DE60005792T2

DE60005792T2 - Fadenchangiervorrichtung mit nockenfolger zum wickeln einer spule

Info

Publication number: DE60005792T2
Application number: DE60005792T
Authority: DE
Inventors: V. Eugene GALLOWAY
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: DE60005792D1; CA2355638A1; BR0007711A; AU3350200A; WO2000044658A1; US6119973A; EP1149040A1; NO20013597L; NO20013597D0; ZA200105122B; EP1149040B1; KR20010101708A

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Glasfasern, inbesondere das Wickeln eines Glasfaserstrangs, um Faserspulen herzustellen. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Changiervorrichtung zum Hin- und Herbewegen eines Glasfaserstrangs entlang der Länge einer Glasfaserspule sowie einen Nockenstößel, der mit einer Nockentrommel in der Changiervorrichtung verwendet wird. Die Erfindung kann bei der Herstellung von Faserstrangerzeugnissen zur Verwendung als Verstärkung in Harz-Formgegenständen von Nutzen sein.
Mineralfasern werden bei einer Vielzahl von Erzeugnissen verwendet. Die Fasern können als Verstärkungen in Erzeugnissen wie Kunststoffformen, verstärktem Papier und Bandmaterial sowie Geweben verwendet werden. Während des Faserherstell- und Sammelprozesses werden zahlreiche Fasern als Strang gebündelt. Mehrere Stränge können gesammelt werden, um einen Roving zu bilden, der zum Verstärken einer Kunststoffform verwendet wird, um bei Erzeugnissen wie Kunststoff-Formerzeugnissen für eine Abstützung der Struktur derselben zu sorgen. Die Stränge können auch gewoben werden, um ein Gewebe herzustellen, oder sie können mit einem Zufallsmuster als Vlies gesammelt werden. Die Einzelstränge bestehen aus einer Ansammlung von Glasfasern oder sie können aus Fasern anderer Materialien bestehen, wie aus anderen mineralischen Materialien oder organischen Polymermaterialien. Auf die Fasern wird ein Schutzüberzug, oder eine Schlichte, aufgetragen, der es ihnen erlaubt, sich gegeneinander zu bewegen, ohne dass sie zerbrechen, wenn sie gesammelt werden, um einen Einzelstrang zu bilden.
Typischerweise werden kontinuierliche Fasern, wie Glasfasern, mechanisch aus einer Zuführeinrichtung für geschmolzenes Glas gezogen. Die Zuführeinrichtung verfügt über eine Bodenplatte, oder eine Ziehdüsenanordnung, die irgendetwas von 200 bis 10.000 Öffnungen aufweist. Beim Herstellprozess wird der Strang um eine sich drehende Trommel, oder eine Hülse, gewickelt, um eine Faserspule zu bilden, oder aufzubauen. Die fertiggestellte Faserspule besteht aus einem einzelnen, langen Strang. Es ist bevorzugt, dass die Faserspule auf eine solche Weise gewickelt wird, dass der Strang leicht abgewickelt werden kann, oder ablaufen kann. Es hat sich herausgestellt, dass ein Wickelmuster aus einer Reihe von Schraubengängen, die auf die Hülse aufgelegt sind, eine Faserspule bildet, die leicht ablaufen kann. Ein derartiges Schraubenmuster verhindert, dass benachbarte Strangschleifen oder -gänge miteinander verschweißen, sollte der Strang aus dem Auftragen des Schlichtematerials noch feucht sein. Die Schraubengänge werden um die Hülse gewickelt, wenn damit begonnen wird, die Faserspule aufzubauen. Auf die Außenfläche der Faserspule werden aufeinanderfolgende Gänge gelegt, wodurch der Faserspulendurchmesser kontinuierlich zunimmt, bis die Wicklung fertiggestellt ist, und die Faserspule von der Hülse abgezogen wird.
Eine Strang-Changiervorrichtung führt den Strang über die Außenfläche der Faserspule in der Längsrichtung hin und her, um jeden folgenden Gang aufzuspulen. Eine bekannte Strang-Changiervorrichtung, die zylindrische Faserspulen mit rechteckiger Berandung erzeugt, verfügt über einen Nocken mit einer Schraubennut, einen Nockenstößel, der innerhalb der Nut angeordnet ist und eine am Nockenstößel angebrachte Strangführung. Wenn sich der Nocken dreht, bewegen der Nockenstößel und die Strangführung den Strang über die Außenfläche der sich drehenden Faserspule in der Längsrichtung hin und her, um jeden aufeinanderfolgenden Gang aufzulegen.
