DE4238815A1 - Verfahren zum Herstellen einer Spule zum Aufwickeln von Garnen und entsprechend hergestellte Spule - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen ei­ ner Spule zum Aufwickeln von Garnen, die ein Kernrohr und zwei an dessen Enden angeordnete Flansche aufweist, die wie das Kernrohr aus einer Leichtmetallegierung bestehen.

Es ist bekannt, eine derartige Spule aus drei Teilen herzustel­ len, nämlich aus einem Aluminiumrohr und aus zwei Scheiben, die mit den Rohrenden verbunden werden und dann die Spulenflansche bilden. Dabei können die Scheiben axial bis an eine Anschlag­ schulter auf das Rohr aufgeschoben und in dieser Stellung durch Umbördeln der Rohrenden festgelegt sein. Eine andere Befesti­ gungsmethode besteht darin, jede Scheibe mit einem zentralen einstückig angeformten hülsenartigen Lagerfortsatz zu versehen, der in ein Rohrende eingreift und mit diesem verschraubt ist (DE-OS 31 43 205).

Derartige Verbindungsmaßnahmen sind wegen der hohen Festig­ keitsanforderungen an Garnspulen problematisch. Das unter Zug­ spannung aufgewickelte Garn belastet die Spulenflansche mit ei­ nem vergleichsweise hohen Axialdruck, was insbesondere bei auf­ gewickeltem Elastikgarn gilt. Hinzu kommen spezielle Fe­ stigkeits- und Präzisionsanforderungen auf Grund des Einsatzes in Hochleistungs-Textilmaschinen, wo die Spulen mit extrem ho­ hen Drehzahlen umlaufen. Daher ist ein frühzeitiges Lockern der Scheibenverbindungen zu befürchten, wobei sich im Falle der üb­ lichen Bördelverbindung Schwierigkeiten auch aus der Sprödig­ keit und Brüchigkeit des kalt verformten Rohrwerkstoffs erge­ ben. Schließlich kommt es bei derartigen Spulen auch zu Be­ triebsstörungen durch Einklemmen des aufgewickelten Garns oder Fadens, weil unter dem axialen Wickeldruck die Scheiben sich verformen und sich spaltbildend vom Axialanschlag im Umfangsbe­ reich des Kernrohrs abheben können.

Aus diesen Erwägungen heraus wurde eine Spule entwickelt, die ohne Verbindungsmaßnahmen im Übergangsbereich zwischen dem Kernrohr und den Flanschen auskommt (DE-PS 39 08 223). Dazu werden aus einer hochwertigen Aluminiumlegierung (AlZnMgCu-Le­ gierung) niedriger Festigkeit (Festigkeitsklasse F 22) durch Fließpressen einstückige Spulenteile geformt, die jeweils einen Flansch und ein Kernrohr von halber Länge aufweisen. Jeweils zwei solcher gleichgeformten Spulenteile werden zunächst durch Ausglühen gehärtet und dann zu einer Spule stumpf zusammenge­ schweißt, worauf eine weitere Kalt- oder Warmaushärtung er­ folgt, so daß die noch einer spanabhebenden Endbearbeitung un­ terzogene fertige Spule eine hohe Festigkeit (Festigkeitsklasse F 50) aufweist.

Mit diesen aus zwei Teilen zusammengesetzten Spulen gelingt es zwar, den Festigkeitsanforderungen weitgehend zu entsprechen, jedoch ist der zugehörige Herstellungsaufwand vergleichsweise hoch. Die auf kaltem Wege unter hohem Druck durchgeführte Fließpreßverformung erfordert aufwendige Formwerkzeuge sowie Austauschteile für die verschiedenen Spulengrößen. Im übrigen ist nicht ersichtlich, daß bei dem bekannten Verfahren von den Kernrohrabmessungen entsprechenden rohrförmigen Rohlingen aus­ gegangen wird, die preiswert erhältlich sind und nur eine Ver­ formung im Flanschbereich erfordern. Schließlich trägt auch die Herstellung aus 2 Teilen mit deren Verschweißung zum Herstel­ lungsaufwand bei.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine den auftretenden Beanspruchungen und Anforderungen genügende Garnspule auf einfache Weise kostengünstig herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spule aus einem ungehärteten Leichtmetallrohr hergestellt wird, dessen beide Rohrenden konisch aufgeweitet werden, die aufge­ weiteten Rohrenden erwärmt und durch Drücken bis in eine Ra­ dialebene zu Spulenflanschen verformt werden, worauf der ein­ stückige Spulenrohling unter Erhöhung der Oberflächenhärte zu­ mindest in Teilbereichen vergütet und abgedreht wird.

