DE69618003T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von riemen mit präziser kordlänge und kordspannung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft im allgemeinen die Technik von Vorrichtungen und Verfahren zum Aufbringen von Korden auf eine rotierende Struktur, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen elastomerer Riemen mit einer präzisen Kordlänge und Kordspannung.
• Traditionelle Verfahren zum Aufbringen von Korden auf einen rotierenden Dorn umfaßten einen zylindrischen Dorn mit minimaler Nachgiebigkeit, was bedeutet, daß die Abmessungen des Dorns, insbesondere der Durchmesser und der Umfang, im wesentlichen konstant sind. Der Dorn kann ein steifer Zylinder sein, wobei in diesem Fall die Kordlänge gesteuert wird, indem ein zylindrischer Dorn mit dem richtigen Umfang ausgewählt wird. Andere Dorne sind keine Zylinder, und die hierin offenbarte Erfindung ist genauso auf solche Dorne anwendbar.
• Bei einigen Dornen nach dem Stand der Technik wird der Dornumfang eingestellt, indem Materialschichten auf seine Oberfläche aufgebracht oder von dieser entfernt werden. Andere Dorne weisen radial aus- und einfahrbare Elemente auf, die eine Reihe von Bögen bilden, die sich einem Kreis annähern. Bei all diesen wird der Kord unter Verwendung eines Führungsrades aufgebracht, das die Kordspannung so genau wie in der Praxis möglich, in einem Bedarfszuführmodus steuert. Die Kordlänge pro Umdrehung des Dorns hängt vom Zylinderumfang und daher von den Herstellungstoleranzen des Zylinders ab.
• Dorne werden oft beim Aufbau von elastomeren Riemenprodukten, wie Steuer- oder Antriebsriemen für Automobilanwendungen verwendet. Die meisten Riemenkonstruktionen erfordern auch, daß Schichten aus anderen Riemenmaterialien vor dem Kord auf den Zylinder gewickelt werden. Die Dicken-, Härte- und Temperaturtoleranzen dieser Materialien können die Kordlänge ebenfalls beeinflussen.
• Die vorliegende Erfindung steuert die Kordlänge unabhängig von den Toleranzen des Zylinders oder der darunterliegenden Schichten. Außerdem ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die Kordlänge auf eine hochgenaue Weise zu steuern, wobei Genauigkeiten von bis zu 30 Teilen pro Million möglich sind. Dies ist von besonderer Wichtigkeit beim Herstellen von mit Zähnen versehenen Steuerriemen, bei denen ein Kordlängenfehler zu einem ungeeigneten Kämmen von Zähnen und zu einem vorzeitigen Zahn- oder Riemenversagen führen wird.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß die gewendelte Kordstruktur, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, leicht von dem Zylinder ohne Verlust der Längengenauigkeit oder Verzerrung der Wendelabmessungen abgenommen werden kann. Dies erlaubt es, daß der den Kord enthaltende Riemen durch Innendruck in einer Außenform ähnlich einer Reifenform, oder in einer Preß-, Rotationsvulkanisations- oder Abschnittsvulkanisationseinrichtung gebildet werden kann. Der Riemen ist aufgrund der Zusammenklappbarkeit des Dorns leicht abnehmbar. Das Zulassen, daß der Dorn zusammenklappt, löst die Spannung in dem Kord und stellt genug Spiel für ein leichtes Abnehmen des Riemens von dem Dorn bereit.
• Steuerriemen werden traditionell auf zylindrischen Formen hergestellt, die Zahnformen an der Außenfläche aufweisen, die parallel zur Zylinderachse liegen. Eine Schicht aus Gewebe, Kautschuk, Kunststoff oder anderem flexiblen Material wird um den Zylinder herum angeordnet. Der Kord wird um die Außenseite des Aufbaus herumgewickelt. Zusätzliche Materialien können um den Kord herum angeordnet werden. Der Gürtel wird gebildet, indem während des Vulkanisationsverfahrens Druck von einer Membran radial nach innen aufgebracht wird. Das fertiggestellte Produkt wird abgenommen, indem es axial verschoben wird, um die Formzähne von den Riemenzähnen außer Eingriff zu bringen. Dieses Verfahren kann für Riemen mit axialen Zähnen oder Riemen mit einem einzigen Satz gewendelter Zähne funktionieren, aber es kann nicht für einen unterbrochenen Zahn, wie beispielsweise einen Fischgräten-, doppelt gewendelten oder zickzackartigen Zahn funktionieren, da Riemen mit diesen Formen von Zähnen nicht axial vom Dorn weggleiten können.
• Die vorliegende Erfindung läßt es zu, daß diese Produkte vielmehr mit einer Außenform als mit einer Innenform hergestellt werden können, während sie dennoch die Kordlängengenauigkeit behalten. Sie erlaubt auch, daß diese Produkte mit Formen mit flachem Querschnitt hergestellt werden können, während sie die Kordlängengenauigkeit behalten. Diese beiden Verfahren lassen es zu, daß die Riemenzähne von der Form durch eine Bewegung annähernd senkrecht zur Formoberfläche außer Eingriff gebracht werden können. Dies läßt es zu, daß die unterbrochenen Zahnformen von der Form abgenommen werden können.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen von Riemen mit einer präzisen Kordlänge und Spannung, das im Aufbau einfach und im Gebrauch effektiv ist sowie die vorstehenden Schwierigkeiten und andere überwindet, während es bessere und vorteilhaftere Gesamtergebnisse liefert.
Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen von Riemen mit einer präzisen Kordlänge und Spannung vorgesehen.
