KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Anwendungsgebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spulenhalter, auf den
eine zylindrische Spule aufgeschoben und dadurch gehalten wird,
wobei der Spulenhalter in einer Spulmaschine eingebaut ist, in
der ein Garn auf die Spule gespult wird. Der Spulenhalter der
vorliegenden Erfindung eignet sich besonders für eine
Spulmaschine zum Spulen eines gesponnenen synthetischen Garns, wie
ein Polyester- oder Polyamidgarn, mit einer Geschwindigkeit von
beispielsweise mehreren tausend Metern pro Minute.
Beschreibung des Standes der Technik
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Seit kurzem gibt es bei Garnspulvorrichtungen die Tendenz, den
Durchmesser einer Spule zu verringern. Dementsprechend wird
auch der Durchmesser eines Spulenhalters verringert, und
gleichzeitig nimmt die Länge des Spulenhalters zu, während sich
die Wickeldrehzahl erhöht. Vor kurzem entwickelte Spulenhalter,
die in einer solchen Spulmaschine eingebaut sind, werden
beispielsweise in den japanischen veröffentlichten
Gebrauchsmusteranmeldungen Nr. Sho 60-43667 und Nr. Sho 60-1766 sowie in
der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Sho 55-123847
offenbart.
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Da bei solchen herkömmlichen Spulenhaltern auf die Außenseite
einer Aufnahmewelle oder eines Halters ein Spannelement
aufgeschoben wird, ist der Außendurchmesser der Welle oder des
Halters gleich der Größe, die sich aus dem Innendurchmesser der
Spule abzüglich der erforderlichen Größe für das Spannelement
ergibt. Der Außendurchmesser der Welle oder des Halters wird
deshalb klein. Damit wird die Steifigkeit der Welle oder des
Halters geringer, und im Betriebsbereich des Spulenhalters
treten Eigenschwingungen auf. Demzufolge wird, wie in Fig. 8
dargestellt, die Schwingung im Betriebsbereich über 10.000 U/min
stark. Als Ergebnis entsteht ein Problem dadurch, daß der
Spulenhalter nicht mit einer so hohen Betriebsdrehzahl rotieren
kann. Demzufolge kann die Spulmaschine nicht mit einer hohen
Geschwindigkeit arbeiten.
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Die DE-A-30 44 315 offenbart einen Spulenhalter gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1. Dieser Spulenhalter umfaßt eine
zylindrische Hülse, die verschieblich auf einer Aufnahmewelle des
Spulenhalters gelagert ist. Die Hülse ist mit Hohlräumen
versehen, und ein Teil jedes Spannelements wird in dem
entsprechenden Hohlraum aufgenommen. Zum Aufweiten der Spannelemente
radial nach außen oder zum Bewegen der Spannelemente radial
nach innen wird die Hülse axial auf der Aufnahmewelle
verschoben.
Ziele der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Spulenhalter bereitzustellen, der einen kleinen Durchmesser und eine
große Länge haben kann und der gleichzeitig eine verminderte
Neigung zum Aufbau von Schwingungen zeigt, so daß der
Spulenhalter bei hoher Drehzahl betrieben werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die oben
beschriebene Aufgabe mittels eines Spulenhalters gelöst, der die
Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Abschnitte um die
Aufnahmewelle für die Verschiebung des Spannelements, d.h. die
Abschnitte auf der Aufnahmewelle selbst oder die Abschnitte auf
dem integral auf die Aufnahmewelle aufgeschobenen Halter, als
Hohlräume ausgeformt, und ein Teil der Spannelemente ist in die
Hohlräume eingeführt. Während die Dicke des Spannelements
unverändert bleibt, kann der Außendurchmesser der Welle oder des
Halters gegenüber dem eines herkömmlichen Spulenhalters
vergrößert werden. Dementsprechend wird die Steifigkeit der Welle
oder des Halters verbessert. Im Ergebnis wird die Eigenfrequenz
des Spulenhalters hoch, und die Betriebsdrehzahl eines
Spulenhalters
mit einer kleinen Außendurchmesser und einer großen
Länge kann erhöht werden.
