DE4416184A1

DE4416184A1 - Contact roller

Info

Publication number: DE4416184A1
Application number: DE4416184A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jochen Schulz
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1994-11-17
Also published as: JPH0748069A

Abstract

A contact roller for a high-speed winding head, in which the roller casing 6 is clamped between two flanges 2, 3 having axial bearing journals 4, 5, is described. The roller casing is a composite body which consists of a fibre-reinforced plastic tube 7 and of a shrunk-on thin metal sleeve (8). As a result, the contact roller can be produced with a substantially reduced mass and, during winding operation, the acceleration and braking times become very much shorter. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktwalze in einem Hoch geschwindigkeitsspulkopf zum Aufwickeln von endlosen Filamenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Kontaktwalze ist bekannt.The invention relates to a contact roller in a high speed winding head for winding endless filaments the preamble of claim 1. Such a contact roller known.

Hochgeschwindigkeitsspulköpfe sind bekannt mit Umfangsantrieb oder Achsantrieb. Beim Umfangsantrieb liegt eine mit konstanter Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit angetriebene Kontaktwalze reibschlüssig an der Oberfläche einer auf einem Spannfutter aufgespannten Spulen hülse bzw. einer oder mehrerer sich bildenden Spule(n) an. Beim Achsantrieb dagegen wird eine Spulspindel mit der/den aufgespannten Spulenhülse(n) direkt und mit sich ändernder Drehzahl angetrieben, während an der Oberfläche einer Spulenhülse bzw. mindestens einer sich bildenden Spule eine Tast- oder Meßwalze anliegt, deren Ge schwindigkeit zur Drehzahlsteuerung des Spindelantriebs verwendet wird.High-speed winding heads are known with circumferential drive or Final drive. The peripheral drive has a constant speed or peripheral speed driven contact roller frictionally on the surface of a spool mounted on a chuck sleeve or one or more forming coil (s). At the Axle drive, on the other hand, is a winding spindle with the one or more clamped Coil tube (s) driven directly and with changing speed, while on the surface of a coil tube or at least one Forming coil bears a sensing or measuring roller, the Ge speed used to control the speed of the spindle drive becomes.

Die bekannten Kontaktwalzen für Hochgeschwindigkeitsspulköpfe sind wegen der hohen Drehzahlen und der damit verbundenen hohen mechanischen Belastungen als dickwandige oder massive Metallzylinder ausgebildet und weisen eine hohe Massenträgheit auf. Nachteilig ist hierbei, daß die Einrichtungen zum Beschleunigen und Abbremsen der Kontaktwalze groß dimensioniert werden müssen und deshalb sehr aufwendig sind. Auch ist es im Betrieb nachteilig, daß die Beschleuni gungszeit, die nötig wird, um die Kontaktwalze auf eine gewünschte Umfangsgeschwindigkeit zu bringen, und die Bremszeit, um die Kon taktwalze im Störfall von der Betriebsgeschwindkeit bis zum Stillstand abzubremsen, sehr lang sind.The known contact rollers for high-speed winding heads are because of the high speeds and the associated high mechanical loads as thick-walled or solid metal cylinders trained and have a high inertia. The disadvantage is here that the facilities for accelerating and braking the Contact roller must be large and therefore very large are expensive. It is also disadvantageous in operation that the acceleration time that is necessary to get the contact roller to a desired one Bring peripheral speed, and the braking time to the Kon clock roller in the event of a malfunction from operating speed to standstill slow down, are very long.

Bei dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfin dung, eine Kontaktwalze der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, die für sehr hohe Aufspulgeschwin digkeiten bis etwa 10.000 m/min. geeignet ist und die dazu nur kurze Beschleunigungs- und Bremszeiten benötigt.With the described prior art, it is the task of the inventor dung, a contact roller in the preamble of claim 1 Provide specified type that for very high winding speed speeds up to about 10,000 m / min. is suitable and only short Acceleration and braking times required.

