DE69005558T2

DE69005558T2 - Vorrichtung zum aufwickeln von drahtförmigem material.

Info

Publication number: DE69005558T2
Application number: DE90903533T
Authority: DE
Inventors: George Lecompte
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: JPH0753554B2; CA2009115C; JPH03504371A; ES2024089A6; EP0412147A1; DE69005558D1; EP0412147B1; WO1990009947A1; US4953803A; CA2009115A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Wickeln von draht- bzw. fadenförmigem Material wie zum Beispiel Draht oder optischen Fasern, und bezieht sich insbesondere auf Geräte, die in der Lage sind, derartiges Material schnell zu wickeln, ohne dabei eine unzulässige Spannung und Belastung auf das Material auszuüben.

2. Beschreibung des relevanten Stands der Technik

In dem US-Patent Nr. 3545192 ist eine Faden-Speicher und -Zuführvorrichtung für Textilinaschinen offenbart, die eine Speichertrommel aufweist, die undrehbar am freien Ende einer Achse sitzt, wobei die Achse mittels eines seitlich versetzten Achsstiftes am Drehen gehindert ist, der sich parallel zur Längsrichtung der Achse erstreckt und drehbar in einer drehbar gelagerten Scheibe angeordnet ist. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Fadenzuführeinrichtung auf, die auf der Achse gelagert ist, wobei diese Zuführ- bzw. Stützvorrichtung in Drehung versetzt werden kann und den Faden auf die Speichertrommel aufwickelt. Die drehbar gelagerte Scheibe ist mit der rotierenden Fadenzuführeinrichtung zum Zwecke der synchronen Drehung über einen Verbindungsstift verbunden, der starr auf der Fadenzuführeinrichtung befestigt ist und der durch einen radialen Schlitz in der drehbar gelagerten Scheibe verläuft. Die Fadenzuführeinrichtung weist einen gleich schnell rotierenden Kanal für den Faden auf.
Das US-Patent Nr. 4050641 offenbart ein Gerät zum Aufwickeln von Draht auf eine stationäre Spule. Ein Spinnflügel bzw. Flyer mit Führungsrollen ist für eine Hin- und Herbewegung sowie für eine Drehbewegung bezüglich der ortsfesten Spule befestigt. Der Flyer besteht aus einer die Spule umgebenden Trommel, wobei die Führungsrollen auf deren innerer Oberfläche vorgesehen sind.
Das US-Patent Nr. 4092006 offenbart ein Faden-Speicher- und Liefergerät für Textilmaschinen. Es ist eine rotierende Fadenzuführvorrichtung vorgesehen, die den Faden auf eine Spule aufwickelt. Mittels eines Getriebesystems wird die Spule, die ansonsten ungehindert rotieren könnte, stationär festgehalten, wenn die Fadenzuführvorrichtung bezüglich des restlichen Geräts gedreht wird. Die Fadenzuführvorrichtung umfaßt ein hohles Rohr, durch das der Faden verläuft.
Das US-Patent Nr. 3944156 offenbart eine Vorrichtung, die der in dem US-Patent Nr. 4092006 gezeigten ähnlich ist, bei der jedoch die Spule mittels eines versetzten Achsstiftes stationär gehalten wird, der an der Spulenachse befestigt ist und durch einen anderen Teil des Geräts festgehalten wird. Darüberhinaus kann das hohle Rohr mittels eines Getriebesystems unter einer konstanten relativen Ausrichtung bezüglich der Spule gehalten werden.
Es gibt zahlreiche Umstände, in denen ein eine ziemliche Länge aufweisendes draht- bzw. fadenförmiges Material (beispielsweise Draht oder optische Fasern) auf eine Spule oder einen Trommelabschnitt eines Projektils bzw. einer Lenkwaffe aufgewickelt wird, um beispielsweise eine Datenverbindung während des Gebrauchs zu schaffen. Derartiges draht- bzw. fadenförmiges Material darf während seiner Speicherung und genauso während des Wickelns keinen Spannungen oder Belastungen ausgesetzt werden, die ein bestimmtes Maß überschreiten, da andernfalls die Datenübertragung wesentlich beeinträchtigt werden kann.
Zusätzlich zum Wickeln einer tatsächlichen drahtgestützten Datenverbindung wird ein Drahtwickelgerät für Testeinrichtungen verwendet, bei denen das drahtförmige Material für Testzwecke unter Lenkwaffen-Fluggeschwindigkeit herausgelassen wird. Zu diesem Zweck ist es ebenfalls wichtig, das drahtförmige Material keiner Spannung auszusetzen, da dies die Testergebnisse verschlechtern würde.
Existierende Trommel-Geräte zum Heraus lassen von draht- bzw. fadenförmigem Material weisen turbinenangetriebene Trommeln auf, auf die das draht- bzw. fadenförmige Material auf gewickelt wird, um es aus einem Ausgabegerät bei einer gewünschten Geschwindigkeit (beispielsweise der Fluggeschwindigkeit einer Lenkwaffe) herauszulassen. Ein primärer Nachteil derartiger Geräte liegt darin, daß das an der Trommel befestigte drahtförmige Material nicht direkt verfügbar ist, um während des Herauslassens einen Übertragungstest zu gestatten. Darüberhinaus bedroht eine auf die aufgewickelte Faser einwirkende zentrifugale Belastung ihr physikalisches Überleben während des Tests und kann während des Herauslassens zu einem optischen Verlust beitragen.
Es wurde in der Vergangenheit bereits vorgeschlagen, draht- bzw. fadenförmiges Material auf eine stationäre Trommel in der Art des von Fischern verwendeten Schleudergußrads aufzuwickeln. Obgleich nicht bekannt ist, ob dies tatsächlich versucht wurde oder nicht, müßten hierbei mindestens zwei Hindernisse überwunden werden, nämlich (1) das draht- bzw. fadenförmige Material müßte drei Windungen machen (heraus aus der Achse, parallel zur Achse zurück und einwärts zur Trommeloberfläche), da Riemenscheiben bzw. Rollen bei den Auslaßgeschwindigkeiten unpraktisch sind und da die Reibung an einer festen Öse übermäßige Hitze und Verschleiß hervorrufen würde, und (2) die extremen zentrifugalen Belastungen würden eine erhebliche Herausforderung beim strukturellen Entwurf des auskragenden Henkelarms darstellen.