• Die Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen genauer Kordlängen auf einen rotierenden Dorn unter Verwendung einer gekoppelten Zuführwinde. Die gekoppelte Zuführwinde mißt und dosiert eine ausgewählte Kordlänge für jede Umdrehung des Dorns. Alle realen Materialien, die zum Wickeln geeignet sind, einschließlich Korde oder Drähte, sind elastisch oder dehnbar, so daß eine genaue Beschreibung der Länge des aufzubringenden Kords auch die Spannung in dem Kord festlegen muß, wenn seine Länge gemessen wird. Die Meß- und Dosiergenauigkeit der Zuführwinde wird durch die Spannung des Kords beeinflußt, der in die Zuführwinde eintritt und diese verläßt. Dies erfordert ein Messen und Steuern der Kordspannung. Die Austrittsspannung wird durch die Expansion des Dorns gesteuert. Die Eintrittsspannung wird durch eine Spannungssteuerwinde konstant gehalten, jedoch ist jedes andere Mittel, das eine genaue Eintrittsspannung aufrechterhält, ebenfalls geeignet. In der Offenbarung wird die Spannungssteuerung des austretenden Kords durch den expandierenden Dorn und die Spannung messenden Meßdosen erzielt, die die Expansion zum Teil steuern. Das Konzept, daß primär die Kordlänge gesteuert wird und sekundär die Kordspannung gesteuert wird, ist ein Schlüsselelement der Erfindung.
• In der japanischen Patentanmeldung Nr. JP 63 0230234 A wird ein mit Harz imprägniertes Filament auf eine rotierende Formspannvorrichtung gewickelt. Die Drehung eines Servomotors wird durch Signale von einer Spannungsmeßeinrichtung und einem Geschwindigkeitsdetektor gesteuert, und das Filament wird mit einer festgelegten Spannung gewickelt.
• Andere Kordwickelmaschinen verwenden beispielsweise die Kordspannung als den Steuerparameter. Wenn der Dorn rotiert, wird die Kordlänge durch den Dornumfang bestimmt, was ein Verfahren ist, das zu Zwecken dieser Offenbarung "Bedarfszuführung" genannt wird. Die Länge des Kords hängt vom Dornumfang und den Toleranzen dieses Umfangs ab. Es gibt kein Mittel, die Länge des derart aufgebrachten Kords genau zu bestimmen.
• Die Funktion der hierin offenbarten Vorrichtung kann umgekehrt werden (so daß die Kordlänge sekundär gesteuert wird und die Kordspannung primär gesteuert wird), und die Vorrichtung wird dennoch Verbesserungen und Vorzüge gegenüber dem Stand der Technik bereitstellen. Die Meßdosen, die die Expansion der flexiblen Membran steuern, können statt dessen dazu verwendet werden, die Kordspannung direkt zu steuern, und die Zuführwinde kann vielmehr als eine genaue Längenmeßeinrichtung statt als eine Meß- und Dosiereinrichtung verwendet werden. Die an der Zuführwinde gemessene Länge kann dann dazu verwendet werden, das Aufpumpen des Dorns zu steuern und somit die angestrebte, dosierte Kordlänge zu erhalten.
• Insbesondere umfaßt eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Kords auf eine rotierende Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung eine Winde zum Regulieren der Länge des Kords, ein Zuführmittel zum Zuführen des Kords zur Winde, ein Haltemittel zum Halten und Drehen der rotierenden Struktur, und ein Aufbringungsmittel zum Aufbringen des Kords von der Winde auf die rotierende Struktur auf dem Haltemittel.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung zum Aufbringen eines Kords auf eine rotierende Struktur ferner eine erste Winde zwischen dem Zufuhrmittel und dem Aufbringungsmittel, und eine zweite Winde zwischen der ersten Winde und dem Aufbringungsmittel.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Aufbringungsmittel ein Legerad und einen zweiten Spannungssensor, wobei der zweite Spannungssensor zwischen dem Legerad und der zweiten Winde angeordnet ist.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Aufbringen eines Kords auf eine rotierende Struktur die Schritte, daß der Kord einer Winde über ein Zufuhrmittel zugeführt wird, daß der Kord um die Winde herum angeordnet wird, wodurch Spannung auf den Kord aufgebracht wird, daß der Kord einem Aufbringungsmittel zugeführt wird, und daß der Kord um die rotierende Struktur herum aufgebracht wird, wobei die rotierende Struktur mit einem Dornmittel verbunden ist. Die rotierende Struktur ist expandierbar.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt das Verfahren ferner, daß der Kord gemäß einem definierten Algorithmus dem Dorn kontinuierlich zugeführt wird, wobei der Algorithmus auf einer Form, einem Umfang und einer Drehgeschwindigkeit des Dorns beruht.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum genauen Aufbringen eines Kords auf einen drehbaren Dorn ein Mittel zum dynamischen Einstellen des Umfangs des Dorns in Ansprechen auf eine Steuereingabe. Das Mittel zum Einstellen ist eine aufpumpare Membran, die an einer Außenfläche des Dorns angebracht ist.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt die Vorrichtung ferner ein Steuermittel, das ein Steuerventil umfaßt, das in der Lage ist, den Dornumfang dynamisch einzustellen, indem die Membran in Ansprechen auf eine Rückkopplungssteuereingabe einer gemessenen Kordspannung selektiv aufgepumpt oder entleert wird.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt die Vorrichtung ein Steuermittel, das ein Steuerventil und ein Spannungssteuermittel umfaßt, wobei das Spannungssteuermittel eine elektronisch gekoppelte Spannungssteuerwinde ist.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Kordlegemittel zum Legen des Kords auf den Dorn ein Kordlegerad, das radial gerichtete Kräfte von dem Dorn isoliert.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der Riemen auf ersten und zweiten Riemenscheiben mit Korden versehen werden. Die ersten und zweiten Riemenscheiben sind voneinander mit einem Mittenabstand beabstandet, und der Mittenabstand ist selektiv einstellbar, um die Kordspannung in dem Kord zu steuern. Der Mittenabstand zwischen den ersten und zweiten Riemenscheiben ist dynamisch einstellbar, um die Kordspannung in dem Kord während des kontinuierlichen Zuführens des Kords auf den Dorn zu steuern.
• Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Positionsbestimmungsmittel, nämlich ein Codierer, dem Motor und der Welle, die den Dorn dreht, wirksam zugeordnet.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum genauen Aufbringen eines Kords auf einen drehbaren Dorn die Schritte, daß ein Dorn gedreht wird, wobei der Dorn ein Mittel zum dynamischen Einstellen eines Umfangs des Dorns in Ansprechen auf eine Steuereingabe aufweist, wobei das Mittel eine aufpumpbare Membran ist, die an einer Außenfläche des Dorns angebracht ist, und daß die Steuereingabe an das Mittel geschickt wird, um den Umfang des Dorns einzustellen, damit eine angestrebte Kordspannung aufrechterhalten wird.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum genauen Aufbringen eines Kords auf einen drehbaren Dorn die Schritte, daß ein Dorn gedreht wird, daß dem Dorn Kord zugeführt wird, daß der Kord auf den Dorn gelegt wird, und daß radial gerichtete Kräfte von in Umfangsrichtung gerichteten Kräften isoliert werden.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit, einen Kord mit einer bekannten Länge und Spannung auf eine rotierende Struktur gemäß einem definierten Algorithmus aufzubringen, wobei eine derartige Aufbringung unabhängig von der Form, der Größe und der Geschwindigkeit der rotierenden Struktur vorgenommen wird.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Verwendung einer genauen Zuführwinde in Verbindung mit einem Mittel zum genauen Steuern einer Spannung in und aus der Winde.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Spannwinde, um die Spannung des Kords in die Zuführwinde hinein zu steuern.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Steuerung der Spannung aus der Zuführwinde heraus zu der rotierenden Struktur, indem die rotierende Struktur radial nachgiebig gegenüber dem gewickelten Kord eingerichtet wird.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit, den Radius des Dorns, wenn er rotiert, unter Verwendung einer gemessenen Spannungsrückkopplung dynamisch einzustellen, um den Radius einzustellen und somit die angestrebte Kordspannung zu erzielen.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines steifen Kordlegerades, um die Kordposition auf dem Dorn genau zu steuern und die radialen Kräfte, die aus dem Legen des Kords auftreten, von den angestrebten Kräften zu trennen, die aus der Spannung in dem Kord resultieren.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Steuerriemens oder von Steuerketten, um einen Kord kontinuierlich auf einen Riemenslab zuzuführen, der auf zwei oder mehr Riemenscheiben rotiert.
• Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit, den Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen Riemenscheiben einzustellen, um die Kordspannung während des kontinuierlichen Zuführens des Kords zu steuern.
• Noch weitere Vorzüge und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und in einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Teile ist in der Beschreibung im Detail beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, die einen Teil dieser Offenbarung bilden, und in denen:
• Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, die dazu verwendet wird, Riemen mit einer präzisen Kordlänge zu erzeugen, und
• Fig. 2 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die vielmehr zwei Riemenscheiben statt einen einzigen Dorn aufweist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• In den Zeichnungen, die lediglich zu Zwecken einer Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und nicht zu Zwecken einer Begrenzung der Erfindung dienen, zeigt Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung 10 zum Aufbringen von Korden 12 auf einen rotierenden Dorn 14. Der veranschaulichte Dorn 14 ist zylindrisch, aber die hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen sind gleichermaßen auf nicht zylindrische Dorne anwendbar, und derartige Anwendungen liegen gleichermaßen im beanspruchten Gegenstand.
• Die Erfindung wird geeignet anhand von drei Bereichen oder Spannen offenbart, die der erfinderischen Vorrichtung zugeordnet sind, wenn der Kord 12 unter Spannung steht. In einer ersten Spanne 12C steht der Kord 12 unter einer Spannung T1. Die erste Spanne 12C ist der Weg des Kords 12 von einer Zuführwinde 18 zu einem Dorn 14. In einer zweiten Spanne 12B steht der Kord 12 unter einer Spannung T2. Die zweite Spanne 12B ist der Weg des Kords 12 von einer elektronisch gekoppelten Spannwinde 16 zu einem Einlaß der Zuführwinde 18. In einer dritten Spanne 12A steht der Kord 12 unter einer Spannung T3. Die dritte Spanne 12A ist der Weg des Kords 12 von der Spannwinde 16 zur Versorgungsquelle des Kords 12.
• Die Spannwinde 16 ist eine Spannungssteuereinrichtung mit Bedarfszuführung, die die Spannung in dem Kord 12 von einer Spannung T3 im ersten Abschnitt des Kordwegs 12A zu einer Spannung T2 im zweiten Abschnitt des Wegs 12B ändert. Diese Änderung der Kordspannung tritt auf, während die Vorrichtung 10 mit einer variablen Kordgeschwindigkeit in einem zweiten Abschnitt 12B des Kordwegs arbeitet. Die variable Kordgeschwindigkeit wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, die für den Kord 12 erforderlich ist, um in eine Zuführwinde 18 einzutreten. Die Kordspannung in dem zweiten Wegabschnitt 12B wird durch einen Spannungssensor 20 mit herkömmlicher Konstruktion gemessen. Es wird jeder Spannungssensor 20 ausreichen, der mit einer vernünftigen ingenieurmäßigen Beurteilung für die betreffende besondere Anwendung gewählt wird. Der Spannungssensor 20 steuert die Geschwindigkeit der Spannwinde 16 relativ zur Geschwindigkeit der Zuführwinde 18, um jede Änderung in der Länge des zweiten Wegabschnitts 12B zu kompensieren und die Spannung T2 im zweiten Wegabschnitt 12B auf einem gewünschten Niveau zu halten.