Die angegebene Aufgabe wird durch eine Kontaktwalze mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The specified task is carried out by a contact roller with the Drawing features of claim 1 solved.

Durch die vorgesehene Verbundbauweise werden einerseits die Vorteile einer geringen Masse bei hoher mechanischer Belastbarkeit und Steifigkeit sowie günstigem Schwingungs- und Stoßverhalten eines faserverstärkten Kunststoffrohres erhalten und angewandt. Andererseits ergibt sich die Möglichkeit, mit geringem baulichen Aufwand die wirksame Arbeitsfläche der Kontaktwalze und deren Eigenschaften durch eine geeignete Materialauswahl hinsichtlich Verschleiß- und Reibverhalten, Oberflächengüte und -struktur etc. wesentlich zu beein flussen und bei Bedarf ohne kompliziertes Nachwuchten der gesamten Kontaktwalze im Betrieb auszutauschen. Dies ist möglich geworden, da die vorgesehene, dünnwandige Hülse bei einer Wandstärke von höch stens 0,5 und vorzugsweise 0,125 bis 0,25 mm in sich weitgehend homogen ist und bei nahtloser Herstellung die Gefahr einer ungleichen Masseverteilung mit entsprechender Unwuchtbildung im wesentlichen ohne Bedeutung ist.On the one hand, the advantages provided by the proposed composite construction a low mass with high mechanical strength and Rigidity and favorable vibration and impact behavior of a fiber-reinforced plastic pipe received and applied. On the other hand the possibility arises with little construction effort effective working surface of the contact roller and its properties through a suitable choice of materials with regard to wear and tear To significantly influence friction behavior, surface quality and structure etc. flow and if necessary without complicated balancing of the whole Exchange contact roller during operation. This has become possible because the intended thin-walled sleeve with a wall thickness of maximum at least 0.5 and preferably 0.125 to 0.25 mm largely in itself is homogeneous and with seamless production there is a risk of unequal Mass distribution with corresponding unbalance essentially is meaningless.

Die Faserverstärkung des Kunststoffrohres kann durch hochfeste Aramid- oder Kohlenstoffasern erfolgen. Diese können in eine ge eignete Kunststoffmatrix, beispielsweise aus Epoxidharz, thermoplasti schem Polyester, Polyimid oder dergleichen eingebettet sein. Sie werden als Stapelfasern mit einer Stapellänge zwischen 5 und 50 mm oder bevorzugt als Endlosfilamente eingebracht. Hierzu sind die bekannten Herstellungsverfahren wie Strangpressen oder die bekannte Filam entwickeltechnik geeignet. Ebenso sind Fertigungsverfahren möglich, bei denen die Verstärkungsfasern in Form von Geweben oder vorgeformten Flächengebilden (Prepreg) eingebracht werden.The fiber reinforcement of the plastic pipe can be made by high-strength Aramid or carbon fibers are made. These can be in a ge suitable plastic matrix, for example made of epoxy resin, thermoplastic chemical polyester, polyimide or the like. you will be as staple fibers with a staple length between 5 and 50 mm or preferably introduced as continuous filaments. For this, the known ones Manufacturing processes such as extrusion or the well-known Filam suitable for development technology. Manufacturing processes are also possible at which the reinforcing fibers in the form of woven or preformed Sheets (prepreg) are introduced.

Da der Grundkörper der Kontaktwalze, der durch das faserverstärkte Rohr gebildet ist, in sich nicht völlig homogen ist, wird in Weiterbil dung der Erfindung vorgeschlagen, die endseitigen Flansche der Kontaktwalze aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung herzustellen, da hierdurch eine verbesserte Möglichkeit besteht, die Kontaktwalze im zusammengebau ten Zustand auszuwuchten.Because the main body of the contact roller, which is reinforced by the fiber Pipe is formed, is not completely homogeneous in itself, is in Weiterbil extension of the invention proposed the end flanges of Contact roller made of metal, especially aluminum or one To produce aluminum-magnesium alloy, as a result there is an improved possibility of assembling the contact roller balancing the condition.