Die 1 und 2 zeigen eine herkömmliche Wickeleinrichtung 5 mit einer Strangzufuhr 40. Fasern 43 werden von einer Anzahl von Mündungen 42 in einer Ziehdüsenanordnung 41 abgezogen und durch ein Sammelteil 45 zu einem Strang 44 gesammelt. Durch eine Schlichte-Auftrageinrichtung 46 wird Schlichte zum Beschichten der Fasern aufgetragen. Der Strang 44 wird in einer Wickelvorrichtung 30 auf eine sich drehende Hülse 41 aufgewickelt, um eine zylindrische Faserspule 20 aufzubauen.
Die Wickeleinrichtung 5 verfügt über eine Strang-Changiervorrichtung 10, die den Strang 44 über die Faserspulenfläche 21 seitlich hin und her führt, um den Strang in Gängen 24 auf die Faserspulenfläche zu legen. Die Strang-Changiervorrichtung 10 verfügt auch über einen zylindrischen Nocken 11 mit einer Schraubennut 12 mit gekrümmten Enden 13, der für Drehung um seine Achse 14 montiert ist. In der Nut 12 ist ein Nockenstößel 15 angeordnet. Der Nockenstößel 15 erstreckt sich ausgehend vom Nocken nach außen, und am Ende ist eine Strangführung 17 angebracht. In der Strangführung 17 ist eine Kerbe 18 zum Halten des Strangs 44 ausgebildet. Der Nockenstößel 10 ist an einer Drehung mit dem Nocken gehindert, so dass eine Drehung des Nockens dafür sorgt, dass der Nockenstößel der Schraubennut folgt und sich quer über die Faserspulenfläche bewegt.
Wie es schematisch in den 3A und 3B dargestellt ist, verfügt der Nockenstößel 15 über einen Nockennut-Eingriffsteil, oder ein "Boot", 16, der in die Nockennut 12 eingesetzt ist. Eine obere und eine Führung 51, 52 stoßen an die Ober- und die Unterseite des Nockenstößels 15, um ihn in den Tangentialrichtungen einzuschränken, wenn sich der Nocken 11 in der Richtung R dreht. Wenn sich der Nocken dreht, übt die Seitenwand der Nockennut 12 auf den Nockennut-Eingriffsteil 16 an dessen Kontaktpunkt mit der Nockennut eine Normalkraft F_N aus. Die Normalkraft F_N verfügt über eine Längskomponente F_L und eine Tangentialkomponente F_T. Die Längskomponente F_L drückt den Nockenstößel in der Längsrichtung nach rechts in der 3A, um für die gewünschte Funktion des Umsetzens der Drehung des Nockens 12 in eine Verschiebung des Nockenstößel 15 zu sorgen.
Der Nockenstößel und die ihn haltenden Konstruktionen müssen mehrere andere Funktionen ausüben, damit die Strang-Changiervorrichtung korrekt funktioniert. Erstens muss die Tangentialkomponente F_T der Normalkraft F_N entgegengesetzt sein, um zu verhindern, dass sich der Nockenstößel nach unten bewegt. Zweitens muss der Nockenstößel 15 radial eingeschränkt sein, um zu verhindern, dass er sich radial aus der Nockennut 12 herausbewegt. Drittens muss die gewünschte Ausrichtung des Stößels 15 in Bezug auf die Tangentialrichtung R (um z.B. die Kerbe 18 in der in der 3A dargestellten vertikalen Ausrichtung zu halten) erzielt und aufrecht erhalten werden. Viertens muss der Nockenstößel 15 in einer geeigneten Ausrichtung in Bezug auf die Längsachse L gehalten werden, um Drehbewegungen um die Achse L zu widerstehen (was unten erläutert wird). Wenn die Nockennut 12 sich selbst schneidet (d.h., wenn mehr als eine halbe Umdrehung des Nockens dazu erforderlich ist, dass der Nockenstößel über die gesamte Länge des Nockens läuft), muss der Nockennut-Eingriffsteil 16 länglich sein, um den Schnittpunkt zu überspannen (wie Schnittpunkte C in der 2). Für hohe Quergeschwindigkeiten, wie sie beim Strangwickeln wünschenswert sind, sollte der Nockenstößel über eine niedrige Masse verfügen, um die Kräfte zu verringern, die dazu erforderlich sind, den Nockenstößel auf die Geschwindigkeit 0 zu verzögern und ihn am Ende des Durchlaufs auf die volle Geschwindigkeit zu beschleunigen. Schließlich muss, für Hochgeschwindigkeitsbetrieb, den Kontaktflächen des Nockenstößels ein geeignetes Schmiermittel zugeführt werden, um die Reibung und den Verschleiß zu verringern.
Die 3A und 3B veranschaulichen schematisch mehrere dieser Funktionen.