• Die Spannwinde 16 ist vorzugsweise von einer herkömmlichen Konstruktion, was bedeutet, daß sie vom Reibungskoeffizienten und Umschlingungsbogen zwischen der Spannwinde 16 und dem Kord 12 abhängt. Die Spannwinde 16 hängt ferner von T3 und T2 ab, die beide größer als Null sind, um eine Differenz zwischen T3 und T2 zu schaffen, die relativ unabhängig von Schwankungen in T3 ist, und wobei T2 größer oder kleiner als T3 sein kann. Die zulässige Spannung T3 wird durch die Eigenschaften des Kords 12 und die Kordpaketkonstruktion für den betreffenden Riemen bestimmt. Die zulässige Spannung T3 kann von ein paar Gramm bis zu mehreren Pfund oder Kilogramm durch Skalieren der Größe der mehreren beschriebenen Bestandteile variieren.
• Das Steuersystem für den Motor 22, der die Spannwinde 16 dreht, kann eine Rückkopplung von dem Spannungssensor 20 und Positions- und Rotationsdaten von einem Zuführwindencodierer 24 verwenden, um die Spannung T2 genau zu steuern.
• Die Zuführwinde 18 kann vorzugsweise einen, zwei oder mehr Korde 12 aufnehmen, die in die Zuführwinde 18 aus einem oder mehreren ähnlichen Kordwegen 12B eintreten, die die beschriebenen Merkmale enthalten. Die Zuführwinde 18 ist vorzugsweise von einer herkömmlichen Konstruktion und ist der Spannwinde 16 darin ähnlich, daß sie von einem Reibungskoeffizienten und Umschlingungsbogen zwischen dem Kord 12 und der Zuführwinde 18 abhängt und daß sie ferner von T2 und T1 abhängt, die beide größer als Null sind, um einen Kord 12 vom zweiten Teilstück des Weges 12B zu einem dritten Teilstück des Weges 12C anzutreiben. Das Verhältnis T1/T2 kann während des Betriebes der Vorrichtung typischerweise in einem Bereich zwischen 0,05 und 20 liegen und beträgt vorzugsweise 0,5 oder 2,0 und ist ferner vorzugsweise immer kleiner oder größer als 1,0.
• Die Zuführwinde 18 weist vorzugsweise eine zylindrische Außenfläche mit einem genau bekannten Umfang auf, auf dem der Kord 12 aufliegt, wenn er in Kontakt mit der Zuführwinde 18 steht. Die Zuführwinde 18 ist mit einem Servomotor 26 verbunden, der auf die Zuführwinde 18 Drehmoment im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn aufbringen kann. Das so zugeführte Drehmoment ist von einer ausreichenden Größe, um zu bewirken, daß die Zuführwinde 18 und der Kord 12 sich über eine angestrebte Zuführdistanz entlang des Weges 12B, 12C relativ unabhängig von der Spannung T2 und T1 bewegen.
• Die Zuführwinde 18 ist elektronisch gekoppelt, so daß vielmehr die Länge des Kords 12 als seine Spannung gesteuert werden kann. Mit anderen Worten "führt" die Zuführwinde 18 den Kord 12 hinsichtlich seiner Länge vielmehr "kontinuierlich zu", statt daß hinsichtlich der Spannung in dem Kord 12 eine "Bedarfszuführung" des Kords 12 durchgeführt wird. Der expandierende Dorn 54 steuert die Spannung in dem Kord 12.
• Ein alternatives Verfahren zum genauen Wickeln des Kords 12 auf eine rotierende Oberfläche könnte verwendet werden, wenn der Kord 12 einen gut definierten und hoch gleichmäßigen Elastizitätsmodul aufweist. In einem solchen Fall kann der Algorithmus, der dazu verwendet wird, die Zuführwinde 18 zur Dorndrehung elektronisch zu steuern, eine Berücksichtigung von sowohl der gewünschten Länge bei einer gewissen festgelegten Spannung als auch die tatsächliche Spannung, die durch die Meßdosen in der dritten Kordspanne (Spannung T1) gemessen wird, umfassen. Der Algorithmus kann die aufgebrachte tatsächliche Länge mit der tatsächlichen Spannung T1 derart einstellen, daß sie gemäß dem Kordelastizitätsmodul der angestrebten Länge mit der angestrebten Kordlegespannung entspricht. Dieses Verfahren hängt davon ab, daß der Dorn eine elastische Nachgiebigkeit aufweist, die dem Elastizitätsmodul des Kords ähnlich ist, und ist über einen sehr schmalen Einstellungsbereich anwendbar. Dieses Verfahren kann die Notwendigkeit für einen expandierenden Dorn beseitigen. Jedoch ist der Algorithmus viel schwieriger einzusetzen, und der tatsächliche Modul des Kords kann über die Zeit schwanken, was dieses Verfahren weniger anstrebenswert macht, als das hierin beschriebene, bevorzugte Verfahren.
• Die Zuführwinde 18 ist mit einem Codierer 24 verbunden, der die Position und Drehung der Zuführwinde 18 genau detektiert und dadurch die Bewegung des Kords 12 von dem zweiten Wegabschnitt 12B in den dritten Wegabschnitt 12C genau mißt.
• Der dritte Kordwegabschnitt 12C erstreckt sich von der Zuführwinde 18 zu dem Dorn 14, auf den der Kord 12 gewickelt werden soll. In den Kordwegabschnitt 12C ist eine Spannungsmeßeinrichtung 28 für jeden Kord 12 enthalten, der durch den Abschnitt 12C hindurchtritt, und mindestens ein Kordlegerad 30. Das Kordlegerad 30 enthält Umfangsrillen 72. Jede Umfangsrille 72 kann einen oder mehrere Korde 12 auf den Umfang des Dorns 14 führen.
• Das Kordlegerad 30, die Spannungsmeßeinrichtung 28 und die Zuführwinde 18 sind steif in bezug zueinander angebracht, um einen Aufbau 32 zu bilden und somit eine konstante Länge im dritten Kordwegabschnitt 12C aufrechtzuerhalten. Der Aufbau 32 ist auf einem radialen Positioniersystem 34 montiert, um eine radialen Aufbau 36 zu bilden, der den Umfang des Kordlegerades 30 genau auf einen gewünschten radialen Abstand vom Drehzentrum des Dorns 14 bringen kann. Das radiale Positioniersystem 34 umfaßt Linearlager oder -gleitbahnen, die an einem axialen Positioniersystem 38 montiert sind. Die Linearlager weisen nur einen einzigen Freiheitsgrad auf, der eine geradlinige Bewegung in der Richtung senkrecht zur Drehachse des Dorns 14 ist.
• Der radiale Aufbau 36 ist an dem axialen Positioniersystem 38 montiert, der den radialen Aufbau 36 parallel zur Drehachse des Dorns 14 bewegen kann. Das axiale Positioniersystem 38 umfaßt ein Linearlager oder eine lineare Gleitbahn, die das radiale Positioniersystem 34 trägt. Die Linearlager des axialen Positioniersystems 38 weisen nur einen einzigen Freiheitsgrad auf, der eine geradlinige Bewegung in der Richtung parallel zur Drehachse des Dorns 14 ist. Das axiale Positioniersystem 38 ist stabil, steif und starr genug, um eine geradlinige Bewegung in jeder unerwünschten Richtung oder eine Drehung des radialen Positioniersystems 34 um jede Achse herum zu verhindern.