Die Endflausche bilden sodann die Verbindung zwischen dem Rohr und den Lagerzapfen.The end bottle then forms the connection between the tube and the bearing journal.

Eine konstruktiv bevorzugte Ausbildung der endseitigen Flansche der Kontaktwalze ist in Anspruch 7 angegeben. Diese Lösung hat den besonderen Vorteil, daß die Flansche einen axialen Anschlag bilden, bis zu dem sie in den Walzenmantel hineingesteckt und mit der Innenfläche des Walzenmantels verbunden, beispielsweise geklemmt oder verklebt werden. Der zweite Umfangsbereich, der mit dem axialen Anschlag - in axialer Richtung gesehen - beginnt, erstreckt sich jeweils bis ans Ende der Kontaktwalze und bildet dort eine Stützfläche für die als Hülse ausgebildete Arbeitsfläche der Kontaktwalze.A constructively preferred design of the end flanges Contact roller is specified in claim 7. This solution has the special advantage that the flanges form an axial stop, up to which it is inserted into the roller shell and with the Connected inner surface of the roll shell, for example clamped or be glued. The second circumferential area, that with the axial Stop - seen in the axial direction - begins, extends in each case to the end of the contact roller and there forms a support surface for the Working surface of the contact roller designed as a sleeve.

Bevorzugt ist der endseitige Flansch topfförmig ausgebildet und auf seinem Umfang münden mehrere radiale Bohrungen, die mit dem Topfinnenraum verbunden sind. Durch einen geeigneten Adapter, der in den topfförmigen Flansch eingepaßt und am Umfang durch einen Rundschnurring (O-Ring) abgedichtet ist, wird Druckluft zugeführt, die radial durch die Umfangsbohrungen des Flansches abströmen kann. Die aufgeschobene, dünnwandige Hülse wird dadurch in Umfangsrichtung elastisch etwas aufgeweitet und kann mit wenig Aufwand über die gesamte Länge des Kunststoffrohres in ihre endgültige Position ver schoben werden. Sie ist im wesentlichen eine dünne, nahtlos her gestellte Nickelhülse mit einer Wanddicke von mind. 150 µm, deren äußere Kontaktfläche in verschiedener Weise modifiziert sein kann, beispielsweise durch Aufbringung eines verschleißarmen Werkstoffes, wie Titannitrid, Silizium- oder Wolframkarbid oder durch Aufbringung einer Chromschicht, die je nach Bedarf matt oder poliert ist. Derartige Strukturen können mit an sich bekannten Arbeitsverfahren wie Plasma beschichtung, Elektronenimplantation, CVD (chemical vapour deposi tion), PVD (physical vapour deposition), galvanischen Beschichtungsver fahren und dergleichen aufgebracht werden. Dabei liegt die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zum Aufbringen der Be schichtung oder zur Veränderung der Eigenschaften der äußeren Kontaktfläche der Walze im Rahmen des Fachwissens des Fachmannes dieses Sachgebietes.The end flange is preferably cup-shaped and on Its circumference opens several radial bores, which with the Pot interior are connected. With a suitable adapter that fitted into the cup-shaped flange and by a circumference Round cord ring (O-ring) is sealed, compressed air is supplied to the can flow radially through the circumferential bores of the flange. The this pushes on the thin-walled sleeve in the circumferential direction slightly elastic and can be expanded with little effort ver entire length of the plastic tube in its final position be pushed. It is essentially a thin, seamless one provided nickel sleeve with a wall thickness of at least 150 microns, the outer contact surface can be modified in different ways, for example by applying a low-wear material, such as titanium nitride, silicon or tungsten carbide or by deposition a chrome layer, which is matt or polished as required. Such Structures can be created using known working methods such as plasma coating, electron implantation, CVD (chemical vapor deposi tion), PVD (physical vapor deposition), galvanic coating ver drive and the like are applied. The choice is yours a suitable method for applying the Be stratification or to change the properties of the external Contact surface of the roller within the scope of the specialist's knowledge of this subject.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese anhand eines in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.To illustrate the invention, this is based on one in the single drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt eine Kontaktwalze eines Hochgeschwindigkeits spulkopfes gemäß der Erfindung im Längsschnitt, wobei diese in ihrem mittleren Arbeitsbereich unterbrochen gezeichnet ist. Die Walze kann üblicherweise eine Länge bis zu 1,2 m oder ggf. länger haben.The drawing shows a contact roller of a high speed Spulkopfes according to the invention in longitudinal section, these in their middle work area is drawn interrupted. The roller can usually have a length of up to 1.2 m or longer.