KURZFASSUNG DER OFFENBARUNG

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum Aufwickeln von draht- bzw. fadenförmigem Material gemäß Anspruch 1 geschaffen. Ein hohles rohrförmiges Teil kann auf der gleichen Basis befestigt sein, um eine Spule mit ihrer kollinear zu der des stationären Gehäuses ausgerichteten Rohrachse zu tragen.
Ein zum Rotationsantrieb dienendes Zentralritzel ist konzentrisch über einen Achsbolzen befestigt, der sich durch das zylindrische rohrförmige Teil erstreckt. Ein umkreisendes Gehänge, das auf seiner äußeren Oberfläche Getriebezähne aufweist, kämmt mit den komplementären Getriebezähnen auf der inneren Oberfläche des stationären Gehäuses und mit den Zähnen des Zentralritzels. Folglich bewegt sich das Gehänge sowohl in einem kreisförmigen Pfad um die Antriebswelle als Zentrum als auch um sich selbst als Achse.
Eine nicht-rotierende Trommel ist lösbar und konzentrisch beispielsweise auf dem rohrförmigen Teil angeordnet und dient als die Spule, auf der das draht- bzw. fadenförmige Material aufgewickelt wird. Draht- bzw. fadenförmiges Material aus einer geeignet angeordneten Versorgungsquelle verläuft durch eine feste Öse, daraufhin durch eine Öffnung in dem umkreisenden Gehänge und weist ein Ende auf, das an der nicht rotierenden Trommel befestigt ist.
Ein Antrieb bewirkt, daß sich das umkreisende Gehänge um die nicht rotierende Trommel herum bewegt und das draht- bzw. fadenförmige Material auf die Trommel aufwickelt. Ferner kann eine Einrichtung vorgesehen werden, um die Trommel axial hin- und herzubewegen, um einen gleichförmigen Aufbau des draht- bzw. fadenförmigen Materials auf der Trommel zu erzeugen (schichtförmiges Aufwickeln).

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In den begleitenden Zeichnungen:
ist Fig.1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Wickelgeräts;
ist Fig.2 eine teilweise geschnittene Enddraufsicht des Geräts der Fig.1;
ist Fig.3 eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig.2;
ist Fig.4 eine seitliche, geschnittene Teilausschnittdraufsicht des in Fig.3 gezeigten Bereichs 4-4;
ist Fig.5 eine geschnittene Endansicht, die das Gehänge in zwei verschiedenen Wickelpositionen zeigt
ist Fig.6 eine vergrößerte Endansicht des Gehänges, in der der Schlupf des draht- bzw. fadenförmigen Materials während des Wickelns dargestellt ist; und
ist Fig.7 eine seitliche Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 der Fig.3.

