DE3800281A1 - Webmaschine mit projektilfangbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Webmaschine mit Projektil­ fangbremse mit gegen die Projektile wirkenden Brems­ backen, wobei ein Teil einer Bremsbackenoberfläche mit einem Teil der Projektiloberfläche eine Bremsflächen­ paarung bildet.

Projektilfangbremsen in Webmaschinen müssen im wesentli­ chen folgende Anforderungen erfüllen: sicheres Abbremsen der Projektile, so daß diese an einem vorgegebenen Ort zum Stehen kommen, ohne daß Schläge auf die Projektile zu Fadenverlierern führen, sowie hinreichend geringer Verschleiß und Serviceaufwand. Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, welche diese Anforderungen bis zu einer bestimmten Leistungsgrenze zu erfüllen erlauben. Dies gilt für den bisher allgemein üblichen Einsatz von Stahlprojektilen.

So offenbart die SU-PS 9 37 560 eine Fangbremse mit Metallplatte als Unterlage und darauf angebrachter nicht armierter Polymerschicht zur Erhöhung der Lebensdauer. Diese Fangbremse hat jedoch keine Federungseigenschaften, so daß Schläge und Fadenverlie­ rer auftreten können und auch keine hohen Schußgeschwin­ digkeiten möglich sind. Eine Verbesserung bringt der Einsatz von elastischen Kunststoffen, im besonderen von Polyurethanen als Bremsschuh gemäß CH-PS 5 53 269, wobei hier ein vereinfachter Ersatz dieses Verschleißteils angestrebt wird. Eine verbesserte Ausführung von Elastomer-Bremsbacken offenbart die EP-O 1 89 490, bei der beidseitig einer metallischen Trägerplatte Elastomer­ platten angeordnet sind, wobei die eine, härtere Elasto­ merplatte als Bremsbelag mit erhöhter Standzeit dient, und die andere weichere Elastomerplatte zur Dämpfung eingesetzt ist.

Alle diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch zum einen nur für Stahlprojektile anwendbar und zum anderen wurde eine Leistungsgrenze erreicht, die damit nicht über­ schritten werden kann. Da mit einer weiteren Erhöhung der Projektilgeschwindigkeit die abzubremsende kinetische Energie mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ansteigt, steigt auch die Erhitzung an der Bremsflächenpaarung von Projektil und Bremse entsprechend stark an, was zu Erweichung und Zersetzung der eingesetzten Kunststoffe bzw. Elastomere sowie zu sprunghaft steigendem und untragbarem Verschleiß führt. Es treten dabei auch Veränderungen von Bremsdrücken und Reibungskoeffizienten der Bremsbeläge auf und damit unzulässige Schwankungen der Bremskraft, wodurch die Projektile nicht mehr im vorgeschriebenen engen Bereich zum Stehen kommen. Sie schießen entweder zu weit oder zu kurz, und damit treten Versagen der Bremsfunktion, Defekte und Folgeschäden auf.