Der Tangentialkomponente F_T der Normalkraft F_N steht eine Kraft F_T2 entgegen, die durch die untere Führung 52 auf die Unterseite des Nockenstößels 15 ausgeübt wird. Da die einander entgegengesetzten Kräfte F_T und F_T2 radial versetzt sind, erzeugen sie ein Moment, das die Tendenz hat, den Nockenstößel 15 in der Uhrzeigerrichtung in der 3A zu verdrehen. Diesem Moment stehen Kräfte entgegen, die durch den Eingriff des Nockenstößels mit anderen Konstruktionen erzeugt werden, wie die Kraft F_M1 an der Kontaktstelle zwischen dem Nockennut-Eingriffsteil 16 und dem Boden der Nockennut 12 sowie die entgegengesetzte Kraft F_M2, die an der Kontaktstelle zwischen dem Nockenstößel 15 und der Seite einer unteren Schiene 52 erzeugt wird. Die Ausrichtung des Nockenstößels 15 in Bezug auf die Tangentialrichtung R wird durch Eingriff des Stößels 15 mit der oberen und der unteren Schiene 51, 52 aufrecht erhalten. Der dargestellte Nockennut-Eingriffsteil 16 ist zylindrisch, weswegen er nicht mit einem Nocken mit mehreren Windungen verwendet werden sollte.
In den 4A und 4B ist schematisch ein bekannter Nockenstößelmechanismus dargestellt. Der Nockenstößel 15 verfügt über einen länglichen Nockennut-Eingriffsteil oder ein Boot 16, der es ihm ermöglicht, über Kreuzungsstellen der Nockennut zu laufen. Da der Nockenstößel eine einstöckige Konstruktion ist und da das Boot 16 in Bezug auf den Körper des Nockenstößels fixiert ist, nimmt der Stößel 15 die Ausrichtung der Nockennut 12 ein. Der Nockenstößel 15 würde daher schräg in der Richtung entgegengesetzt zu der in der 4A dargestellten ausgerichtet werden, wenn er einen Teil der Nockennut 12 mit entgegengesetztem Winkel bilden würde. Die Tangentialkomponente der Normalkraft auf den Nockenstößel steht dem Eingriff der unteren Schiene 52 mit der unteren schrägen Fläche 15a des Nockenstößel entgegen. Eine Bewegung des Nockenstößels radial nach außen wird dadurch verhindert, dass die bogenförmige Außenfläche des Boots 16 mit den bogenförmigen Innenflächen der Schienen 51, 52 in Eingriff steht.
Ein anderer bekannter Nockenstößelmechanismus ist schematisch in den 5A und 5B dargestellt. Eine Nockennut 12 ist gestuft, mit einer Außennut und einer schmaleren Innennut. Der Nockenstößel 15 verfügt über einen zylindrischen, äußeren Nockennut-Eingriffsteil 19a für Eingriff mit der äußeren Nut sowie einen länglichen, schwenkbar angebrachten, inneren Nockennut-Eingriffsteil 19b für Eingriff mit der Innennut, unter Überspannung von Schnittstellen der Nuten. Der Nockenstößel 15 verfügt über einen oberen und einen unteren Kanal 53, 54 mit Eingriff mit den Schienen 51, 52. Durch den Eingriff der Schienen und der Kanäle wird die Ausrichtung des Nockenstößels in der radialen Richtung, um die Längsachse, und in Bezug auf die tangentiale Richtung fixiert.
Obwohl die oben beschriebenen bekannten Nockenstößelmechanismen gut arbeiten, leiden sie unter einigen Mängeln. Der erste Nockenstößelmechanismus hält keine feste Ausrichtung des Stößels aufrecht und er verfügt über relativ kleine Lagerflächen, die schwierig effektiv zu schmieren sind. Der zweite Nockenstößel ist komplizierter, mit einem gesonderten, beweglichen Nockennut-Eingriffsteil, und er verfügt über eine relativ hohe Masse. Ferner ist der Eingriff der Kanäle und der Schienen schwierig zu schmieren.