Charakteristisch für die Erfindung ist somit die einstückige Herstellung der Spule aus einem einzigen Teil, nämlich einem Rohrstück vergleichsweise geringer Härte und mit einem dem Kernrohr der Spule entsprechenden Durchmesser als Rohling, so­ wie die schrittweise Formung der Flansche, wobei nicht nur mit Druck, sondern auch mit Wärme gearbeitet wird. Daraus folgt, daß trotz der für ein Aufweiten und ein Drücken erforderlichen Qua­ lität der Leichtmetallegierung diese vergleichsweise günstig in Form von marktgängigen stranggepreßten Rohren bezogen werden kann. Das Aufweiten und Drücken läßt sich mit Werkzeugen durch­ führen, die im Vergleich zum Fließpressen einfacher sind und universeller ohne enge Bindung an bestimmte Größen eingesetzt werden können. Infolge der Einstückigkeit der Spule entfallen Verbindungsmaßnahmen wie Schweißen oder Schrauben. Die in der vorgenannten Weise durchgeführte Bearbeitung vermeidet Rißbil­ dungen und kritische Materialschwächungen in den Flanschberei­ chen und führt in Verbindung mit dem verwendeten Werkstoff und der Vergütung nach dem Verformen zu einer hohen Festigkeit, die eine lange Lebensdauer der Spule auch bei hohen Belastungen ge­ währleistet.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Herstellungs­ verfahrens sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Garnspule mit einem Kernrohr und zwei an dessen Enden angeordneten Flanschen, die wie das Kernrohr aus einer Leichtmetallegierung bestehen. Diese Garnspule ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine ein­ stückige Ausbildung aus einem Rohrstück mit durch Verformung ausgebildeten Flanschen und verformten Übergangsbereichen zwi­ schen den Flanschen und dem Kernrohr. Eine derartige Spule ver­ körpert die vorgenannten Vorteile der Erfindung, insbesondere wenn sie zweckmäßigerweise zumindest in beanspruchten Bereichen ihrer Oberfläche eine Härtebeschichtung aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 bis 4 jeweils in einem Vertikalschnitt das Aufweiten der beiden Enden des Leichtmetallrohrs mittels dazu vorgesehener Werkzeuge;

Fig. 5 bis 8 teils im Vertikalschnitt und teils in perspekti­ vischer Darstellung das Geraddrücken der aufge­ weiteten Rohrenden zu Flanschen mittels dazu vorgesehener Werkzeuge; und

Fig. 9 in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellung das gleichzeitige Geraddrücken beider aufgeweiteter Rohren­ den mittels eines entsprechenden Doppeldrückwerkzeugs.

Das in Fig. 1 dargestellte Leichtmetallrohr 1 von kreisförmi­ gem Querschnitt bildet das Ausgangsteil für die herzustellende Spule. Verarbeitet wird ein im Handel erhältliches ungehärtetes Rohr aus Aluminiumlegierung in der Zusammensetzung AlZnMgCu 0,5 oder AlZnNgCu 1,5. Der Rohraußendurchmesser kann beispielsweise 36, 40 oder 45 mm betragen. Die Wandstärke des Leichtmetall­ rohrs kann beispielsweise 4 mm bis 8 mm oder mehr betragen.

Wie dargestellt wird das auf eine vorbestimmte Länge geschnitte Leichtmetallrohr 1 in eine dem Rohraußendurchmesser angepaßte becherförmige Matrize 2 eingestellt, die auf einem Auflagetisch 3 steht. Das in der Matrize 2 angeordnete Leichtmetallrohr 1 steht mit einem Rohrende 4 nach oben über die Matrize 2 mit ei­ ner Länge vor, die der radialen Breite der auszubildenden Spu­ lenflansche angepaßt ist. Diese können beispielsweise Außen­ durchmesser von 86, 92 oder 105 mm aufweisen.