Eine wesentliche Erhöhung der Schußgeschwindigkeit und eine Verbesserung der Webleistung kann nun erreicht werden durch Einsatz von neuen Kunststoffprojektilen anstelle der bisher allgemein üblichen Stahlprojektile. Die genannten bekannten Vorrichtungen mit ihren Kunst­ stoff und Elastomer-Bremsbacken können jedoch nicht in Webmaschinen für Kunststoffprojektile angewendet werden. Auch eine bekannte weiterentwickelte Fangbremse mit einer auf die Elastomer-Bremsbacken zusätzlich aufgebrachten Metallbremsplatte kann diese prinzipielle Beschränkung der Leistung und Geschwindigkeit nicht überwinden. Beim Einsatz von Kunststoffprojektilen entsteht nämlich ein zusätzliches großes Problem, indem hier der größte Teil der Bremswärme (zu 90% und darüber) von der Bremse aufgenommen werden muß. Umgekehrt wird bei Stahlprojek­ tilen der weitaus größte Teil der Bremswärme vom Projek­ til übernommen und kann auf dem relativ langen Rücklauf an die Umgebung abgegeben werden. Bisherige Fangbremsen für Stahlprojektile mit ihrer minimalen Wärmeableitfähig­ keit sind daher für Kunststoffprojektile prinzipiell unbrauchbar. Bei hohen Eintragsleistungen der Webmaschi­ nen und damit verbundenen entsprechend hohen Bremslei­ tungen zeigte sich als weiteres Problem, daß nicht nur eine entsprechend starke mittlere Erwärmung von Bremse und Projektilen auftritt, sondern daß auch besonders gefährliche lokale Temperaturspitzen an bestimmten Stellen von Bremse und Projektilen auftreten können, die wesentlich über der mittleren Bremsflächentemperatur liegen und die unvermeidbar eine Zerstörung der Kunst­ stoffoberfläche bewirken durch Erweichung, chemische Zersetzung und plastische Deformation. Dies wiederum führt zu untragbar hohem Verschleiß, zu häufigen Defek­ ten, Funktionsausfall und Folgeschäden an den Maschinen mit entsprechend hohen Service- und Reparaturkosten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Webmaschine mit Projektilfangbremse zu schaffen, welche die genannten Probleme überwindet, welche konstante Bremseigenschaften aufweist und wesentlich höhere Ein­ tragsleistungen und Schußgeschwindigkeiten ermöglicht, dies sowohl für die bisher gebräuchlichen Stahlprojekti­ le, als speziell auch für die neueren, leichteren Kunst­ stoffprojektile, und welche Fangbremse gleichzeitig Verbesserungen bezüglich Standzeit der eingesetzten Verschleißteile, Service und Unterhalt ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bremsbacken der Projektilbremse großteils aus metallischem Werkstoff bestehen, daß mindestens eine Bremsbacke in Zwischenräume aufweisender federnder Form ausgeführt ist und daß die Bremsflächenpaarungen aus Metall gegen abriebfesten Kunststoff bestehen. Dabei können speziell abriebfeste Kunststoffe eingesetzt werden, welche nicht elastisch sind. Für Projektile mit Kunststoffoberflächen wird dabei die metallische Ober­ fläche der Bremspaarung durch die Bremsbacken gebildet. Für Projektile mit Metalloberflächen wird jedoch die Kunststoffoberfläche der Bremspaarung z. B. durch eine dünne Auflage aus abriebfestem Kunststoff z. B. aus faserverstärktem Polyamid auf der federnden metallischen Bremsbacke gebildet, vorzugsweise in einer Stärke von höchstens 1 mm und als auswechselbares Verschleißteil ausgebildet.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung umfassen Webmaschinen mit Projektilbremsen bei denen beidseitig des Projektils in der Fangbremse gegenüberliegende federnde Bremsbacken vorgesehen sein können, womit Schläge beim Auftreffen des Projektils in der Fangbremse besser abgefangen werden.

Bei weiteren Ausführungen können mindestens zwei federnde Bremsbacken, auf die Schußrichtung bezogen hintereinan­ der angeordnet sein, wobei deren Form- und Federungsei­ genschaften unterschiedlich sein können. Da die größte Erhitzung einer einteiligen Bremse im vorderen Bereich, nahe dem Projektileintritt anfällt, kann ein Ausgleich der Erwärmung dadurch erreicht werden, daß z. B. eine zweiteilige Bremse eingesetzt wird, deren hinterer Teil härter eingestellt ist als der vordere Teil, oder es kann, verallgemeinert, eine progressive Bremse vorgesehen werden.

Sie betreffen weiter Projektilbremsen bei denen die federnde Form der Bremsbacke durch ein Hohlprofil mit einem Innenraum gebildet sein kann, welches auf Biegung beansprucht wird. Hier wie auch bei Bremsbacken, welche durch ein Metallblech-Stanzbiegeteil gebildet werden, besteht ein besonders gutes Verhältnis von großer Oberfläche der Bremse zu möglichst geringer ungefederter Masse, womit wiederum Schläge auf das Projektil vermin­ dert werden. Durch die große Oberfläche und die rasche Wärmeverteilung der wärmeleitenden metallischen Form wird eine wesentlich verbesserte Abführung der Bremswärme an die Umgebungsluft und eine starke Reduktion der lokalen Temperaturspitzen erreicht. Dank metallischer Ausführung vom Bremsbacken bzw. Bremsschuhen bleiben die Bremseigen­ schaften auch bei sehr hohen Bremsleistungen konstant, da hier kein Erweichen und chemisches Zersetzen auftreten kann. Vorzugsweise wird auch eine große Bremskontaktflä­ che vorgesehen, welche mindestens der Hälfte der Projek­ tilmantelfläche entspricht, möglichst unter Einbezug der schrägen Führungsflächen, um damit niedrigere Bremsdrücke und geringeren spezifischen Verschleiß, wie auch eine großflächige Verteilung der Bremswärme mit resultieren­ den entsprechend niedrigeren Temperaturen zu erreichen. Eine weitere Verbesserung der Projektilbremse kann erreicht werden durch eine zusätzliche Kühlvorrichtung, bei der ein Kühlmittel durch Transport bzw. Führungs­ mittel in einem Strom in der Nähe der Bremsfläche gerich­ tet geführt wird, wobei z. B. Wasser als Kühlmittel an den Bremsbacken in metallischen Kanälen bzw. Rohren geführt wird, welche in wärmeleitendem Kontakt mit den Brems­ backen stehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine bisherige Anordnung einer Webma­ schinen-Projektilbremse im Schnitt,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung,