Die Kontaktwalze 1 besteht aus den beiden endseitigen Flanschen 2 und 3 mit den angeformten, in Achsrichtung abstehenden Lagerzapfen 4, 5 zur drehbaren Lagerung der Kontaktwalze 1 im Gehäuse des nicht näher dargestellten Hochgeschwindigkeitsspulkopfes und dem zwischen den Flanschen 2, 3 einge spannten Walzenmantel 6. Ein solcher Hochgeschwindigkeitsspulkopf ist beispielsweise in der EP-374536 A2 beschrieben.The contact roller 1 consists of the two end flanges 2 and 3 with the integrally formed, projecting in the axial direction bearing pins 4 , 5 for the rotatable mounting of the contact roller 1 in the housing of the high-speed winding head, not shown, and the roller jacket 6 clamped between the flanges 2 , 3 . Such a high-speed winding head is described for example in EP-374536 A2.

Der Walzenmantel ist gemäß der Erfindung ein Verbundkörper und besteht aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunstharzrohr 7 (Polyester- oder Epoxy-Harz) und einer auf geschrumpften, dünnen Nickelhülse 8 mit einer verschleißarmen Kon taktfläche, die durch Plasmabeschichtung aufgetragen ist. Die beiden aus Aluminum-Magnesium-Silizium-Legierung bestehenden Endflansche 2, 3 haben jeweils einen ersten axialen Umfangsbereich 21, 31, der in den Walzenmantel 6 axial bis zu einem Anschlag 22, 32 hineingepreßt und mit der Innenfläche des Rohres 7 verbunden, beispielsweise verklebt ist. Hierzu ist der Durchmesser der Umfangsbereiche 21, 31 der Flansche 2, 3 mit geringem Übermaß bis auf den Rohrinnendurch messer abgedreht. Ein zweiter Umfangsbereich 23, 33 erstreckt sich von dem Anschlag 22 bzw. 32 axial nach außen und umgibt ringförmig die Lagerzapfen 4, 5. Dieser Umfangsbereich hat einen kreiszylindrischen Außendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des Kunststoff rohres 7 ist, so daß im Bereich der Anschläge 22, 32 ein stufenloser Übergang von dem Außendurchmesser des Rohres 7 auf den Außen durchmesser des Flansches 2, 3 im zweiten Umfangsbereich 23, 33 erfolgt. Dadurch liegt die Hülse 8 über ihre gesamte Länge an dem Rohr 7 und der Umfangsfläche der an beiden Enden des Rohres angrenzenden Flansche 2, 3 an und wird durch diese Flächen abgestützt.The roll shell is a composite body according to the invention and consists of a fiber-reinforced, in particular carbon fiber-reinforced synthetic resin tube 7 (polyester or epoxy resin) and on a shrunk, thin nickel sleeve 8 with a low-wear con tact surface, which is applied by plasma coating. The two end flanges 2 , 3 made of aluminum-magnesium-silicon alloy each have a first axial peripheral region 21 , 31 , which is pressed axially into the roller shell 6 up to a stop 22 , 32 and connected, for example glued, to the inner surface of the tube 7 is. For this purpose, the diameter of the peripheral regions 21 , 31 of the flanges 2 , 3 is turned with a slight oversize to the inside diameter of the tube. A second circumferential region 23 , 33 extends axially outward from the stop 22 or 32 and surrounds the bearing pins 4 , 5 in an annular manner. This peripheral region has a circular cylindrical outer diameter which is equal to the outer diameter of the plastic tube 7 , so that in the area of the stops 22 , 32 a smooth transition from the outer diameter of the tube 7 to the outer diameter of the flange 2 , 3 in the second peripheral region 23 , 33 he follows. As a result, the sleeve 8 bears over its entire length against the tube 7 and the peripheral surface of the flanges 2 , 3 adjoining both ends of the tube and is supported by these surfaces.