• Die kombinierte Bewegung der radialen und axialen Trägersysteme 34, 38 definiert eine Ebene, die die Drehachse des Dorns 14 und die Mittellinie des Kordlegerades 30 enthält. Diese Ausgestaltung erlaubt eine leichte Steuerung des Radius, mit dem der Kord auf den Dorn 14 gelegt wird. Diese Systeme können auf den Genauigkeitsgrad hergestellt werden, der gegenwärtig in der bekannten Technik des Wickelns von Kord auf eine gesteuerte Spannung in einem Bedarfszuführungsmodus existiert. Die Genauigkeit und Steifigkeit der axialen und radialen Trägersysteme 34, 38 ist entscheidend, um zu ermöglichen, daß die Kordlegeeinrichtung Radial- und Umfangskräfte trennen kann.
• Der Dorn 14 ist steif mit einer Dornträgerwelle 42 gekoppelt und rotiert mit dieser, die ein erstes Ende 78 aufweist, das mit einem Antriebsmotor 44 verbunden ist, so daß der Antriebsmotor 44 die Welle 42 und den Dorn 14 dreht. Ein zweites Ende 80 der Welle 42 ist an dem Dorn 14 angebracht. Die Welle 42 ist auch mit einem Positionsbestimmungsmittel verbunden, das die Position des Dorns genau bestimmt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Positionsbestimmungsmittel ein Codierer 46, der die Position und Drehung der Welle 42 und des Dorns 14 genau mißt.
• Die Welle 42, das radiale Positioniersystem 34 und das axiale Positioniersystem 38 sind zur koordinierten Bewegung auf eine herkömmliche Weise verbunden, die insbesondere einer über einen Computer numerisch gesteuerten (CNC) Werkzeugmaschine ähnlich ist, wobei die Welle 42 eine typische "C"-Drehachse darstellt. Ein derartiges System läßt es zu, daß sich die Welle 42 und der axiale Träger 38 gleichzeitig auf eine Weise bewegen, die bewirkt, daß sich das Kordlegerad 30 auf einem gewendeltem oder irgendeinem anderen festgelegten Weg entlang der äußeren zylindrischen Oberfläche des Dorns 14 bewegt.
• Wenn das radiale Positioniersystem 34 auch gesteuert wird, um sich gleichzeitig mit der Welle 42 und dem axialen Positioniersystem 38 zu bewegen, kann sich das Kordlegerad 30 entlang jedes definierbaren Weges auf einer dreidimensionalen Umlauffläche bewegen, die um die Welle 42 herum rotiert. Die dreidimensionale Form könnte ein vertrauter, mit Filament umwickelter Gegenstand sein, wie beispielsweise ein Torus, ein Reifen, eine übereinander gewickelte Luftfeder, eine zylindrische Luftfeder mit einer gewendelten Wicklung oder einer Wicklung mit variablem Winkel, ein Wulstsetzbalg, ein Reifenvulkanisierbalg, ein Druckbehälter oder ein Geschoßmantel.
• Die Drehung des Dorns 14 wird durch einen Codierer 46 gemessen, der an der Dornträgerwelle 42 angebracht ist. Die Drehung der Zuführwinde 18 wird durch einen Codierer 24 gemessen. Das Steuersystem (nicht gezeigt) muß die Drehgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung von entweder dem Dorn 14 oder der Zuführwinde 18 steuern und muß einen Algorithmus enthalten, der die angestrebte Relativbewegung des Dorns 14 und der Zuführwinde 18 definiert. Beispielsweise ist im Fall eines Kords 12, der mit einer konstanten Wendelsteigung auf einem zylindrischen Dorn 14 gewickelt wird, die Relativbewegung ein konstantes Übersetzungsverhältnis, das die Geschwindigkeit des Kords 12 auf der Zuführwinde 18 an die theoretische Oberflächengeschwindigkeit anpaßt, die erforderlich ist, um den Weg 12D mit der richtigen Spannung T1 auf den Dorn 14 zu schaffen.
• Obwohl mechanische Mittel dazu verwendet werden können, die Relativbewegung der Zuführwinde 18 und des Dorns 14 zu steuern, wird ein viel flexibleres und kostengünstigeres System erzielt, wenn elektronische Steuerungen verwendet werden. Die Codierer 24, 46 können Fehler in der Relativbewegung oder -drehzahl der Zuführwinde 18 und des Dorns 14 detektieren. Herkömmliche Motordrehzahl-Steuersysteme können dazu verwendet werden, die richtigen Relativdrehzahlen der Motoren 26, 44 aufrechtzuerhalten, jedoch kann ein Steuern der Relativdrehzahlen zur Anhäufung von kleinen Drehzahlfehlern führen, die zu zunehmend großen Positionsfehlern führen. Das bevorzugte Steuersystem ist elektronisch und verwendet die Codierer 24, 46, um die Relativposition des Dorns 14 und der Zuführwinde 18 zu messen und dadurch Fehler in ihren Relativpositionen zu detektieren. Das bevorzugte Steuersystem stellt die Drehzahl von entweder dem Motor 26 oder dem Motor 44 ein, wobei ein beabsichtigter kleiner Geschwindigkeitsfehler geschaffen wird, der den Positionsfehler auf nahe Null zurückführt und die Anhäufung von kleinen Positionsfehlern verhindert, die zu einem unannehmbar großen Positionsfehler führen würden.
• Der Dorn 14 weist eine Außenfläche 86 auf, auf die der Kord 12 entlang des Kordwegs 12D gewickelt wird. Schichten aus anderen Riemenmaterialien 50 können vor dem Wickeln des Kords 12 auf dem Dorn 14 angeordnet werden. Diese Schichten 50 können diskrete Bauelemente, Plattenmaterial oder zuvor aufgebrachten, gewickelten Kord umfassen. Der Umfang des Dorns 14 und dieser darunterliegenden Schichten 50 muß zumindest groß genug sein, um die minimal erforderliche Spannung T1 in dem Kordwegabschnitt 12C aufrechtzuerhalten, und darf nicht größer als der Umfang sein, der erforderlich ist, um die maximal zulässige Spannung in dem Weg 12C aufrechtzuerhalten. Wenn der Dorn 14 und die darunterliegenden Schichten 50 ausreichend genaue Abmessungen aufweisen oder Komprimierbarkeit oder Nachgiebigkeit besitzen, die die Spannung T1 in einem annehmbaren Toleranzbereich halten, kann der Dorn 14 von einer herkömmlichen Konstruktion sein.