Über der Matrize 2 ist wie dargestellt ein Stempel 5 mit einem Aufweitungskonus 6 zentriert, der gemäß Pfeil 7 absenkbar ist und dabei mit dem Aufweitungskonus 6 in das Rohrende 4 ein­ dringt und dieses zu einem Trichterende 8 aufweitet, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei kann der Aufweitungswinkel a ge­ genüber der Rohrachse 9 beispielsweise zwischen 200 und 400 be­ tragen. Er wird in Abhängigkeit vom Werkstoff des Leichtmetall­ rohrs 1 möglichst groß aber doch nur so groß gewählt, daß beim Verformen keine Schäden am Leichtmetallwerkstoff wie Risse oder dergleichen auftreten. Es kann mit einer über den Stempel 5 aufgebrachten Aufweitungskraft von beispielsweise 5 bis 8 to gearbeitet werden.

Nach dem Abheben des Stempels 5 wird das bleibend verformte Trichterrohr 10 der Matrize 2 entnommen und mit dem Trich­ terende 8 nach unten auf einen Stützkonus 11 gestellt, der an Stelle der Matrize 2 unter dem Stempel 5 auf dem Auflagetisch 3 angeordnet wird, wie es Fig. 3 zeigt. Danach wird eine vertikal in zwei Backen 12 und 13 geteilte, der Form des Trichterrohrs 10 angepaßte Matrize 14 an das Trichterrohr 10 angelegt und fest geschlossen, wobei jetzt das andere Rohrende 15 in der ra­ dialen Flanschbreite angepaßter Länge über die Matrize 14 nach oben vorsteht.

Erneut wird nun der Stempel 5 abgesenkt, wobei der Aufweitungs­ konus 6 in das Rohrende 15 eindringt und auch dieses zu einem Trichterende 16 verformt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Somit ist aus dem Leichtmetallrohr 1 ein Doppeltrichterrohr 17 ent­ standen.

Das Doppeltrichterrohr 17 wird auf einer Drückbank 18 weiter­ verformt und dazu entsprechend Fig. 5 in eine Drehhalterung 19 mit zwei Spannbacken 20 und 21 eingespannt, wobei die Achse des Doppeltrichterrohrs 17 mit der Rotationsachse der Drehhalterung zusammenfällt. Die Spannbacken 20 und 21 sind jeweils über einen Träger 22 mit einem Stützfuß 23 an einem Widerlager abge­ stützt.

Da die weitere Verformung durch Drücken als Warmverformung durchgeführt wird, wird das Doppeltrichterrohr 17 entweder be­ reits vor dem Einspannen in die Halterung 19 erwärmt und/oder nach dem Einspannen örtlich erwärmt, beispielsweise durch An­ blasen mit Heißluft. Diese in der Zeichnung nicht dargestellte Erwärmung erfolgt beispielsweise auf 150 bis 250°C. Eine Erwär­ mung bis auf ca. 200°C ist zumeist geeignet, um - in Abhängig­ keit vom speziellen Werkstoff des Leichtmetallrohrs 1 - die weitere Verformung ohne übermäßig hohe Drückkraft und ohne Schäden wie Risse durchführen zu können.

An der Drückbank 18 ist eine Drückrolle 24 vorgesehen, die ge­ mäß Pfeil 25 in das Trichterende 8 bis nahe an die den klein­ sten Trichterdurchmesser aufweisende Radialebene eingefahren wird. Pfeil 25 deutet auch die Axialrichtung an, in der die Drückkraft aufgebracht wird, während die Drückrolle 24 gemäß Pfeil 26 radial von innen nach außen verlagert wird und dabei an der sich mit der Halterung 19 drehenden Wand des Trichteren­ des 8 angreift. Dabei wird das Trichterende 8 zu einem radialen Flansch 27 verformt (Fig. 6), so daß nunmehr ein Flanschtrich­ terrohr 28 entstanden ist.

Dieses Flanschtrichterrohr 28 wird dann in gewendeter Stellung in die Drehhalterung 19 eingesetzt, worauf das Trichterende 16 in entsprechender Weise mittels der Drückrolle 24 zu einem Flansch 29 verformt wird, wie es die Fig. 7 und 8 veran­ schaulichen. Nach diesem Verformungsvorgang liegt ein Spulen­ rohling 30 mit einem Kernrohr 31 und den beiden Flanschen 27 und 29 vor.

