DE7246053U - Spulmaschine - Google Patents

Description

Bag. 85 5 Gm

B a r m a g

Banner Maschinenfabrik
Aktiengesellschaft

Wuppertal

Spulmaschine

Die Erfindung betrifft eine Spulmaschine zum Aufwickeln von Chemiefasern mit einem drehbaren, auskragend gelagerten Spannfutter zur Aufnahme der Spulenhülsen und mit einer drehbaren Kontaktwalze, welche an der Spulenhülse bzw. der darauf gebildeten Spule kraftschlüssig anliegt.

Bei der Erzeugung von Chemiefasern werden Spulmaschinen u.a. zum Aufspulen der frisch gesponnenen und/oder der frisch verstreckten Fasern eingesetzt. Die Produktivität der Spinn- und Verstreckanlagen hängt weitgehend auch von der Aufspulgeschwindigkeit ab, die mit der Spulmaschine erzielt werden kann. Zwar sind einer Erhöhung der Spinn- und Verstreckgeschwindigkeiten auch bei Endlosfasern Grenzen durch die Abhängigkeit der textlien Eigenschaften der erzeugten Endlosfasern von den Spinn- und Verstreckgeschwindigkeiten gesetzt. Unter Berücksichtigung dieser Abhängigkeit werden heute jedoch bereits Fadengeschwindigkeiten von mehr als 1500 n/min, und insbesondere in kontinuierlich arbeitenden Spinn-Streckanlagen und Schnellspinnanlagen Fadengeschwindigkeiten von mehr als 5000 m/min, gefahren. Bei einem üblichen Hülsendurchmesser von z.B. 58 mm bedeutet, das eine Drehzahl des Spann-

72*605312.6.74

f utters von 27 500/min. zu Anfang des Auf spul Vorgangs. Da die Endlosfasern mit konstanter Geschwindigkeit anfallen, beträgt die Drehzahl bei einem Spulendurchmesser von z.B. 260 mm zum Ende der Spulreise 6100/mln.. Bei einer konstanten Fadengeschwindigkeit von 2000 m/min, ergibt sich ein Drehzahlbereich von 11000/min. zu Anfang bis 2450/min. zum Ende der Spulreise.

Es ist ersichtlich, daß sich aus der Höhe der Drehzahlen in Verbindung mit dem weiten Bereich der bei einer Spulreise zu durchlaufenden Drehzahlen Probleme bei der Lagerung des Spannfutters ergeben, insbesondere dann, wenn das Spannfutter auskragend gelagert ist. Diese auskragende Lagerung ist von Vorteil für die Bedienung der Spulvorrichtung und erleichtert das Aufstecken der leeren Spulenhülsen und das Abnehmen der vollen Spulen. Als besonderes Problem hat sich herausgestellt, das Spannfutter so zu lagern, daß im Verlauf der Spulreise keine kritischen Drehzahlen auftreten. Als kritische Drehzahl wird hierbei die ungedämpfte Eigenschwingung der Welle bezeichnet (z.B. Dubbels "Taschenbuch für den Maschinenbau", 12. Auflage, Band 1, Seite 268). Der Betrieb des Spannfutters mit einer kritischen Drehzahl führt zu sehr erheblichen Schwingungen, die zur Zerstörung des Spannfutters oder anderer Maschinenteile führen. Die Vermeidung der kritischen Drehzahl bei einem solchen Spannfutter ist auch deswegen schwierig, weil die kritische Drehzahl mit größer werdender Spule im Verlauf der Spulreise abnimmt. Diese Abnahme ergibt sich aus der idealisierten Formel

worin ⁶³ K die kritische Drehzahl

c die Federkonstante des Spannfutters und seiner Lagerung

m die Masse des Spannfuters einschließlich der im Verlauf der Spulreise zunehmenden Masse der Spule ist.

Eine Möglichkeit, das Auftreten kritischer Drehzahlen zu vermelden, besteht darin, das Spannfutter und seine Lagerung so starr auszulegen, daß die kritische Drehzahl über der Betriebsdiehzahl liegt. Diese Lösung ist aus konstruktiven Gründen nur bis zu gewissen maximalen Be\.riebsdrehzahlen möglich und vertretbar und hat den Nachteil, daß die Auslegung des Spannfutters und seiner Lagerung den Betriebsbereich und damit den Einsatzbereich der Spulvorrichtung begrenzt.

Eine andere Möglichkeit, Schädigungen durch kritische Drehzahlen zu vermeiden, besteht darin, das Spannfutter so weich zu lagern, daß die kritische Drehzahl unterhalb des Betriebsdrehzahlbereichs liegt und beim Anlaufen und Abbremsen des Spannfutters sehr schnell durchfahren wird.