Fig. 3 eine weitere Ausführung für Metallpro­ jektile,

Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele mit Stanzbiegeteilen,

Fig. 6 und 7 weitere Ausführungen mit metallischen Bremsschuhen und faserverstärkten Kunststoffedern,

Fig. 8 eine Ausführung mit zusätzlicher Kühlvorrichtung,

Fig. 9 eine Seitenansicht von Fig. 8 mit Kühlkreislauf.

Eine repräsentative bekannte Ausführungsform einer Webmaschinen-Fangbremse für Kunststoffprojektile ist in Fig. 1 dargestellt. Auf einer oberen Bremshalterung 2, welche in den Richtungen Z auf- und abwärts beweglich ist, sind ein Gummipuffer 7, z. B. aus elastischem Poly­ urethan, eine daraufliegende Stahl-Bremsplatte 4 und seitliche Führungsplatten 9 angebracht. Eine untere Bremshalterung 3 trägt einen unteren Gummipuffer 8 und eine untere Bremsplatte 6, welche zusammen mit der Bremsplatte 4 die metallische Seite der Bremsflächenpaa­ rung zur Kunststoffoberfläche eines Projektils 1 bilden. Die beim Bremsen entstehende Reibungswärme heizt nun die Stahlplatten 4 und 6 sehr stark auf. Die zur Abfederung und Dämpfung notwendigen, mehrere Millimeter dicken Gummipuffer 7 und 8 verhindern jedoch praktisch vollstän­ dig eine Ableitung dieser Bremswärme auf die Bremshalte­ rungen 2 und 3. Auch über die Seitenführungsplatten kann fast keine Wärme abgeleitet werden, da die bewegliche Bremsplatte 4 zu den festen Seitenführungsplatten 9 immer etwas Spiel haben muß. Bei hohen Schußeintragsleistun­ gen heizen sich nun die Stahlbremsplatten 4 und 6 ebenso wie die Kunststoffoberfläche des Projektils 1 immer weiter auf, was zuerst zu rapid erhöhtem Verschleiß und schlußendlich zu Schmelzen und Zersetzen der Kunststoff­ oberfläche und damit zum Ausfall der Maschine führt. Auch wenn der Nachteil in Kauf genommen wird die Bremse nur noch einseitig zu federn, indem der untere Gummipuffer 8 weggelassen wird, so tritt die Wärmestauung am oberen Gummipuffer 7 dennoch unvermindert auf.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Projektilbremse mit einer an der oberen Bremshalterung 2 befestigten Bremsbacke 11, die hier ganz aus Metall besteht und einen Zwischenraum in Form eines Hohlprofils mit einem Innenraum 12 zum Erreichen selbstfedernder Eigenschaften aufweist. Im Prinzip ist dies eine flachge­ drückte, auf Biegung beanspruchte O-förmige Stahlfeder, wobei der Innenraum 12 in Schußrichtung (d. h. hier in Blickrichtung) vorne und hinten offen ist, so daß eine Luftströmung durch diesen Innenraum als Kühlung wirksam werden kann. Eine gewisse Luftbewegung wird schon durch den Betrieb der Webmaschine selber erzeugt; es kann aber auch eine zusätzliche Zwangsventilation vorgesehen werden. Mit der Formgebung der metallischen Bremsbacke 11 wird auch eine große Bremskontaktfläche 13 und eine große Oberfläche realisiert. Dies sowohl um die spezifi­ sche Belastung und den Verschleiß der Bremspaarung zu reduzieren, wie auch um eine hohe Wärmeableitung und einen großen Wärmeübergang auf die Umgebung zu errei­ chen. Die Bremskontaktfläche 13 umfaßt hier nicht nur die obere Deckfläche des Projektils, sondern auch die seitlichen Führungsflächen 14, durch welche das Projektil in den nicht gezeichneten Führungszähnen der Webmaschine geleitet wird. Die untere metallische Bremsbacke 17 ist hier ebenfalls in selbstfedernder Form als Federplatte ausgebildet. Ein guter Wärmeübergang von den Bremsbacken 11 und 17 zu den Halterungen 2, 3 wird durch verhältnis­ mäßig große metallische Kontaktflächen 16, 18 und hinreichenden Anpreßdruck sichergestellt. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, werden mit der erfindungsgemäßen Form der Bremsbacke 11 auch die angestrebten Vorteile: ge­ ringe, ungefederte Massen und große wärmeleitende Oberfläche zur Ableitung der Bremswärme erreicht. Im Gegensatz zu den bekannten elastomer-gefederten Bremsen von Fig. 1 werden mit den erfindungsgemäßen metallischen Bremsen vor allem auch konstante Bremseigenschaften erreicht. Das heißt Reibungskoeffizient, Federkonstanten und Federkräfte bleiben im wesentlichen unabhängig von der Betriebstemperatur der Bremse. Und nur mit konstanten Bremseigenschaften ist es möglich, das Projektil im vorgegebenen Bereich sicher zum Stillstand zu bringen. Bisherige Elastomerbremsen zeigen z. B. große Unterschie­ de zwischen kaltem Zustand beim Start der Webmaschine und heißem Betriebszustand, was ständiges Einstellen und Nachstellen erfordert.