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Nachfolgend wird auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig.1 und 3 Bezug genommen; das erfindungsgemäße Wickelgerät ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und ist auf einer rechteckigen Basis 12 befestigt dargestellt. Ein aus einem offen endenden Metallzylinder bestehendes stationäres Gehäuse 14 ist mittels zweier Befestigungsblöcke 16 und 18 fest auf der Basis 12 montiert. Eine gleichförmig dimensionierte, sich in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung 20 ist auf der gehäuseinnneren Oberfläche (Fig.3) ausgebildet und beinhaltet zwei Sätze von Getriebezähnen 21 und 22 für einen noch zu beschreibenden Zweck.
Eine Öse 24 ist an der äußeren Endoberfläche des Gehäuses 14 mittels einer Vielzahl von Armen 26 befestigt, die die Öse am Gehäusezentrum und ungefähr in der Endebene des Gehäuses fest plazieren. Die Öse ist im wesentlichen ringförmig und schafft eine Öffnung 27 mit gekrümmten Oberflächen, die sowohl den Eingangs- als auch den Ausgangs-Enden des Gehäuses für einen später darzustellenden Zweck gegenüberliegen.
Eine an der Basis 12 befestigte, vertikal nach oben stehende Wand 28 umfaßt eine sich im wesentlichen horizontal erstreckende Metallröhre 30, deren Längsachse entlang der Längsachse des stationären Gehäuses 14 verläuft. Eine Antriebswelle 32 ist innerhalb der Röhre 30 gelagert, wobei sich ein Ende durch eine Öffnung in der Wand 28 für eine geeignete Antriebsbeziehung zu einer Drehantriebsquelle 34 erstreckt und das gegenüberliegende Ende aus der Röhre 30 hinaus verläuft.
Die Getriebezähne eines am äußeren Ende der Welle befestigten Zentralritzels 36 sind im wesentlichen in der Ausnehmung 20 positioniert und kämmen mit Getriebezähnen 42 auf dem umkreisenden Gehänge 38. Das aus einem Metallzylinder bestehende umkreisende Gehänge 38 weist eine sich völlig hindurcherstreckende Bohrung 40 sowie auf seiner äußeren Oberfläche Getriebezähne 42 auf, die mit denjenigen des Zentralritzels kämmen. Die Querschnitts-Abmessungen des Gehänges sind derart, daß dann, wenn das Gehänge mit dem Zentralritzel kämmt, es gleichzeitig mit den Gehäusezähnen 22 kämmt. Die Länge des Gehänges ist derart, daß eine Aufnahme innerhalb der Ausnehmung 20 ermöglicht wird. Weiterhin ist die innere Oberfläche des umkreisenden Gehänges glatt und weist an beiden Enden gekrümmte Ausgangsränder 44 zum Schutz des draht- bzw. fadenförmigen Materials auf, wie noch gezeigt werden wird.
Im Betrieb wird ein draht- bzw. fadenförmiges Material 46 aus einer (nicht gezeigten) Zufuhr- bzw. Versorgungsquelle durch die Öse 24, über und beabstandet von der äußeren Endoberfläche des Zentralritzels 36 durch das umkreisende Gehänge 38 und hinab zur Befestigung zu einer nicht rotierenden Trommel 48 (Fig.3) gelenkt. Die Trommel dient als eine Spule und ist für eine axiale Hin- und Her-Gleitbewegung entlang der Röhre 30 mittels einer herkömmlichen, schematisch mit 50 bezeichneten Antriebsquelle dimensioniert. Daraufhin wird eine Rotationskraft an die Welle 32 angelegt, die das Zentralritzel antreibt, wobei die letztere Bewegung das umkreisende Gehänge entlang eines kreisförmigen Pfads sowohl rotiert als auch bewegt. Die kombinierte Bewegung des Gehänges bewirkt, daß das draht- bzw. fadenförmige Material aus der Quelle entfernt und auf die Spule aufgelegt wird, wobei die Hin- und Herbewegung der Spule schichtweise übereinanderliegende Wicklungen erzeugt.
Aufgrund der zentrifugalen Belastung nimmt dasjenige draht- bzw. fadenförmige Material, das sich innerhalb des umlaufenden Gehänges befindet, eine kettenförmige Gestalt (Fig.3) an, weshalb es erforderlich ist, die Größe und Gestalt der inneren Bohrung des umkreisenden Gehänges so zu wählen, daß das draht- bzw. fadenförmige Material nicht gegen die gegenüberliegende Wand gedrängt wird. Darüberhinaus müssen sich alle Zwänge auf den Krümmungsradius in der Gestalt der Gehängeöffnungen und der ortsfesten Eingangsöse widerspiegeln.
Das Rollen des umlaufenden Gehänges innerhalb des stationären Gehäuses bewirkt, daß sich das draht- bzw. fadenförmige Material kreisförmig innerhalb der ortsfesten Einlaßöse bewegt. Diese letztere Bewegung hat den erwünschten positiven Effekt der Verteilung der Wärme und Verschleißeffekte über relativ große Bereiche. Für Materialien, die eine niedrige Reibung aufweisen, sollte beispielsweise der Spannungszuwachs bei jeder Drehung des Materialpfads in dem beschriebenen Gerät insgesamt niedriger als zehn Prozent (10 %) sein, was ein akzeptabler Wert ist.
Eine Angelegenheit von größerem Interesse bei der beschriebenen, gehängeartigen Wicklerkonstruktion ist die zentrifugale Belastung, und zwar insbesondere dann, wenn das Gerät für einen Faser-Auslaßtest verwendet wird. D.h., die Gehängegeschwindigkeit muß notwendigerweise um das Verhältnis des Gehängeumlaufradius zum Wicklungsradius größer sein als die Auslaßgeschwindigkeit. Wenn beispielsweise ein Gehängeradius von einem Fuß und ein Wicklungsradius von zehn Inch vorliegen, resultiert ein Auslaß unter 1.000 Fuß pro Sekunde in einer Radialbeschleunigung von 45.000 G. Oder, etwas anders ausgedrückt, ein ein Pfund wiegendes Gehänge erzeugt genügend Querkraft, um eine Vibrationsamplitude von sechs Mil auf einem Ein-Tonnen-Gehäuse hervorzurufen.
Aus dem Gesichtspunkt der Widerstandsfähigkeit ist es erforderlich, daß das umlaufende Gehänge der zentrifugal aufgebrachten Belastung standhält. Die Ermüdung erfordert ebenfalls eine wesentliche Berücksichtigung, da die Rotationsfrequenz der Röhre mehrere male höher als die Umlauffrequenz des Gehänges ist. Kompositmaterialien sollten die Möglichkeit bieten, alle Anforderungen im Hinblick sowohl auf hohe Ermüdungswiderstandfähigkeit, geringes Gewicht als auch auf gute Schmierfähigkeit zu erfüllen.
Obgleich das erfindungsgemäße Wickelgerät für draht- bzw. fadenförmiges Material in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, daß Fachleuten auf dem maßgeblichen Gebiet ohne weiteres Modifikationen ersichtlich sind, die innerhalb der Grundidee der Erfindung liegen.