Eine noch weitere bekannte Vorrichtung ist diejenige, die im US-Patent Nr. 3,373,949 beschrieben und dargestellt ist. Diese Vorrichtung verfügt über eine horizontal angeordnete, mit Nut versehene Nockentrommel, einen Nockenstößel, eine parallele obere und untere Führungsspur für den Stößel sowie eine vom Stößel gehaltene Garnführung. Unterdruck auf der Nockenseite der Führungsspuren bewirkt das Einfließen von Luft zwischen die Spuren, um zu verhindern, dass Schmiermittel in der entgegengesetzten Richtung durchläuft und das Garn verschmutzt wird.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist nun Folgendes geschaffen: ein Nockenstößel zur Verwendung in Verbindung mit einer zylindrischen Nockentrommel, die eine Außenfläche mit vorgegebenem Außenradius und eine schräg zur Drehachse der Nockentrommel verlaufende Nockennut aufweist, die den Nockenstößel formschlüssig längs einer zur Drehachse der Nockentrommel parallelen Bahn führt, wobei der Nockenstößel ein Nockennut-Eingriffsteil zum Eingriff in die Nockennut und ein mit dem Nockennut-Eingriffsteil gekoppeltes Nockenflächen-Eingriffsteil mit einer bogenförmigen Nockenlagerfläche aufweist, deren Krümmungsradius an den Radius der Nockentrommel angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenstößel zur Verwendung in Verbindung mit einer länglichen Nockenstößelführung mit bogenförmiger radialer Lagerfläche ausgelegt ist, wobei der Nockenstößel eine Nockenstößel-Führungslagerfläche mit einem an die bogenförmige radiale Lagerfläche der Nockenstößelführung angepassten Krümmungsradius aufweist, und dass das Nockenflächen-Eingriffsteil zum ständigen Kontakt mit der Nocken-Außenfläche und der bogenförmigen radialen Lagerfläche der Nockenstößelführung ausgelegt ist.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform einer Erfindung ist auch Folgendes geschaffen: eine Changiervorrichtung mit einer um eine mittige Nockenachse drehbaren zylindrischen Nockentrommel, die eine Außenfläche mit vorgegebenem Radius und einer darin ausgebildeten schrägen Nockennut aufweist, sowie einem Nockenstößel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der mit einem in die Nockennut eingreifenden Nockennut-Eingriffsteil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, das die Changiervorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer länglichen Nockenstößelführung ausgelegt ist, die eine bogenförmige radiale Lagerfläche mit einem an den Radius der radialen Lagerfläche des Nockenflächen-Eingriffsteils angepassten Krümmungsradius aufweist, wobei die Nockenlagerfläche in ständigem Eingriff mit der Nocken-Außenfläche und die radiale Lagerfläche in ständigem Eingriff mit der bogenförmigen radialen Lagerfläche der Nockenstößelführung steht, so dass eine Drehung der Nockentrommel um ihre mittige Achse den Nockenstößel parallel zur Nockenachse antreibt.
Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung ist die Changiervorrichtung ferner mit Folgendem gesehen: einem Nockengehäuse, das eine nahe der Nockenfläche radial nach innen gewandte bogenförmige radiale Lagerfläche mit einer zur Nockenachse koaxialen Krümmungsachse aufweist, wobei zwischen der radialen Lagerfläche und der Nockenfläche ein ringförmiger Nockenstößelraum ausgebildet ist, und wobei der Nockenstößel mit dem radialen Lagerflansch in dem Nockenstößelraum angeordnet ist und die radialen Lagerflächen des Nockenstößels in gleitendem Lagereingriff mit der Nockenfläche bzw. der radialen Lagerfläche des Nockengehäuses stehen.
Die Mängel gemäß dem Stand der Technik werden durch die Changiervorrichtung und den Nockenstößel gemäß der Erfindung überwunden. Der Nockenstößel verfügt über eine radial innere bogenförmige Lagerfläche, die zur Krümmung der Außenfläche des Nockens passt. Der Eingriff dieser Lagerfläche mit der Oberfläche des Nockens steht einer unerwünschten Bewegung des Nockenstößels, einschließlich einer Bewegung radial weg vom Nocken, um eine Achse rechtwinklig zur Nocken-Rotationsachse und/oder um eine Achse parallel zu dieser entgegen. Dieser bogenförmige Eingriff erleichtert auch eine effektive Schmierung des Nockenstößels. Das Nockengehäuse ist mit bogenförmigen Lagerflächen versehen, die mit der Nockenfläche einen ringförmigen Nockenstößel-Hohlraum bilden und die mit einer radial äußeren bogenförmigen Lagerfläche des Nockenstößels in Eingriff stehen, um diesen entgegen der Nockenfläche positioniert zu halten.
Die Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
1 ist eine schematische Vorderansicht einer bekannten Vorrichtung zum Herstellen, Sammeln und Wickeln von Fasersträngen;
2 ist eine vergrößerte, schematische Vorderansicht der in der 1 dargestellten Strang-Changiervorrichtung;
3A und 3B sind eine schematische Vorder- bzw. Seitenansicht des Nockenstößels der 3;
4A und 4B sind eine schematische Vorder- bzw. Seitenansicht eines bekannten Nockenstößelmechanismus;
5A und 5B sind eine schematische Vorder- bzw. Seitenansicht eines anderen bekannten Nockenstößelmechanismus;
6A ist eine Schnittansicht eines Nockenstößels und einer Nockentrommel, die Prinzipien der Erfindung verkörpern;
6B ist eine schematische Draufsicht der Nut im in der 6A dargestellten Nocken; und
7A–7D sind eine Seiten-, eine Rück-, eine Schnitt- und eine perspektivische Ansicht des Nockenstößels der 6A.