Derartige weiche Lagerungen sind bei senkrecht stehenden Spindeln bereits angewandt worden (DAS 1 028 025). Dem standen keine besonderen Hemmnisse entgegen, da diese mit konstanter, hoher Drehzahl betriebenen Spindeln keinen oder nur unwesentlichen Querkräften ausgesetzt sind, so daß sie sich unter der Kreiselwirkung selbst aufrichten und zentrieren können.

Anders ist es bei horizontalen Spannfuttern mit kraftschlüssig an der Spule anliegenden Kontaktwalzen. Derartige Kontaktwalzen dienen in Spulmaschinen für mit konstanter Geschwindigkeit anfallende Fäden insbesondere dem Zweck, eine über die Spulreise konstante, der Fadengeschwindigkeit entsprechende Umfangsgeschwindigkeit der Spule zu gewährleisten. Diese Funktion üben sie entweder als Treibwalze oder als Meßwalze aus. Als Treibwalzen sind sie z.B. durch einen Synchronmotor mit konstanter Drehzahl angetrieben und übertragen durch Reibschluß das zum Aufspulen des Fadens erforderliche Drehmoment auf die Spule. Als Meßwalzen dienen die Kontaktwalzen der Messung der momentanen Umfangsgeschwindigkeit der Spule, wobei der Meßwert zur Steuerung der

■ ^: A/

Drehzahl eines Achsantriebmotors des Spannfutters dient. Horizontal und auskragend gelagerte Spannfutter stehen nicht nur unter dynamischen, sondern vor allem auch statischen Belastungen, die quer zu der Spannfutterdrehachse gerichtet sind. Dynamische Belastungen des Spannfutters ergeben sich insbesondere aus Unwuchten und Unrundheiten der Spule, die dazu führen, daß die Kontaktwalze nicht mit gleichmäßigem Druck und mit gleichmäßigem Schlupf an der Spule anliegt. Die statische Belastung setzt sich insbesondere zusammen aus dem Druck der Kontaktwalze und aus dem Gewicht der Spule. Als Treibwalze muß die Kontaktwalze unter einem recht erheblichen Druck an dem Spannfutter anliegen, damit die erforderliche Beschleunigung und das erforderliche Drehmoment zum Aufspulen des Fadens übertragen und der Schlupf in Grenzen gehalten werden kann. Das Gewicht der Spule wächst im Verlaufe der Spulreise vom Wert 0 an. Zu Ende der Spulreise beträgt das Gewicht in einer ausgeführten Spulmaschine bei einem Hülsenaußendurchmesser von 58 mm, einer Spulenlänge von 260 mm und einem Spulenaußendurchmesser von 350 mm ca. 2 6 kg.

Es muß nun vermieden werden, daß die horizontal und auskragend gelagerten Spannfutter unter diesen Belastungen mit ihrem freien Ende vor der Kontaktwalze ausweichen. Wenn das Spannfutter mit seinem freien Ende vor der Kontaktwalze ausweicht, liegt die Kontaktwalze nur einseitig an der Spule an. Dadurch entsteht evtl. ein größerer Schlupf zwischen Kontaktwalze und Spule der zu einer Verfälschung des Meßergebnisses bzw. zu einer ungleichmäßigen Kraftübertragung führt. Außerdem besteht die Gefahr bei Treibwalzenantrieb, daß die Spule aus hochempfindlichen Chemiefasern bei einseitiger Anlage der Treibwalze durch Druck-, Walk- und Hitzeeinwirkung beschädigt wird. Schließlich besteht die Gefahr, daß ein weich gelagertes Spannfutter, das sich unter der Einwirkung der Querkräfte in einer

exzentrischen Lage befindet, in seiner Lagerung eine Präzessionsbewegui.g ausführt.

Es ist ein Spannfutter bekanntgeworden (US-l'atent 3 593 932) , bei dem das Spannfutter um eine horizontcie, senkrecht zur Spannfutterachse angebrachte Achse in gewissen Bereichen schwenken kann. Die Schwenkbewegung wird durch geeignete Elemente gedämpft und begrenzt. Diese Vorrichtung soli gewährleisten, daß die Treibwalze mit gleichmäßigem Druck an der Spule anliegt. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine weiche Lagerung irt oben beschriebenen Sinn, -la nur eine Bewegung in einer senkrechten Ebene zugelassen und gedämpft wird. In dieser Vorrichtung ist daher keine ahre verwirklicht, die die Vermeidung von kritischen Drehzahlen zum Gegenstand haben könnte.

