen. Zur Herstellung von Wickelkörpern 12 werden von
nicht gezeigten Vorratsspulen, die entweder an der Tränkvorrichtung 2 befestigt sind oder die ausserhalb aufgestellt
sind, Fäden abgezogen und gelangen in die Tränkvorrichtung 2, wo die Fäden mit Harz getränkt werden. Von
dort gelangen die Fäden über den Fadenablageschlitten 4 und die Fadenaugen 14 auf die Wickelkörper 12. Die Wickelkörper
12 rotieren um die Achsen 18, der Fadenablageschlitten
4 bewegt sich auf der Schiene 6 hin und her. Um eine
Querbelastung der Fäden zu vermeiden, ist die Tränkvorrichtung 2 um die Hochachse schwenkbar gelagert. Die Nachführung
der Tränkvorrichtung 2 erfolgt in der im oberen Teil der Figur 1 gezeigten Ausführung durch eine starre,
längenveränderliche Stange 20.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform
einer Tränk- oder Walkrolle 22, wie sie zum Beispiel in der Tränkvorrichtung 2 verwendet wird. Die Rolle 22 besteht
aus einem dünnwandigen Rohr 24 (o,5 mm Wandstärke) aus eloxiertem fliessgedrücktem Aluminium. Die Stirnseiten
bestehen aus gelochtem Aluminium und haben Wandstärken ^ 3 mm. Durch den Leichtbau wird ein sehr kleines Trägheitsmoment
erreicht. Für einen leichten Lauf ist die Rolle 22 kugelgelagert (26}.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Anordnung eines
Fadenauges 28 mit Aussenrolle 36 im Fadenablageschlitten 4. Das Fadenauge 28 ist um die Achse 30 schwenkbar im
Fadenablageschlitten 4 befestigt und liegt mit der Andrückrolle 16 am Wickelkörper 12 an. Vom Fadenauge 28
sind ausser der Andrückrolle 16 lediglich die zwei Rollen 32 und 34 gezeichnet, über die der Faden zur Aussenrolle
36, die im Fadenablageschlitten 4 befestigt ist, und zurück geführt wird. Ohne Aussenrolle 36 würde bei steigender
Fadenspannung die Andrückrolle 16 vom Wickelkörper 12 abheben und das Wickelergebnis ungleichmässig. Durch die
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Aussenrolle 36 jedoch wird erreicht, dass die Andrückrolle 16 bei jeder Fadenspannung ihre Lage und damit
Anlagekraft exakt beibehält; die Aussenrolle 36 verhindert so Anlagekraftschwankungen. Das Fadenauge 28 behält
den vorberechneten Anlagepunkt auf dem Wickelkörper 12 bei. Der resultierende Vektor 38 der Aussenkräfte führt
durch den Befestigungspunkt (Achse 30) des Fadenauges 28.
Figur 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Zahnriementriebs
zur Hin- und Herbewegung des Fadenablageschlittens 4 auf der Schiene 6 mit Verweilzeit in den Endstellungen.
Am Fadenablageschlitten 4 ist ein Langloch 40 vorgesehen, in das ein Mitnahmestift 42 eingreift, der am
Riemen 44 befestigt ist. Der Zahnriemen 44 wird über die vier Zahnräder 46, 48, 50, 52 geführt. In den Endstellungen
steht der Fadenablageschlitten 4 bei gleichmässiger Drehzahl der Zahnräder eine bestimmte Zeit, die durch den Abstand
der Zahnräder 46, 48 und 50, 52 vorbestimmbar ist, still.
Figur 4a zeigt eine gegenüber Figur 4 abgeänderte Riemenführung. Der Riemen 44 mit dem Mitnahmestift 42 zur Führung
des Fadenablageschlittens 4 läuft über mehrere Zahnräder, die so angeordnet sind, dass der Fadenablageschlitten
4 sich an bestimmten Stellen schneller (Riemenabschnitt 49) oder langsamer (Riemenabschnitt 51) bewegt oder an anderen
Stellen stoppt (Riemenabschnitt 53).