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Der Grad der Verbesserung der Eigenfreqüenz gegenüber einer
herkömmlichen Vorrichtung nimmt in dem Maße zu, in dem das
Verhältnis zwischen den Hohlräumen und der Länge des Spulenhalters
abnimmt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr detailliert unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Spulenhalters gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1 ist;
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Fig. 3 eine Detailansicht des Abschnitts A in Fig. 1 ist;
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Fig. 4 eine Abwicklung bei Betrachtung in Richtung von Pfeil
C in Fig. 3 ist;
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Fig. 5 eine Detailansicht eines anderen Ausführungsbeispiels
entsprechend Abschnitt A ist;
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Fig. 6 eine Abwicklung bei Betrachtung in Richtung von Pfeil
D in Fig. 5 ist;
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Fig. 7 ein Diagramm der Schwingung eines Halters ist, wenn
ein Spulenhalter gemäß dem Ausführungsbeispiel in
Fig. 1 rotiert;
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Fig. 8 ein Diagramm der Schwingung eines Halters ist, wenn
ein Spulenhalter gemäß der herkömmlichen Technologie
rotiert;
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Fig. 9 eine Detailansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels entsprechend Abschnitt A ist.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Wie aus Fig. 1, die eine Schnittansicht eines
Ausführungsbeispiels eines Spulenhalters gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt, ersichtlich ist, greift ein am rechten Ende einer
hohlen Aufnahmewelle 1 ausgebildeter, konischer Abschnitt 1a in
einen Rahmen 18 einer Spulmaschine ein und wird von diesem
abgestützt.
Die Bezugsziffer 23 kennzeichnet eine Mutter; der
konische Abschnitt 1a der Aufnahmewelle 1 ist durch Aufschrauben
der Mutter 23 fest am Rahmen 18 gesichert. Im hohlen Abschnitt
der Aufnahmewelle 1 ist eine Welle 2 koaxial von Lagern 4 und 5
gelagert und relativ zur Aufnahmewelle 1 drehbar. Die
Bezugsziffer 16 kennzeichnet einen Anschlagring des Lagers 4.
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Das längliche Mittelteil 2a der Welle 2 greift in eine in einem
Halter 3 ausgeformte Öffnung ein, wodurch ein Festsitz zwischen
der Welle 2 und dem Halter 3 gegeben ist, und die Welle 2 und
der Halter 3 sind mittels einer Mutter 17 integral gesichert.
In der axialen Mitte der Welle 2 ist eine Bohrung 2b koaxial
ausgeformt, und Druckluft wird vom hinteren Abschnitt der Welle
2 durch die Bohrung 2b zugeführt, wenn eine Spule freigegeben
wird.
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Der zylindrisch geformte Halter 3 ist am länglichen Mittelteil
2a der Welle 2 wie oben beschrieben befestigt. Der Halter 3 hat
eine Vielzahl Hohlräume 3a - 3l, die an seiner Außenseite in
Längsrichtung des Halters 3 im Abstand zueinander angeordnet
sind. Jeder der Hohlräume 3a - 3l umschließt den Umfang des
Halters 3 in Umfangsrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt. Wie in
Fig. 3 dargestellt, sind in der Außenseite des Halters 3 Kanäle
3m in axial zu den Hohlräumen 3a - 3l benachbarten Abschnitten
ausgeformt.
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Ein Deckel 6 ist am vorderen Ende des Halters 3 mittels
Schrauben 19 befestigt, so daß eine Zylinderkammer E gebildet ist.
Ein Kolben 7 ist über einen O-Ring 20 abgedichtet am vorderen
Ende der Welle 2 verschieblich befestigt. Ein O-Ring 21 greift
in eine O-Ring-Aufnahmenut 7a ein, die in der Außenseite des
Kolbens 7 ausgebildet ist. Der Kolben 7 greift somit über den
O-Ring 21 abgedichtet in einen am vorderen Ende des Halters 3
ausgeformten Hohlraum verschieblich ein.
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Eine Feder 8 ist zwischen dem vorderen Ende des Halters 3 und
dem Kolben 7 angeordnet, so daß der Kolben 7 in Fig. 1 nach
links gedrückt wird. Drei abstandsgleich um die Umfangsfläche
des Kolbens 3 angeordnete Stifte 9 sind in die Oberfläche des
Kolbens 7 eingeschraubt. Die Stifte 9 durchdringen in
Axialrichtung längliche Öffnungen 3n, die im Halter 3 ausgeformt
sind, und greifen in Öffnungen 10c ein, die in einer Hülse 10A
ausgeformt sind. Die Hülse 10A steht mit der Außenumfangsfläche
des Halters 3 verschieblich in Eingriff und weist die drei oben
beschriebenen Öffnungen 10c auf, die abstandsgleich um ihren
Umfang angeordnet sind.
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Anschließend an die oben beschriebene Hülse LOA sind
zylindrische Hülsen 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H, 10I, 10J, 10K
und 10L aufeinanderfolgend und verschieblich auf den Halter 3
so aufgeschoben, daß sie axial fluchten.
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Spannelemente 12A bis 12L, die Spulen spannen und freigeben,
sind in den oben beschriebenen Hohlräumen 3a bis 31 angeordnet.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Hülsen 10A bis 10L
nur als "Hülse 10" bezeichnet.