Zum Aufziehen der dünnwandigen Hülse 8 auf die Kontaktwalze 1 weist der zweite Umfangsbereich 23 des Flansches 2 umfangsverteilte Radialbohrungen 24 auf, die in den Ringraum 25 des Flansches 2 münden, der zwischen Lagerzapfen 4 und dem Umfangsbereich 23 der Flansches 2 gebildet ist. Mit einem nicht dargestellten Adapter, der durch Rundschnurdichtungen am Umfang gegen den Innenrand 26 des Umfangsbereiches 23 des Flansches abgedichtet ist, wird Druckluft zugeführt, die durch die Bohrungen 24 aus dem Ringraum 25 ab strömt. Die über eine kurze axiale Fase des Flansches 2 auf dessen Umfangsbereich 23 aufgeschobene Hülse wird elastisch radial aufgewei tet, sobald die Bohrungen 24 abgedeckt sind. Auf dem zwischen Flansch 2, 3 und Rohroberfläche 7 ausgebildeten Luftpolster läßt die Hülse sich dann in die gewünschte Endlage verschieben. Bei Abnahme des Adapters vom Flansch 2 wird die elastische Radialdehnung der Hülse 8 rückgängig gemacht und die Hülse 8 haftet mit einer sich durch die festgelegten Toleranzen ergebenden Vorspannung auf ihren Stützflächen.To pull the thin-walled sleeve 8 onto the contact roller 1 , the second circumferential region 23 of the flange 2 has circumferentially distributed radial bores 24 which open into the annular space 25 of the flange 2 , which is formed between the bearing journal 4 and the circumferential region 23 of the flange 2 . With an adapter, not shown, which is sealed by round cord seals on the circumference against the inner edge 26 of the circumferential region 23 of the flange, compressed air is supplied, which flows out of the annular space 25 through the bores 24 . The sleeve pushed over a short axial chamfer of the flange 2 onto its peripheral region 23 is elastically radially expanded as soon as the bores 24 are covered. The sleeve can then be moved into the desired end position on the air cushion formed between flange 2 , 3 and tube surface 7 . When the adapter is removed from the flange 2 , the elastic radial expansion of the sleeve 8 is reversed and the sleeve 8 adheres to its support surfaces with a prestress resulting from the defined tolerances.

Wegen der hohen Drehzahlen der Kontaktwalze während ihres Betriebs einsatzes wird die Kontaktwalze 1 ausgewuchtet. Dazu können am Boden der Ringräume 25 beider Flansche 2, 3 Materialausnehmungen (Bohrungen) vorgesehen werden oder es können an den Innenrändern 26 der Flansche 2, 3 Zusatzgewichte angebracht werden, deren Lage sich aus einer Anzeige auf der Wuchtmaschine ergibt.Because of the high speeds of the contact roller during use, the contact roller 1 is balanced. For this purpose, material recesses (bores) can be provided on the bottom of the annular spaces 25 of both flanges 2 , 3 , or additional weights can be attached to the inner edges 26 of the flanges 2 , 3 , the position of which results from a display on the balancing machine.