• Um eine größere Präzision bei der Steuerung der Spannung T1 zu erhalten, kann der Dorn 14 Umfangsmittel zum dynamischen Einstellen des Umfangs des Dorns 14 enthalten. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Umfangsmittel eine Schicht 54 mit einem einstellbaren Radius. Der bevorzugte Aufbau dieser Schicht 54 besteht aus einer flexiblen Membran 54, die an den steifen Strukturen des Dorns 14 angebracht ist, wobei ein fluiddichter Hohlraum zwischen dem Dorn 14 und der Membran 54 gebildet ist. Fluid wird in die Membran 54 durch ein Steuermittel zum Steuern des Umfangs des Dorns 14 eingeleitet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Steuermittel ein Steuerventil 58, das es der Membran 54 ermöglicht, sich radial auszudehnen, wodurch der Umfangsradius der darunterliegenden Schichten 50 des in Berarbeitung befindlichen Riemens auf die Größe eingestellt wird, die erforderlich ist, um die angestrebte Spannung T1 zu erzielen. Die Spannwinde 16 steuert die Spannung in die Zuführwinde 18 hinein, während die Spannung aus der Zuführwinde 18 heraus durch die expandierende Membran 54 gesteuert wird. Der Spannungssensor 28 in dem Kordweg 12C kann als ein Rückkopplungselement für das Steuersystem verwendet werden, das das Ventil 58 dazu verwendet, die Fluidmenge in dem Hohlraum zwischen dem Dorn 14 und der Membran 54 einzustellen.
• Eine weitere Verbesserung bei der Steuerung der Spannung T1 wird erzielt, indem das Kordlegerad 30 mit dem exakt erforderlichen Kordlegeradius positioniert wird, so daß radiale Kräfte, die zum Legen des Kords gehören, durch das Kordlegerad 30, die Positioniersysteme 34, 38 und den Rahmen der Maschine abgestützt werden. Dies läßt es zu, daß die Spannung T1 nur von Umfangskräften abhängt.
• Die oben beschriebenen Dorn 14 und Membran 54 sorgen für eine sehr kleine Einstellung der Länge der auf dem Dorn 14 hergestellten Steuerriemen. Dorne 14 mit unterschiedlichen Radien können an der Dornträgerwelle 42 angebracht werden, um Steuerriemen mit einem weiten Bereich einer Steuerriemenlänge oder eines Steuerriemenumfangs herzustellen. Der Dorn 14 muß einen großen Durchmesser und ein hohes Gewicht aufweisen, um lange Steuerriemen herzustellen.
• In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung offenbart. Es ist oft erwünscht, Riemen mit verschiedenen Längen herzustellen, wobei einige lange Riemen sind, ohne einen großen Lagerbestand an Dornen 14 zu haben. Fig. 2 zeigt eine Maschine mit zwei parallelen Wellen 42A und 42B, die Riemenscheiben oder Kettenräder 14A und 14B tragen, die in einem festgelegten Mitte-zu-Mitte-Abstand E angeordnet sind, um Steuerriemen mit variierenden Längen herzustellen. Der Steuerriemen wird um die Riemenscheiben 14A, 14B herum aufgebaut, wobei die Riemenlänge durch den Umfang einer Riemenscheibe 14A, 14B plus dem Zweifachen des Mitte-zu-Mitte-Abstandes E zwischen den Riemenscheiben 14A, 14B bestimmt ist.
• Das zuvor beschriebene kontinuierliche Zuführsystem kann an einer solchen Aufbaumaschine nur angewandt werden, wenn die Riemenbewegung genau gemessen werden kann. Da die darunterliegenden Riemenstrukturen nicht länger an dem Dorn angebracht sind (siehe Fig. 1), kann diese Position nicht durch Detektieren der Position der Drehung der Riemenscheibe 14A, 14B oder Welle 42A, 42B gemessen werden. Eine Leitkette oder ein Steuerriemen 62, die in Kettenrädern 64 auf den Riemenscheiben 14A, 14B läuft, kann dazu verwendet werden, das Ende des Kords 12 um die Riemenscheiben 14A, 14B herum in eine bekannte Position zu führen. Die Spannung T1 wird eingestellt, indem entweder der Mitte-zu-Mitte-Abstand E der Riemenscheiben 14A, 14B verändert wird, oder indem eine der Riemenscheiben 14A oder 14B mit einer expandierbaren Membran 54 (siehe Fig. 1) wie oben beschrieben hergestellt wird.
• In dem Fall einer expandierbaren Membran 54 würde natürlich das oben beschriebene Steuersystem ebenfalls verwendet werden. Die Länge des Leitriemens oder der Leitkette 62 muß sich ändern, wenn der Mitte-zu- Mitte-Abstand E eingestellt wird. Dies kann mit einer richtigen Auswahl des Elastizitätsmoduls des Riemens oder durch die Verwendung eines Zahneingriffswinkels erreicht werden, der es erlaubt, daß der Riemen oder die Kette 62 den effektiven Radius auf den Kettenrädern 64 ändern. (Der "Zahneingriffswinkel" für einen Riemen oder eine Kette ist der Winkel zwischen einer radialen Linie des Kettenrades, die von der Mitte des Kettenrades durch den Zahnkontaktpunkt verläuft und einer normalen Linie am Zahnkontaktpunkt. Wenn diese Linien rechtwinklig stehen, ist der Eingriffswinkel Null und die Kräfte zwischen dem Riemen und des Kettenrades wirken nur tangential. Der Riemen kann Drehmoment ohne eine radiale Komponente zu den Normalkräften übertragen. Wenn der Eingriffswinkel größer als Null ist, enthält die Normalkraft zwischen dem Riemen und dem Kettenrad eine radiale Komponente, die den Riemen radial nach außen schieben kann. Diese Bewegung nach außen läßt es zu, daß der Riemen mit einer konstanten Umfangslänge arbeiten kann, selbst wenn der Mitte-zu-Mitte-Abstand des Kettenrades um eine kleine Größe verändert wird.) Das Steuersystem würde eine Rückkopplung von der Meßdose 28 dazu verwenden, um die expandierende Membran und daher die Kordspannung zu steuern. Wenn die Kordspannung durch Variieren des Mitte- zu-Mitte-Abstandes E gesteuert werden soll, würde die Meßdose 28 eine Rückkopplung in den Mitte-zu-Mitte-Einstellmechanismus bereitstellen und dadurch die Kordspannung steuern.
• Die Erfindung ist anhand der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden. Es ist offensichtlich, daß anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung Modifikationen und Änderungen in den Sinn kommen werden. Es ist vom Anmelder beabsichtigt, alle derartigen Modifikationen und Abänderungen einzuschließen, insofern sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche oder ihrer Äquivalente gelangen.