Ein anderes Spannfutter (US-Patent 3 59 3 IM) im. Usk.irmt geworden, bei dem der äußere Mantel q«qen(.lt<er flmjin iiiiii«r«n, ebenfalls rotierenden Teil des Spannfuttern ii, wt< ι i-iu-i, . elastischen und dämpfenden ü-i'lngeii ·ι«Ιλ·ι^μ t^t ίμ.ί. diese Art der Lagerung kann man du· k ι ι t ι i<·!»«· iimiiMiii nicht wesentlich absenken, da s 1 c\\ d l ο 1.1 ■ ι «· ι. ·ι· i.w ι ι.ψιι, |..μ, aller Teile des Spannfutters ilhc r 1 .»>!«■· · ■ ■ "■·' dal.« ι ti· Eigenschwingung der starr qeinqertMi, -r«ii... . η ., „,,,.., ι Liehen Einfluß behält.

Der Erfindung ileqt demiwirh .!to A < t Γ ■ / .j| .·-.» ··.· ι· .■ * .- .

Überwindung der auf q«iz« I >\t on ii ι i,dn ι ι, ι ι .«■ .-ii,·· ₍ ·.. · . t 1 i-httinq mit· fip.iniifiii ii-r .»■ ι ·. ι. «r r... i.> , .,.. ι· . ι · ι -* ι..-

I) t eh/, rth J dc! lit I ! < I ι ! I «i I ι 1 ■ ι« · ι « ι ■ . '· . -»i · '■ ■ «I · «I · . Ii I α I : Il W l t d nil,.· ι . ι I in. ι . I . I . ·. I «. . ■ ι . « · Ι · . ·ι «·..··..

Λ r ι πι ι ι Γ -. ι*ι Ui ι. ■ .ι. . ι , . ,ι· ' ι ■ · . «■- ¹^. · "·ι « ·

Vl ι I 'Jt/ ■> Ii 1 .!■!«■ ι.

/MhI)'. 1 ι; η

1. Mit der Spulmaschine starr verbunden ist ein auskragender rohrförmiger Lagerkörper.

2. Das Spannfutter weist einen zylindrischen Hohlraum auf, der an einer Seite durch eine Nabe abgeschlossen wird, mit dem eine in den Hohlraum konzentrisch ragende Welle starr verbunden ist.

3. Die Welle des Spannfutters ist mit ihrem freien Ende in den rohrförmigen Lagerkörper geschoben und darin in einem Paar von Wälzlagern gelagert.

4. Die Wälzlager sind gegenüber dem rohrförmigen Lagerkörper in Gummi-Elementen gelagert und symmetrisch zum Schwerpunkt des Spannfutters und der Spule angeordnet.

Die Spulmaschine mit diesem Spannfutter verbindet die Bedienungsvorteile des auskragenden Spannfutters mit den technischen Vorteilen der zweiseitigen Wellenlagerung. Besondere Vorteile sind:

Das Spannfutter kann sich sowohl unter dem Gewicht der Spule als auch unter dem Druck der Kontaktwalze nur parallel zu der Kontaktwalze verschieben, wobei die evtl. auftretende Neigung des auskragenden rohrförmigen Lagerkörpers durch die entgegengesetzte Neigung des Spannfuttermantels kompensiert wird. Ferner können infolge der Innenlagerung der Spannfutterwelle die Relativgeschwindigkeiten niedrig gehalten werden, wodurch sich die Lebensdauer erhöht. Schließlich werden die Gummi-Elemente, in denen die Wälzlager gelagert sind, unter der Belastung des Spannfutters nur statisch nicht aber auch dynamisch und walkend belastet werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Es zeigen:

Fig. 1 die Spulmaschine mit der Spannfutterlagerung im Schnitt;

Fig. 2 eine Lagerung im Detail;
Fig. 3, 4 und 5 Kreuzgelenke.

Nach Fig, 1. ist in dem Gehäuse 1 der Spulmaschine in Lagerdurchbrüchen 3 der rohrförmige Lagerkörper 2 eingepaßt und auskragend gelagert. Der rohrförmige Lagerkörper ist durch die Schrauben 4 gegen Verdrehen und axiales Verschieben gesichert. In diesem rohrförmigen Lagerkörper ist das Spannfutter 7 drehbar gelagert. Das Spannfutter dient zum Festklemmen einer Hülse 5, auf der die Spule gebildet wird. Der Antrieb der Spule erfolgt im dargestellten Fall durch den Riementrieb 26 und den Antriebsmotor Durch die Kontaktwalze 16, die an einer Mantellinie der Spule kraftschlüssig anliegt, wird die Umfangsgeschwindigkeit der Spule 6 gemessen und über diesen Meßwert die Drehzahl des Antiebsmotors 27 so gesteuert, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule 6 konstant bleibt. Die Kontaktwalze 16 kann aber auch als Treibwalze durch einen Synchronmotor angetrieben sein und die Spule 6 an ihrem Außenumfang - allein oder im Zusammenwirken mit einem Achsantriebsmotor 27 - antreiben. Dem Einsatz eines Treibwalzenantriebs ist jedoch insbesondere durch Geräuschbelästigung, Gefahr der Beschädigung des Fadenmateriaxs durch zu hohe Anpreßdrücke und zu starke Walkarbeit bei Erreichen einer bestimmten Betriebsdrehzahl eine Grenze gesetzt. Der Anpreßdruck zwischen Kontaktwalze 16 und Spule 6 kann durch beliebige äußere Kräfte P-, aufgebracht werden.