BezugszeichenlisteReference list

1 Kontaktwalze
2 Flansch
3 Flansch
4 Lagerzapfen
5 Lagerzapfen
6 Walzenmantel
7 Kunststoffrohr, Rohr
8 Hülse
21 erster Umfangsbereich (Flansch 2)
22 Anschlag
23 zweiter Umfangsbereich (Flansch 2)
24 Radialbohrung
25 Ringraum
26 Innenrand
31 erster Umfangsbereich (Flansch 3)
32 Anschlag
33 zweiter Umfangsbereich (Flansch 3). 1 contact roller
2 flange
3 flange
4 bearing journals
5 journals
6 roller shell
7 plastic tube, tube
8 sleeve
21 first peripheral region (flange 2 )
22 stop
23 second peripheral region (flange 2 )
24 radial bore
25 annulus
26 inner edge
31 first peripheral region (flange 3 )
32 stop
33 second peripheral region (flange 3 ).

Claims

1.Contact roller ( 1 ) in a high-speed bobbin for winding endless filaments, in which the roller is in surface contact with a bobbin tube or a bobbin forming and is rotatably supported at its two ends in a traversing housing and the roller consists of two end flanges ( 2 , 3 ) with bearing pin ( 4 , 5 ) and a thin, between the end flanges ( 2 , 3 ) clamped, in cross-section cylindrical cylindrical roller jacket ( 6 ), characterized in that the roller jacket ( 6 ) reinforced a composite body made of a fiber plastic pipe (7) on one side and a thin-walled sleeve (8) on the other hand, the sleeve, the working surface of the roller (1) forming (8) is pushed over the plastic pipe (7).

2. Roller according to claim 1, characterized in that the reinforcing fibers in the tube are high-strength aramid fibers.

3. Roller according to claim 1, characterized in that the reinforcing fibers in the tube are carbon fibers.

4. Roller according to claim 2 or 3, characterized in that the reinforcing fibers are staple fibers with a staple length between 5 and 50 mm, which are mixed into the plastic and common sam are pressed out and molded with the plastic.

5. Roller according to claim 2 or 3, characterized in that the reinforcing fibers in the form of continuous filaments or Continuous filaments manufactured sheet materials are introduced.

6. Roller according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the end flanges ( 2 , 3 ) made of metal, preferably light metal and in particular aluminum or an aluminum alloy.

7. Roller according to claim 6, characterized in that the flanges ( 2 , 3 ) have two peripheral regions ( 21 , 23 ; 31 , 33 ), with a first peripheral region ( 21 ; 31 ) which is in the tube ( 7 ) and one adjoining, second peripheral region ( 23 ; 33 ) which is of circular cylindrical design and whose outer diameter is equal to the outer diameter of the tube ( 7 ) and which forms an axial stop ( 22 , 32 ) for the tube ( 7 ), and that the sleeve ( 8 ) extends axially over the area of the tube ( 7 ) and the second peripheral area ( 23 ; 33 ) of the flanges ( 2 , 3 ).

8. Roller according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the sleeve ( 8 ) is a seamlessly manufactured, metallic tube with a wall thickness between 150 and 500, in particular between 150 and 250 µm.

9. Roller according to claim 8, characterized in that a working or contact surface made of a low-wear material is applied to the sleeve ( 8 ).

10. Roller according to claim 9, characterized in that the working or contact surface by plasma coating, elec tron implantation, electroplating or the like is applied to a metallic sleeve ( 8 ).

11. Roller according to claim 7, characterized in that the second circumferential region ( 23 ) of the flange ( 2 ) surrounds the bearing journal ( 4 ) over a partial length and that in the annular space ( 25 ) begin ning radial bores in the circumferential surface of the second circumferential region ( 23 ) of the flange ( 2 ).