Claims (22)

1. Vorrichtung (10) zum genauen Aufbringen eines Kordabschnitts (12) mit einer vorbestimmten Länge aus einer Kordquelle auf einen drehbaren Dorn (14), umfassend einen drehbaren Dorn mit einer Drehachse, eine Zuführwinde (18), um dem drehbaren Dorn den Kord zuzuführen, wobei der Kord eine Eintrittsspannung aufweist, wenn er in die Zuführwinde eintritt, und eine Austrittsspannung aufweist, wenn er die Zuführwinde verläßt, ein Kordlegerad (30), das zwischen der Zuführwinde und dem drehbaren Dorn angeordnet ist, um den Kord auf dem drehbaren Dorn in einem vorbestimmten Muster anzuordnen, ein erstes Spannungsmeßmittel (28) zum Messen der Austrittsspannung, wobei das erste Spannungsmeßmittel mit dem Kord zwischen der Zuführwinde und dem Legerad in Kontakt steht, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

die Zuführwinde (18), die die vorbestimmte Kordlänge von der Zuführwinde dem drehbaren Dorn kontinuierlich zuführt, und ein erstes Meßmittel (24) zum Messen der Länge des Kords, der die Zuführwinde verläßt, und

ein Einstellmittel zum dynamischen Einstellen eines Umfangs des Dorns, um eine vorbestimmte Kordspannung in dem Kord zwischen der Zuführwinde und dem Legerad aufrechtzuerhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einstellmittel eine aufpumpbare Membran (54) ist, die an einer Außenfläche des Dorns angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kord gemäß einem definierten Algorithmus dem Dorn kontinuierlich zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Algorithmus auf einer Form, einem Umfang und einer Drehgeschwindigkeit des Dorns beruht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Einstellmittel umfaßt: eine Druckfluidquelle, und ein Steuerventil (58), wobei das Steuerventil dazu dient, die Strömung von Fluid in die aufpumpbare Membran hinein und aus dieser heraus zu steuern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei es Rückkopplungsmittel gibt, um eine Rückkopplung von der ersten Spannungsmeßeinrichtung zu dem Steuerventil bereitzustellen, wobei das Steuerventil auf die Rückkopplung von der ersten Spannungsmeßeinrichtung anspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem radialen Positioniersystem (34), das in einer Richtung senkrecht zur Drehachse des Dorns bewegbar ist, wobei das Kordlegerad an dem radialen Positioniersystem (34) montiert ist, und einem aalen Positioniersystem (38), das in einer Richtung parallel zur Drehachse bewegbar ist, wobei das radiale Positioniersystem an dem axialen Positioniersystem montiert ist.