Fig. 3 zeigt eine andere Form von selbstfedernden Brems­ backen mit einem geschlossen profilierten Zwischenraum 12 und offenen Zwischenräumen 22, welche wiederum eine große wärmetauschende, metallische Oberfläche ergeben. Beim Einsatz für Stahlprojektile 1 a, welche die metalli­ sche Seite der Bremspaarung darstellen, wird eine dünne Auflage 23, 24 aus abriebfestem Kunststoff auf die metallischen Bremsbacken 21, 17 aufgebracht Die Stärke dieser Auflage beträgt z. B. 0,5 bis 1 mm. Vorzugsweise sind diese Auflagen als leicht auswechselbare Verschleiß­ teile ausgebildet, welche dank entsprechender Profilie­ rung 26 der Bremsbacken aufgesteckt oder in eine Schwal­ benschwanzführung 27 eingesteckt werden können. An der Bremskontaktfläche 13 a tritt somit auch hier wieder die gleiche Bremspaarung zwischen Metall und abriebfestem Kunststoff auf wie bei Fig. 2. Entscheidend ist in beiden Fällen, daß die Kunststoffseite der Bremspaarung keine Federungs- und Dämpfungsfunktionen übernehmen muß und daher vollständig auf optimale Stabilität und Abrieb­ festigkeit ausgerichtet werden kann.

Fig. 4 und 5 zeigen weitere mögliche Ausführungen von selbstfedernden Formen mit einfach zu fertigenden kosten­ günstigen Stanz-Biegeteilen 28, 29 aus Stahlblech. Wiederum wird eine große Oberfläche und eine gute Wärmeableitung erreicht. Das Stanz-Biegeteil 28 von Fig. 4 zeigt mehrere Stege, die sich kreuzend klauenartig ineinandergreifen.

In Fig. 6 wird eine selbstfedernde, Zwischenräume aufwei­ sende Form der Bremsbacke dadurch erreicht, daß ein fester metallischer Bremsschuh 62 mit Querblattfedern 61 kombiniert wird. Diese Blattfedern dienen dann gleich­ zeitig auch der Führung des Bremsschuhs. Sie bestehen aus faserverstärkten Kunststoffen, wobei sich Kohle und Glasfasern besonders eignen. Zwischenräume 22 ermöglichen auch hier wieder gute Wärmeableitung.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführung mit einer auf einem Auflagekeil 66 abgestützten faserverstärkten Kunststoff­ feder 67 und einem in einer Seitenhalterung 68 geführten metallischen Bremsschuh 69. Ein Innenraum 40 kann wieder­ um zwecks Kühlung belüftet werden. Eine besonders lei­ stungsfähige Ausführung der erfindungsgemäßen Fangbremse kann dadurch erreicht werden, daß eine zusätzliche Kühlvorrichtung sowohl zur Ableitung der entstehenden Bremswärme als auch zur Reduktion lokaler Temperatur­ spitzen eingebaut wird, bei der ein Kühlmittel durch Transport und/oder Führungsmittel in einem gerichteten Strom in die Nähe der Bremsfläche geführt wird. In Fig. 7 wird dies erreicht, durch ein flüssiges Kühlmittel, das in Kanälen 71 des Bremsschuhs 69 in unmittelbarer Nähe der Bremsfläche geführt wird.