In den 6–7D sind eine Changiervorrichtung und ein Nockenstößel veranschaulicht, die die Prinzipien der Erfindung beinhalten. Durch die Changiervorrichtung und den Nockenstößel gemäß der Offenbarung sind die Positionierung des Nockenstößels auf einer Nockentrommel und die Schmierung der Lagerflächen des Nockenstößels dadurch verbessert, dass am Nockenstößel bogenförmige Flächen vorhanden sind, die an den Außenflächen der Nockentrommel und an der bogenförmigen Oberfläche des Nockengehäuses ruhen.
Wie es in der 6A dargestellt ist, verfügt die Changiervorrichtung 100 über eine Nockentrommel 110, um einen Nockenstößel 150 hin- und herzubewegen, und eine angebrachte Strangführung 200 zum Wickeln einer Faserspule auf eine sich drehende Hülse (nicht dargestellt), die nahe der Changiervorrichtung angebracht ist. Die rotierenden Längsachsen der Hülse und der Nockentrommel 110 sind vorzugsweise parallel. Die Changiervorrichtung 100 verfügt ferner über ein Nockengehäuse 120, in dem der Nocken 110 montiert ist.
Die Nockentrommel 110 verfügt über eine Außenfläche 112 mit einem Außenradius, in der eine Schraubennut 114 ausgebildet ist. Wenn sich die Nockentrommel 110 um ihre Längsachse dreht, folgt die Schraubennut 114 einem Pfad, der von einem Ende des Nockens zum anderen hin- und herläuft. Bei der offenbarten Ausführungsform ist der Nocken 110 ein solcher mit halber Windung, da die Nut bei einer Halbumdrehung des Nockens um seine Achse für einen vollständigen Längsdurchlauf des Nockens sorgt. Die Nut ist in der 6B schematisch dargestellt, in der die Außenfläche des Nockens 110 als abgewickelt und eben ausgebreitet dargestellt ist. Da die Nut sich nicht selbst schneidet, existieren keine Kreuzungen, die vom Boot des Nockenstößels zu überwinden wären. Diese Geometrie der Nockennut verbessert die Kontrolle über die Platzierung des Strangs auf der Faserspule, da ein Durchlaufen des Boots durch Kreuzungen in unvermeidlicher Weise geringe Störungen im Pfad des Nockenstößels und so des Strangs hervorruft. Das Gehäuse 120 ist um den Nocken 110 herum radial beabstandet von diesem angeordnet, um zwischen der Außenfläche 112 des Nockens und der radialen Innenseite des Gehäuses einen ringförmigen Nockenstößel-Hohlraum 140 zu bilden. Das Gehäuse 120 verfügt über eine obere und eine untere Platte 131, 135, die bogenförmig sind. Die Platten 131, 135 verfügen über bogenförmige radiale Lagerflächen 122 bzw. 123 sowie bogenförmige Ränder 125 bzw. 126 mit tangentialen Lagerflächen 127 bzw. 128. Zwischen den Rändern 125, 126 ist ein länglicher Nockenstößelschlitz 124 gebildet. Die radialen Lagerflächen 122, 123 zeigen im Bereich um den Nockenstößelschlitz 124 herum einen Radius mit einer Krümmungsachse koaxial mit der Längs-Mittellinie CL des Nockens.
Der Nockenstößel 150 verfügt über einen Nockennut-Eingriffsteil oder ein Boot 151, ein bogenförmiges Nockenfläche-Eingriffsteil oder einen Flansch 152 und einen Führungsauge-Trägerteil 155 zum Halten der Strangführung 200.
Das Boot 151 ist als im Wesentlichen zylindrisches, hohles Hemd ausgebildet, das sich ausgehend von der radial inneren Seite des Nockenstößels aus erstreckt. Der Nockenfläche-Eingriffsflansch 152 ist im Aufriss rechteckig, und er verfügt über eine radial innere und eine radial äußere Fläche 154 bzw. 153, die bogenförmig sind. Der Führungsauge-Trägerteil 155 ist am radial äußeren Ende eines sich radial nach außen erstreckenden Vorsprungs 156 mit rechteckigem Querschnitt angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform verfügt der Trägerteil 155 über einen Querschlitz, in den jedes beliebige Strangführungsauge, wie es in der 2 dargestellt ist, eingesetzt werden kann, vorzugsweise durch Einsatzgießen gemeinsam mit dem Nockenstößel.
Der Vorsprung 156 verfügt über eine obere und eine untere tangentiale Lagerfläche 157a, 157b mit mit Radius versehenen Abschnitten, die von der Außenseite 153 des Flanschs 152 zu den ebenen Flächen des Vorsprungs 156 einen Übergang bilden.