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Die Bezugsziffer 10b kennzeichnet einen Schlitz, der in der
Hülse 10 in der Weise ausgeformt ist, daß er senkrecht zu einem
Schlitz 10a steht und mit diesem eine T-Form bildet. Wird eine
Spule 22 freigegeben, kommt der Schlitz 10b mit Vorsprüngen 14c
und 14d, die auf einem konischen Element 14 ausgebildet sind,
in Eingriff, so daß das konische Element 14 in Fig. 1 nach
rechts verschoben wird.
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Nunmehr wird die Konstruktion der Spannelemente 12A, 12B, 12C,
12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J, 12K und 12L unter Bezugnahme
auf Fig. 3 und 4 beschrieben.
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Ein Spannzeug 13 hat eine Außenfläche 13b, die die Innenfläche
der Spule 22 spannt und hält. Eine konische Oberfläche 13a, die
auf der Innenfläche des Spannzeugs 13 ausgeformt ist, steht mit
der konischen Oberfläche 14b des konischen Elements 14 in
Eingriff und weitet das Spannzeug 13 in radialer Richtung auf.
Dann kommt die Außenfläche 13b des Spannzeugs mit der
Innenfläche der Spule 22 in Eingriff und hält die Spule 22. In Fig. 3
ist am linken Ende des Spannzeugs 13 ein Haken 13c angeformt,
und der Haken 13c greift in die Nut 3m ein, die in der Nähe der
Hohlräume 3a bis 3l des Halters 3 ausgebildet ist.
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Die konischen Elemente 14 sind in den im Halter 3 ausgebildeten
ringförmigen Hohlräumen 3a bis 3l angeordnet, und Federn 15
sind an Stiften 14a angebracht, die aus dem rechten Ende der
konischen Elemente 14 herausragen, so daß die konischen
Elemente 14 in Fig. 1 und 3 mittels der Feder 15 nach links
verschoben werden und die Spannzeuge 13 aufweiten.
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Die Bezugsziffer 10a in Fig. 4 kennzeichnet einen in der Hülse
10 ausgeformten Schlitz, der sich in axialer Richtung der Hülse
10 erstreckt. Das Spannzeug 13 ragt durch den Schlitz 10a. Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jedem der ringförmigen
Hohlräume 3a bis 3l sechs Spannzeuge 13 zugeordnet, und die
Schlitze 10a sind auf eine solche Weise ausgeformt, daß sie den
Außenumfang der entsprechenden Hülse 10 abstandsgleich teilen.
Des weiteren kennzeichnen Bezugsziffern 13d und 13e an den
Seiten des Spannzeugs 13 ausgebildete Vorsprünge, und die
Vorsprünge 13d und 13e stehen mit der Innenseite der Hülse 10 in
Eingriff, so daß sie das konische Element 14 daran hindern,
über das vorbestimmte Maß hinaus hervorzuragen.
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Nunmehr wird die Funktionsweise des Spulenhalters mit der oben
beschriebenen Konstruktion erläutert.
Spannen der Spule
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Die Druckluft in der Zylinderkammer E wird ausgestoßen und der
Kolben 7 mittels der Feder 8 in der Fig. 1 nach links
verschoben. Dementsprechend wird die Hülse 10A nach links verschoben,
so daß der Eingriff zwischen jeder der Hülsen 10A bis 10L und
der jeweiligen Vorsprünge 14c und 14d des konischen Elements 14
aufgehoben wird, d.h. das konische Element 14 kommt von der
Hülse 10 frei.
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Unter dieser Bedingung wird dann das konische Element 14
mittels der Feder 15 in Fig. 1 nach links verschoben, und die
konische Oberfläche 14b kommt mit dem konischen Abschnitt 13a des
Spannzeugs 13 in Eingriff, so daß das Spannzeug 13 nach außen
aufgeweitet wird. Als Ergebnis hält das Spannzeug 13 die
Innenseite der Spule 22.
Freigeben der Spule
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Eine Druckluft-Zufuhrdüse (nicht dargestellt) ist auf das
hintere Ende, d.h. das in Fig. 1 rechte Ende der Welle 2 gepreßt,
und Druckluft wird durch die in der Welle 2 ausgeformte Bohrung
2b zur Zylinderkammer E gefördert, so daß der Kolben 7 in Fig.
1 nach rechts verschoben wird. Aufgrund der Bewegung des
Kolbens 7 werden die Hülsen 10A bis 10L über den Stift 9 nach
rechts verschoben. Dadurch kommen die in der entsprechenden
Hülse 10 ausgeformten Schlitze 10b mit den Vorsprüngen 14c und
14d des konischen Elements 14 in Eingriff, und das konische
Element 14 wird gegen die Kraft der Feder 15 in Fig. 1, 3 und 4
nach rechts verschoben.