8. Vorrichtung (10) zum genauen Aufbringen eines Kordabschnitts (12) mit einer vorbestimmten Länge und Spannung aus einer Versorgungsquelle auf eine Trägereinrichtung, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine Zuführwinde (18), um der Trägereinrichtung den Kord zuzuführen, wobei der Kord eine Eintrittsspannung aufweist, wenn er in die Zuführwinde eintritt, und eine Austrittsspannung aufweist, wenn er die Zuführwinde verläßt, ein Kordlegerad (30), das zwischen der Zuführwinde und der Trägereinrichtung angeordnet ist, um den Kord auf der Trägereinrichtung in einem vorbestimmten Muster anzuordnen, ein erstes Spannungsmeßmittel, das mit dem Kord zwischen der Zuführwinde und dem Legerad in Kontakt steht, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

erste und zweite parallele Wellen (42A, 42B), die um parallele Drehachsen herum drehbar sind, wobei die Wellen durch einen vorbestimmten Mitte-zu-Mitte-Abstand getrennt sind,

erste und zweite Riemenscheiben (14A, 14B), die jeweils auf den ersten bzw. zweiten Wellen angebracht sind,

einen Führungsriemen (62), der in Umfangsrichtung um die ersten und zweiten Riemenscheiben herum in Eingriff gebracht und mit diesen drehbar ist, und

ein Steuermittel zum Steuern der Austrittsspannung, um die vorbestimmte Spannung aufrechtzuerhalten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Zuführwinde die vorbestimmte Kordlänge kontinuierlich auf die ersten und zweiten Riemenscheiben zuführt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einem radialen Positioniersystem (34), das in einer Richtung senkrecht zu den Drehachsen der Wellen bewegbar ist, wobei das Kordlegerad an dem radialen Positioniersystem (34) montiert ist, und einem axialen Positioniersystem (38), das in einer Richtung parallel zu den Drehachsen bewegbar ist, wobei das radiale Positioniersystem an dem axialen Positioniersystem montiert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Steuermittel dazu dient, den Mitte-zu-Mitte-Abstand (E) zwischen den ersten und zweiten Wellen zu verändern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen den ersten und zweiten Wellen dynamisch einstellbar ist, um die Kordspannung in dem Kord zu steuern.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ein Positionsbestimmungsmittel aufweist, wobei das Positionsbestimmungsmittel dem Dorn zur genauen Bestimmung der Position des Dorns wirksam zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Positionsbestimmungsmittel ein Codierer (46) ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Dorn nicht zylindrisch ist.

16. Verfahren zum genauen Aufbringen eines Kords (12) aus einer Versorgungsquelle auf einen drehbaren Dorn (14), wobei das Verfahren umfaßt, daß der Kord einem drehbaren Dorn zugeführt wird, indem eine Zuführwinde (18) gedreht wird, und eine Spannung in dem Kord an einer ersten vorbestimmten Position zwischen der Zuführwinde und dem Dorn mit einer ersten Spannungsmeßeinrichtung (28) gemessen wird, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist, daß:

der Dorn mit einem Mittel zum dynamischen Einstellen eines Umfangs des Dorns ausgestattet wird,

eine vorbestimmte Kordlänge dem Dorn gemäß einem definierten Algorithmus kontinuierlich zugeführt wird,

eine Steuereingabe von der ersten Spannungsmeßeinrichtung an das Mittel zum Einstellen des Umfangs des Dorns geschickt wird, und der Umfang des Dorns in Ansprechen auf die Steuereingabe eingestellt wird, um eine angestrebte Kordspannung aufrechtzuerhalten.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Einstellens des Umfangs umfaßt, daß eine an einer Außenfläche des Dorns angebrachte Membran aufgepumpt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, das den Schritt umfaßt, daß die Drehung der Zuführwinde relativ zur Drehung des Dorns elektronisch gesteuert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Algorithmus von der Kordlänge abhängt.

20. Verfahren zum genauen Aufbringen eines Kords (12) aus einer Versorgungsquelle auf einen drehbaren Dorn (14), wobei das Verfahren umfaßt, daß der Kord einem rotierenden Dorn zugeführt wird, indem eine Zuführwinde (18) gedreht wird, und eine Spannung in dem Kord an einer ersten vorbestimmten Position zwischen der Zuführwinde und dem Dorn mit einer ersten Spannungsmeßeinrichtung (28) gemessen wird, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist, daß:

der Dorn an ersten und zweiten Riemenscheiben (14A, 14B) gedreht wird, die mit einem Mitte-zu-Mitte-Abstand voneinander beabstandet angeordnet sind,

eine vorbestimmte Länge des Kords dem Dorn kontinuierlich zugeführt wird, und

der Mitte-zu-Mitte-Abstand selektiv eingestellt wird, um die Kordspannung in dem Kord zu steuern.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Einstellens des Abstandes die Spannung in dem Kord während des kontinuierlichen Zuführens des Kords auf den Dorn dynamisch steuert.

22. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Zuführwinde elektronisch gekoppelt ist, so daß eine relative Winkelstellung einer ersten Welle durch kleine Geschwindigkeitsverhältnisfehler kontinuierlich korrigiert wird.