Wie es in der 6A dargestellt ist, ist der Nockenstößel 150 im Nockenstößel-Hohlraum 140 angeordnet, während das Boot 151 in der Nut 114 angeordnet ist, wobei die Innenfläche 154 des Flanschs 152 mit der Außenfläche 112 des Nockens in Kontakt steht, und wobei sich der Vorsprung 156 durch den Nockenstößelschlitz 154 radial nach außen ausgehend vom Nockenstößel-Hohlraum 140 erstreckt. Wenn sich der Nocken 110 dreht, lenkt die Längskraft (wie oben beschrieben) aus dem Kontakt der Seite der Nut 114 mit dem Boot 151 den Nockenstößel 150 in solcher Weise, dass er sich quer entlang einem Laufpfad hin- und herbewegt, wenn er sich in der Nut 114 bewegt. Der Laufpfad ist linear, und er ist in einer axialen Richtung ausgerichtet, die parallel zur Nockenachse CL verläuft.
Die Changiervorrichtung hält den Nockenstößel 150 in einer festen Ausrichtung in Bezug auf die radiale und die tangentiale Richtung des Nockens 110 (die Richtung einer Linie, die tangential zur Außenfläche des Nockens und rechtwinklig zur Längsachse gezeichnet wird). Die radial innere radiale Lagerfläche 154 ruht auf der Außenfläche 112 des Nockens 110. Der Krümmungsradius der Lagerfläche 154 ist geringfügig größer als der des Nockens, so dass dann, wenn der Nockenstößel in einer Betriebsstellung am Nocken angeordnet ist, die Krümmungsachse der Nockenstößel koaxial mit der Nockenachse CL ist. Durch Anpassen der Krümmungsradien der Lagerfläche und der Nockenfläche wird eine enge Passung zwischen den Flächen erzielt.
Die radial äußere radiale Lagerfläche 153 ruht auf den radialen Lagerflächen 122, 123 des Nockengehäuses, und sie verfügt über einen Krümmungsradius, der zu denen der Gehäuse-Lagerflächen passt. Demgemäß ist die Dicke des Flanschs 152 geringfügig kleiner als die radiale Breite des Lagerfläche-Hohlraums 140, so dass der Flansch 152 eng zwischen dem Nocken 110 und den Lagerflächen 122, 123 des lagernden Nockengehäuses festgehalten ist. Dies führt zu mehreren Ergebnissen.
Erstens widersteht der Eingriff der Lagerfläche 154 mit der Nockenfläche 112 sowie der Lagerfläche 154 mit den Lagerflächen 122, 123 einer unerwünschten Bewegung des Nockenstößels wie folgt entgegen: a) in einer Richtung radial nach außen, wie durch einen Pfeil "A" in der 6 gekennzeichnet; b) um eine Achse in der radialen Richtung; und c) um eine Achse parallel zur Achse CL des Nockens. Zweitens erleichtert der enge Eingriff der bogenförmigen Lagerflächen eine effektive Schmierung. Während des Betriebs der Changiervorrichtung ist eine Schmierung der Lagerflächen am Nockenstößel erforderlich, um den Verschleiß des Stößels zu verringern. Die Lagerflächen können auf dieselbe Weise geschmiert werden, wie es im US-Patent Nr. 5,756,149 für Smith mit demselben Rechtsnachfolger offenbart ist. Zwischen die Lagerflächen wird ein Schmierfluid geliefert. Wenn der Nockenstößel 150 entlang den Flächen des Nockengehäuses 120 und des Nockens 110 gleitet, bildet sich das Schmierfluid zu einer Filmschicht aus, um die Reibungskräfte zwischen den Lagerflächen zu verringern und die Lebensdauer des Nockenstößels zu verlängern. Die Bogenform der Lagerflächen erleichtert den Schmierprozess, da durch die Drehung des Nockens die Tendenz besteht, das Schmiermittel in den engen ringförmigen Raum zwischen den Lagerflächen zu drücken, in ähnlicher Weise wie bei den Lagern der Kurbelwelle eines Automotors.
Einer Tangentialbewegung des Nockenstößels (in der Richtung B in der 6 oder entgegengesetzt zu dieser) mit dem Nocken steht der Eingriff zwischen der tangentialen Lagerfläche 128 (am Nockengehäuserand 126) und der tangentialen Lagerfläche 157b des Nockenstößels entgegen, wenn sich der Nocken in der Richtung R₁ dreht. In ähnlicher Weise steht einer Tangentialbewegung des Nockenstößels der Eingriff zwischen der tangentialen Lagerfläche 127 (am Nockengehäuserand 125) und der tangentialen Lagerfläche 157a des Nockenstößels entgegen, wenn sich der Nocken in der Richtung R₂ dreht. Da das Boot 152 zylindrisch ist, kann der Nocken 110 im Betrieb entweder in der Richtung R₁ oder R₂ gedreht werden, und es ist bevorzugt, die Drehrichtungen periodisch zu ändern, um den Verschleiß am Nockenstößel auszugleichen.