Figur 5 zeigt in Draufsicht und im Schnitt eine Ausführung eines Kettentriebes zur Hin- und Herbewegung des Fadenablageschlittens
4 mit nur kurzer Verweilzeit z.B. in der Endstellung. Dies wird durch ein überschneiden der Kettenräder
54, 56 und 58 erreicht. Die Kettenräder 54, 56, 58 liegen
in drei Ebenen und greifen in die Kette 60 ein. Die Kettenräder 54, 56, 58 sind sowohl in Richtung der Achse 62 (Zeiteinstellung)
als auch in Richtung der Achse 64 (Beschleunigungs-, Verzögerungseinstellung) verstellbar. Die Kettenräder
54 bzw. 56 und 58 sind in Richtung der Achsen 62 und 64 auch getrennt verstellbar.
11. Nov. 1983
Ka/Ht.
Ka/Ht.
/If,
- Leerseite -
Claims (11)
1. Wickelmaschine zum Herstellen von Faserverbundteilen,
wobei ein Faden von einer Vorratsspule abgezogen, über eine Tränkvorrichtung einem Fadenauge auf einem Fadenablageschlitten
zugeführt und auf einem Wickeldorn abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur schonenden,
schnellen Fadenführung der Träger für die Vorratsspule entweder mit der Tränkvorrichtung (2) in ein Gehäuse integriert
ist oder freistehend angeordnet ist und die Vorratsspule taumelnd gelagert ist, dass die Tränkvorrichtung·(2)
vom Fadenablageschlitten (4) getrennt ist und dessen translatorischer Bewegung durch Verschwenken folgt und dass
die Trägheitsmomente aller bewegten Teile (22) sehr klein sind.
2. Wickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb von Fadenablageschlitten (4) und Wickeldorn
(10) programmgesteuerte Schrittmotoren vorgesehen sind, wobei die Reversion des Fadenablageschlittens (4)
durch Laufrichtungsänderung des einen Schrittmotors erfolgt.
3. Wickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb von Fadenablageschlitten (4) und Wickeldorn
(10) Schrittmotoren vorgesehen sind, wobei die Reversion des Fadenablageschlittens (4) bei in einer Drehrichtung
laufendem Motor durch eine mechanische Kettenführung (60) oder eine Riemenführung (44) und entsprechende
Mitnehmerstücke (40, 42) erfolgt, wobei die Möglichkeit zur Reversion durch Laufrichtungsänderung des
Motors bestehen bleibt.
4. Wickelmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen von Verweilzeiten und Schlittengeschwindigkeiten
(bei gleichbleibender Motordrehzahl) eine
Ketten- oder Riemenführung (44, 60) über gleich grosse oder verschieden grosse Zahnräder (46, 48) in eimern Vieleck
vorgesehen ist, wobei sich die Zahnräder (54, 56) in den Umlenk- und Umkehrzonen in verschiedenen Ebenen befinden
können, so dass der Abstand der Zahnräder (54, 56) beliebig klein eingestellt werden kann.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die direkt an der Abgabestelle
portionsweise Harzdosierung völlig verzögerungsfrei und abhängig von der Fadengeschwindigkeit auf mindestens
einer beheizbaren Walze erfolgt.
/3 BAD ORIGINAL ■·,
- -i - Jon iU40
6. Wickelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tränkvorrichtung (2)
durch ein Gehäuse vor Verunreinigung und Abkühlung geschützt ist.
7. Wickelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichmässigen Fadenablage
eine am Fadenablageschlitten (4) befestigte Aussenrolle
(36) zur Kompensation von Fadenspannungskräften am Fadenauge (28) vorgesehen ist.
8. Wickelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Fadenablageschlitten (4)
mehrere übereinander angeordnete Fadenaugen (28) zur gleichzeitigen parallelen Bewicklung mehrerer Dorne (10,)
vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8r dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Wickeldorne (10) auf einem Hilfsrahmen befestigt sind und so gleichzeitig gewechselt werden können.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Fadenablageschlittens
(4) rein mechanisch durch verstellbare Zahnräder (46, 48) oder Umlenkrollen erfolgt.
11. Nov. 1983
Ka/Ht.
Ka/Ht.
BAD GfifGINAL:
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