Fig. 9 veranschaulicht, daß mittels einer Drückbank 32 in sym­ metrischer Doppelausbildung mit zwei entgegengesetzt wirkenden Drückrollen 33 und 34 die beiden Trichterenden 8 und 16 des Doppeltrichterrohrs 17 gleichzeitig zu Flanschen verformt wer­ den können, wobei die beiden Drückrollen nach ihrer axialen Einstellung gemeinsam radial verlagert werden und die gemäß den Pfeilen 35 und 36 aufgebrachten Drückkräfte sich gegenseitig ausgleichen, so daß mit einer einfacheren Drehhalterung 37 ge­ arbeitet werden kann.

In der vorstehend beschriebenen Weise werden nicht gehärtete bzw. durch Ausglühen veredelte Leichtmetallrohre 1 (Festigkeitsklasse etwa F 20 bis F 38) verarbeitet. Bei höherer Festigkeit bzw. gehärtetem oder vergütetem Werkstoff wären die beschriebenen Verformungen nicht durchführbar. Deshalb wird der Spulenrohling 30 nachträglich vergütet, gegebenenfalls durch Aufbringen einer Härtebeschichtung, so daß eine Festigkeits­ klasse von F 48 bis F 58 erreicht wird. Das entspricht einer Brinellhärte von 150 oder mehr, wodurch späteren betriebsbe­ dingten Schäden an der Spule, namentlich Kerbschlägen an den hochempfindlichen Flanschen 27 und 28, wirksam begegnet wird. Gegebenenfalls kann die Oberflächenvergütung auf die besonders beanspruchten und verschleißgefährdeten Spulenbereiche be­ schränkt werden.

Außerdem wird der Spulenrohling 30 sowohl am Außenumfang wie am Innenumfang auf einer Drehbank bearbeitet, damit enge Toleran­ zen (0,02 bis 0,05 mm im Lagerbohrungsbereich) eingehalten, Un­ wuchten vermieden und ein exakter Rundlauf sichergestellt wer­ den. Damit ist eine fertige Spule hergestellt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen einer Spule zum Aufwickeln von Garnen, die ein Kernrohr (31) und zwei an dessen Enden an­ geordnete Flansche (27, 29) aufweist, die wie das Kernrohr (31) aus einer Leichtmetallegierung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (30) aus einem ungehärteten Leichtmetallrohr (1) hergestellt wird, dessen beide Rohren­ den (4, 15) konisch aufgeweitet werden, die aufgeweiteten Rohrenden (8, 16) erwärmt und durch Drücken bis in eine Ra­ dialebene zu Spulenflanschen (27, 29) verformt werden, wo­ rauf der einstückige Spulenrohling (30) unter Erhöhung der Oberflächenhärte zumindest in Teilbereichen vergütet und abgedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden (4, 15) auf einen Winkel von 20° bis 40° ihrer Mantellinien gegenüber der Rohrachse (9) aufgeweitet wer­ den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeweiteten Rohrenden (8, 16) bei einer Tempera­ tur zwischen 150° und 250°C durch Drücken verformt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenrohling (30) auf eine Brinell-Härte von 150 oder mehr gehärtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenrohling (30) beschichtet und dadurch mit der gewünschten Oberflächenhärte versehen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Leichtmetallrohr (1) ein Rohr aus einer Aluminiumlegierung eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung eine AlZnMgCu-Legierung ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Leichtmetallrohr (1) mit einer Wandstärke von mindestens 4 mm ausgegangen wird.

9. Garnspule, insbesondere hergestellt nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, mit einem Kernrohr (31) und zwei an dessen En­ den angeordneten Flanschen (27, 29), die wie das Kernrohr (31) aus einer Leichtmetallegierung bestehen, gekennzeichnet durch eine einstückige Ausbildung aus einem Rohr (1) mit durch Verformung ausgebildeten Flanschen (27, 29) und verformten Übergangsbereichen zwischen den Flan­ schen (27, 29) und dem Kernrohr (31).

10. Garnspule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest in beanspruchten Bereichen ihrer Oberfläche eine Härtebeschichtung aufweist.