Fig. 8 und 9 illustrieren weiter die Möglichkeiten einer zusätzlichen Kühlung bei einer erfindungsgemäßen Bremse nach Fig. 2. Diese Zusatzkühlung kann z. B. als Luftküh­ lung mit einem Ventilator 37 realisiert werden, welcher Kühlluft längs der Schußbahn 30 des Projektils und durch den Zwischenraum 12 der Bremsbacke 11 zuführt. Es kann aber auch eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen werden mit Kühlkanälen 31, 32 in den federnden Bremsbacken 11, 17 bzw. mit Kühlrohren, welche in wärmeleitendem Kontakt zu den Bremsbacken stehen. Damit wird eine intensive Kühl­ wirkung in unmittelbarer Nähe der Bremskontaktflächen 13, 19 erzielt. In einem in Fig. 9 dargestellten Kühlkreis­ lauf wird die an den Bremsbacken erwärmte Kühlflüssigkeit über Zuleitungen 33 in einen Wärmetauscher 36 und an­ schließend wieder zurück in die Kühlkanäle 31 der Bremsbacke geleitet.

Claims (10)

1. Webmaschine mit Projektilfangbremse mit gegen die Projektile wirkenden Bremsbacken, wobei ein Teil einer Bremsbackenoberfläche mit einem Teil der Projektilober­ fläche eine Bremsflächenpaarung bildet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremsbacken großteils aus metalli­ schem Werkstoff bestehen, daß mindestens eine Bremsbacke (11, 17, 21, 28, 67, 69) in Zwischenräume (12, 22, 40) aufwei­ sender federnder Form ausgeführt ist und daß die Brems­ flächenpaarungen (13, 13 a, 14, 19) aus Metall gegen abrieb­ festen Kunststoff bestehen.

2. Webmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Form der Bremsbacke durch ein Hohlpro­ fil mit einem Innenraum (12, 40) gebildet wird, welches auf Biegung beansprucht wird.

3. Webmaschine nach Anspruch 1 für Projektile mit Kunst­ stoffoberflächen (1), dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Oberfläche der Bremspaarung durch die Brems­ backen gebildet wird.

4. Webmaschine nach Anspruch 1 für Projektile mit Metall­ oberflächen (1 a), dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffoberfläche der Bremspaarung durch eine Auflage (23, 24) aus abriebfestem Kunststoff auf der federnden Bremsbacke gebildet wird, wobei die Auflage vorzugsweise eine Stärke von höchstens 1 mm aufweist und als auswech­ selbares Verschleißteil ausgebildet ist.

5. Webmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Projektils in der Fangbremse gegenüberliegende federnde Bremsbacken (11, 17, 21) vorge­ sehen sind.

6. Webmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei federnde Bremsbacken hintereinander angeordnet sind.

7. Webmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Bremsbacke durch ein Stanz-Biegeteil (28, 29) gebildet wird.

8. Webmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Form der Bremsbacke durch einen metal­ lischen Bremsschuh (62, 69) kombiniert mit einer faserver­ stärkten Kunststoffeder (61, 67) gebildet wird.

9. Webmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangbremse eine Kühlvorrichtung sowohl zur Ableitung der entstehenden Bremswärme als auch zur Reduktion lokaler Temperaturspitzen aufweist, bei der ein Kühlmittel durch Transport und/oder Führungsmittel (31, 32, 33, 36, 37) in einem Strom in die Nähe der Bremsflä­ chen geführt wird.

10. Webmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel an den Bremsbacken in metallischen Kanälen bzw. Rohren geführt ist, welche in wärmeleitendem Kontakt mit den Bremsbacken stehen.