Claims

1. Gerät (10) zum Aufwickeln von draht- bzw. fadenförmigem Material (46) auf eine rohrförmige Spule (49), die im wesentlichen parallel zu einer Basis (12) befestigt ist, mit:

einem auf der Basis (12) befestigten zylindrischen Gehäuse (14), dessen Zylinderachse parallel zur Spule verläuft und dessen innere Wandfläche in eine kontinuierliche, sich in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung (20) ausgebildet ist, die Getriebezähne (21, 22) aufweist, die an ihr entlang angeordnet sind;

einer an dem Gehäuse (14) befestigten Öse (24), wobei die Ösen-Öffnung (27) auf der Zylinderachse des Gehäuses liegt;

einem innerhalb des Gehäuses (14) befestigten Zentralritzel (36) zur Drehung um eine kollinear mit der Zylinderachse des Gehäuses verlaufende Achse, wobei die Getriebezähne des Zentralritzels (36) der Gehäuseausnehmung (20) unmittelbar gegenüberliegen;

einer Einrichtung (32, 34) zum Drehen des Zentralritzels (36); und

einem rohrförmigen Gehänge (38) mit einem Satz von Zähnen (42) auf einer äußeren Oberfläche zum Kämmen mit dem Zentralritzel (36), wobei die Abmessungen des Gehänges (38) derart sind, daß es gleichzeitig mit den Getriebezähnen (21, 22) in der Gehäuseausnehmung (20) kämmt;

wobei das draht- bzw. fadenförmige Material im Betrieb durch die Öse (24) und das rohrföhrmige Gehänge (38) verläuft, bevor es auf die Spule (48) aufgewickelt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Zentralritzel (36) auf dem Ende einer Antriebswelle (32) befestigt ist, die innerhalb einer auf der Basis (12) befestigten Metallröhre (30) achsschenkelgelagert ist, wobei die Metallröhre (30) die Spule (48) auf ihr gleitend aufnimmt.

3. Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Gehänge (38) glatte innere Wandoberflächen (40) und abgerundete innere Endöffnungen (44) aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 2, bei dem Einrichtungen (50) vorgesehen sind, um die Spule (48) entlang der Metallröhre (30) während des Aufwickelns hin- und herzubewegen, um in Ebenen übereinanderliegende Wicklungen des draht- bzw. fadenförmigen Materials auf ihr zu erzeugen.

5. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Öse (24) eine ringförmige Gestalt aufweist, die dem draht- bzw. fadenförmigen Material (46) während des Aufwickelns des draht- bzw. fadenförmigen Materials gekrümmte Kontaktflächen bietet.

6. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Öse (24) an einem Ende des zylindrischen Gehäuses (14) mittels einer Vielzahl von Armen (26) befestigt ist.