Der Nockenstößel 150 wird vorzugsweise durch Formen einer Polymerzusammensetzung wie eines Gemischs von 80 % Nylon und 20 % Polytetrafluorethylen hergestellt. Für den Fachmann sind andere geeignete Materialien ersichtlich.
Die Abmessungen des dargestellten Nockenstößels sind die Folgenden:

– Breite des Flanschs 152 = 0,874'' (22,2 mm)
– Höhe des Flanschs 152 = 1,186'' (30,1 mm)
– Durchmesser des Boots 151 = 0,5'' (12,7 mm)
– Länge des Boots 151 = 0,24'' (6,1 mm)
– Höhe des Trägerteils 155 = ungefähr 0,19'' (4,8 mm)
– Breite des Trägerteils 155 = 0,5'' (12,7 mm)
– Länge vom Ende des Trägerteils bis zum Ende des Boots = 0,787'' (20 mm)

Es ist zu beachten, dass die Changiervorrichtung und der Nockenstößel auf andere Arten als es oben dargestellt ist, gemäß den Prinzipien der Erfindung realisiert werden können. Obwohl der Nockenstößel mit einem zylindrischen Boot zur Verwendung bei einem Nocken mit halber Windung dargestellt ist, könnte er über ein längliches Boot zur Verwendung mit Nocken mit mehreren Windungen mit Überkreuzungen beinhalten, vorausgesetzt, dass das Boot für eine Drehung relativ zum Nockenstößel montiert wird, so dass der Nockenstößel in einer festen Ausrichtung gehalten werden kann.
Obwohl der Nockenstößel als integral ausgebildet veranschaulicht wurde, kann er aus mehreren Elementen zusammengebaut werden.
Die radial innere Fläche des Gehäuses muss nicht mit einem Radius versehen sein, um einen ringförmigen Nockenstößel-Hohlraum zu bilden, noch muss sie bogenförmig sein. So könnte die radial äußere Lagerfläche des Nockenstößelflanschs eben sein, und die innere Lagerfläche des Nockengehäuses könnte für ebenen Oberflächenkontakt oder Linienkontakt mit dem Flansch sorgen. Da zwischen dem Nockenstößel und dem Gehäuse keine relative Drehbewegung vorliegt, ergibt sich aus gebogenen Lagerflächen kein Nutzen bei der Schmierung.
Die Höhe und die Breite des Flansch können variiert werden, jedoch sollte er ausreichend groß sein, um zu beiden Seiten der Nockennut an den bogenförmigen Enden derselben Kontakt mit der Nockenfläche aufrecht zu erhalten.

Claims

Nockenstößel (150) zur Verwendung in Verbindung mit einer zylindrischen Nockentrommel (110), die eine Außenfläche (112) mit vorgegebenem Außenradius und eine schräg zur Drehachse der Nockentrommel verlaufende Steuernut (114) aufweist, die den Nockenstößel formschlüssig längs einer zur Drehachse der Nockentrommel parallelen Bahn führt, wobei der Nockenstößel ein Steuernut-Eingriffsteil (151) zum Eingriff in die Steuernut und ein mit dem Steuernut-Eingriffsteil gekoppeltes Nockenflächen-Eingriffsteil (152) mit einer bogenförmigen Nockenlagerfläche (154) aufweist, deren Krümmungsradius an den Radius der Nockentrommel angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenstößel zur Verwendung in Verbindung mit einer länglichen Nockenstößelführung (120) mit bogenförmiger radialer Lagerfläche (122, 123) ausgelegt ist, wobei der Nockenstößel eine Nockenstößel-Führungslagerfläche (153) mit einem an die bogenförmige radiale Lagerfläche (122, 123) der Nockenstößelführung angepaßten Krümmungsradius aufweist, und daß das Nockenflächen-Eingriffsteil (152) zum ständigen Kontakt mit der Nocken-Außenfläche (112) und der bogenförmigen radialen Lagerfläche (122, 123) der Nockenstößelführung ausgelegt ist.
Nockenstößel nach Anspruch 1, wobei das Steuernut-Eingriffsteil (151) um eine zur Krümmungsachse der Nockenlagerfläche senkrechte Achse zylindrisch ist.
Nockenstößel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Nockenflächen-Eingriffsteil (152) ein bogenförmiger Flansch mit näherungsweise konstanter Dicke ist.
Nockenstößel nach Anspruch 3, wobei der Flansch parallele Seiten- und Oberkanten aufweist.
Nockenstößel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Trägerteil (155) zur Aufnahme einer Strangführung (200).