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Wie oben beschrieben, bewegt sich das konische Element 14 gegen
die Kraft der Feder 15 in Fig. 1 nach rechts, und der
Eingriffsabschnitt, d.h. die konische Oberfläche 13a, gleitet
relativ zum konischen Element 14, und das Spannzeug 13 zieht sich
in radialer Richtung zusammen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte
um die Aufnahmewelle für die Anordnung der Spannelemente als
Hohlräume ausgeformt, und ein Teil der Spannelemente ist in den
Hohlräumen aufgenommen. Dadurch kann der Außendurchmesser der
Welle oder des Halters vergrößert werden, und die Steifigkeit
der Welle oder des Halters wird verbessert. Die Steifigkeit
kann auf das etwa 1,5-fache (bei Änderung einiger Merkmale auf
das 1,4- bis 1,7-fache) derjenigen erhöht werden, die sich mit
einer herkömmlichen Vorrichtung ohne das Spannelement
aufnehmenden Hohlraum erzielen läßt. Als Ergebnis wird die
Eigenfrequenz des Spulenhalters hoch, und Größen in Zusammenhang mit
der Schwingung, z.B. die Amplitude, können bei einer hohen
Betriebsdrehzahl niedrig sein, obwohl ein Spulenhalter mit
kleinem Außendurchmesser und großer Länge verwendet wird.
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Wurden sechs Spulen mit einem Innendurchmesser von 94 mm
gehalten (Gesamtlänge 1.200 mm), war die Vorrichtung gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 7 dargestellt,
unterhalb einer Drehzahl von 15.000 U/min im wesentlichen frei
von starken Schwingungen während die Schwingungen in einem
Betriebsbereich über ca. 10.000 U/min bei einer herkömmlichen
Vorrichtung deutlich zunahmen, wie in Fig. 8 dargestellt ist.
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Obwohl die auf den Halter aufgeschobenen Hülsen im oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel in axialer Richtung nicht
miteinander verbunden sind, können sie auch miteinander verbunden
sein, z.B. mittels geeigneter Rastelemente, wie beispielsweise
Nasen.
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Obwohl die Hohlräume im Halter ausgeformt waren, der im oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel von der Aufnahmewelle
aufgenommen ist, können die Hohlräume auch in der Aufnahmewelle
ausgeformt sein, wenn die vorliegende Erfindung bei einer
Vorrichtung verwirklicht wird, die keinen Halter verwendet und
bei der die Spannelemente direkt auf die Aufnahmewelle
aufgeschoben sind.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 und 6
dargestellt. Obwohl beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die
Federn 15 an den Stiften 14a befestigt sind, die aus dem
konischen Abschnitt 14 herausragen, hat das konische Element 14
einen darin ausgeformten Hohlraum 14', und eine Feder 15 ist in
den Hohlraum 14' eingesetzt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können Federn mit Hülsen 10b
bis 10l oder nur mit einer Hülse 11 in Eingriff stehen, so daß
die Hülsen 10b bis 10l durch die Federkraft nach links
verschoben werden, wenn die Spulen freigegeben werden.
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Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die
Hülsen vom vorderen Ende des Halters her unter Druck stehen,
können die Spannelemente auch auf eine solche Weise angeordnet
sein, daß sie vom hinteren Ende her durch ein Betätigungsglied,
das am hinteren Ende des Halters oder an der Außenseite des
Halters angeordnet ist, mit Druck beaufschlagt werden.
Fig. 9 zeigt eine Detailansicht eines dem Abschnitt A
entsprechenden Abschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels. Gemäß
der vorliegenden Erfindung kann ein konischer Abschnitt 103a an
einer konkaven Nut 103b eines Halters 103 ausgebildet sein, und
ein konischer Abschnitt 113a eines Spannzeugs 113 kann mit dem
konischen Abschnitt 103a in Eingriff stehen. Die Bezugsziffer
115 kennzeichnet eine Feder, die in einem Raum 103a zwischen
dem Halter 103 und dem Spannzeug 113 angeordnet ist, um das
Spannzeug 113 vorzuspannen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Abschnitte um die
Aufnahmewelle für die Anordnung der Spannelemente als Hohlräume
ausgeformt, und ein Teil der Spannelemente ist in den
Hohlräumen aufgenommen. Dadurch kann der Außendurchmesser der Welle
oder des Halters vergrößert werden, und die Steifigkeit der
Welle oder des Halters wird verbessert. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Steifigkeit gegenüber derjenigen einer
herkömmlichen Vorrichtung ohne in den Hohlräumen angeordneten
Spannelementen erheblich verbessert werden. Als Ergebnis wird
die Eigenfrequenz des Spulenhalters hoch, und Größen in
Zusammenhang mit der Schwingung, z.B. die Amplitude, können bei
einer hohen Betriebsdrehzahl niedrig sein, obwohl ein
Spulenhalter mit kleinem Außendurchmesser und großer Länge
verwendet wird.