Hin- und hergehende Vorrichtung mit einer um eine mittige Nockenachse drehbaren zylindrischen Nockentrommel (110), die eine Außenfläche (112) mit vorgegebenem Radius und einer darin ausgebildeten schrägen Steuernut (114) aufweist, sowie einem Nockenstößel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der mit einem in die Steuernut (114) eingreifenden Steuernut-Eingriffsteil (151) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hin- und hergehende Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer länglichen Nockenstößelführung (120) ausgelegt ist, die eine bogenförmige radiale Lagerfläche (122, 123) mit einem an den Radius der radialen Lagerfläche (153) des Nockenflächen-Eingriffsteils angepaßten Krümmungsradius aufweist, wobei die Nockenlagerfläche (154) in ständigem Eingriff mit der Nocken-Außenfläche (112) und die radiale Lagerfläche (153) in ständigem Eingriff mit der bogenförmigen radialen Lagerfläche (122, 123) der Nockenstößelführung steht, so daß eine Drehung der Nockentrommel um ihre mittige Achse den Nockenstößel parallel zur Nockenachse antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 mit einer Einrichtung, die die Nockenlagerfläche (154) nahe der Nocken-Außenfläche (112) hält, so daß der Eingriff zwischen der Nockenlagerfläche (154) und der Nocken-Außenfläche (112) einer Drehung des Nockenstößels (150) um eine zu der mittigen Achse parallele Achse entgegensteht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Nockenstößelführung (120) ferner eine erste tangentiale Lagerfläche (127) aufweist, die zu der dem Nockenstößel benachbarten Nocken-Außenfläche (112) parallel und entgegengesetzt verläuft, und wobei der Nockenstößel (150) ferner eine zweite tangentiale Lagerfläche (128) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mit einer mit dem Nockenstößel (150) gekoppelten Strangführung (200), wobei die Vorrichtung zur betriebsmäßigen Anordnung bezüglich einer Glasstrangquelle und einem drehbaren Strangpaketwickler ausgelegt ist, wobei die Hin- und Herbewegung der Strangführung den Glasstrang in einem Schraubenmuster auf dem Strangpaket anbringt.
Hin- und hergehende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 mit einem Nockengehäuse (120), das eine nahe der Nockenfläche (112) radial nach innen gewandte bogenförmige radiale Lagerfläche (122, 123) mit einer zur Nockenachse koaxialen Krümmungsachse aufweist, wobei zwischen der radialen Lagerfläche und der Nockenfläche ein ringförmiger Nockenstößelraum (140) ausgebildet ist, und wobei der Nockenstößel (150) mit dem radialen Lagerflansch (152) in dem Nockenstößelraum (140) angeordnet ist und die radialen Lagerflächen (154, 153) des Nockenstößels in gleitendem Lagereingriff mit der Nockenfläche (112) bzw. der radialen Lagerfläche (122, 123) des Nockengehäuses stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Nockengehäuse (120) ferner nahe der radialen Lagerfläche (122, 123) des Nockengehäuses einen länglichen Nockenstößelschlitz (124) mit einer zur Nockenachse parallelen länglichen Achse aufweist, und wobei der Nockenstößel (150) einen durch den Nockenstößelschlitz (124) aus dem Nockengehäuse nach außen ragenden Trägerteil (155) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Nockenstößelschlitz (124) an seiner einen Kante eine erste tangentiale Gehäuselagerfläche (127) aufweist und der Nockenstößel (150) eine erste tangentiale Nockenstößel Lagerfläche hat, die in Gleitkontakt mit der ersten tangentialen Gehäuselagerfläche steht, wobei einer tangentialen Komponente der Kraft, die die Steuernut (114) bei Drehung der Nockentrommel in einer ersten Richtung auf den Steuernut-Eingriffsteil (151) ausübt, der Eingriff zwischen den ersten tangentialen Lagerflächen entgegensteht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Nockenstößelschlitz (124) eine an einer zweiten Kante vorgesehene zweite tangentiale Gehäuselagerfläche (128) aufweist und der Nockenstößel (150) eine zweite tangentiale Nockenstößel-Lagerfläche hat, die in gleitendem Eingriff mit der zweiten tangentialen Gehäuselagerfläche steht, wobei einer tangentialen Komponente der Kraft, die die Steuernut (114) bei Drehung der Nockentrommel in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung auf den Steuernut-Eingriffsteil (151) ausübt, der Eingriff zwischen den zweiten tangentialen Lagerflächen entgegensteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuernut (114) ohne Kreuzungen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Eingriff zwischen der radialen Nockenstößel-Lagerfläche (154) und der Nocken-Außenfläche (112) einer Drehung des Nockenstößels (150) um eine zu der Längsachse senkrechte Achse entgegensteht.