Das Spannfutter 7 besteht aus dem zylindrischen und hohlen Mantelkörper 8, der Nabe 9 und der daran starr befestigten Welle 10. Die Welle 10 ist in dem rohrförmigen Lagerkörper 2 gelagert. Hierzu sind die Wälzlager 11 und 12 vorgesehen, die sich gegen den Lagerkörper 2 durch die Gummi-Elemente und 14 abstützen. Es handelt sich hier um handelsübliche Elemente wie z.B. 0-Ringe, die in Fig. 2 dargestellten Elemente oder auch anders geformte Elemente. Als Material hat sich Gummi gut bewährt. Es kommen jedoch auch andere elastische Materialien mit guten Dämpfungseigenschaften in Betracht.

Die Wälzlager sind symmetrisch zur Mittellinie M angeordnet und durch Abstandshülsen und Ringe axial festgelegt. Das Spannfutter ist so ausgelegt, daß auch der Schwerpunkt des Spannfutters in der Mittellinie M liegt und daß die Mittellinie der auf dem Spannfutter eingespannten Hülse und der darauf befindlichen Spule mit der Mittelinie M zusammenfällt.

Die Festklemmung der Hülse 5 auf dem Spannfuttermantel 8 erfolgt in bekannter Weise wie z.B. durch Einrichtungen nach der DOS 2 106 493.

Das Spannfutter 7 wird durch eine nicht dargestellte Bremse mittels der Bremsbacken 18 und der Bremsscheibe abgebremst. Das Wellenende 20 ist durch die Wälzlager 21 in dem rohrförmigen Lagerkörper 2 starr gelagert. Der starr gelagerte Wellenteil 20 ist mit dem weich gelagerten Wellenteil 10 durch Kreuzgelenke 23 wie sie als Beispiel in Fig. 3 dargestellt sind, und den Mittelteil 19 verbunden. Die Kreuzgelenke sind zwar zur übertragung des durch Antrieb bzw. Bremsung entstehenden Torsionsmomentes, nicht aber zur übertragung von Biegemomenten geeignet.

2% 053-17,6-

Hierdurch wird gewährleistet- daß die Spannfutterwelle nicht auf Biegung beansprucht wird und daß demnach die einzelnen Teile 10, 19, 20 der Spannfutterwelle um eine genau definierte Achse unter Vermeidung der bei Ausbildung einer gekrümmten Biegelinie sich einstellenden Exzentrizität rotieren.

Die Eigenschaften des Kreuzgelenkes und Insbesondere die Biegewaichheit des Kreuzgelenkes brauchen im vorliegenden Falle nicht in idealer Form gageben zu sein. Es ist ausreichend, daß eine nur geringe Biegesteifigkeit vorliegt. Eine erste Annäherung der Kreuzgelenkeigenschaften wird z.B. durch eine örtliche Schwächung des Wellendurchmessers erreicht.

Weitere Ausführungs formen derartiger kreuzgelenkartiger Kupplungselemente sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Fig. 4 zeigt ein derartiges Kupplungselement 2 3 zwischen den Wellenteilen 10 und 19 bzv. 19 und 20, das aus zwei plattenförmigen Verjüngungen der Welle besteht, v/elche um 90 gegeneinander versetzt sind.

Nach Fig. 5 wird der Kupplungsteil mit Kreuzgelenkeigenschaften dadurch gebildet, daß die Welle durch die Ausnehmung eines Gewindes geschwächt wird. Ein derartiges Gewinde ist torsionssteif. Die Biegesteifigkeit dagegen richtet sich allein nach dem erheblich geschwächten Kern und ist daher verhältnismäßig gering.

Claims (4)

1. - ίο -

   Anspruch

   Spulmaschine zum Aufwickeln von Chemiefasern mit einem

   I drehbaren, auskragend gelagerten Spannfutter zur Aufnahme

   I der Spulenhülsen und mit einer drehbaren Kontaktwalze,

   f welche an der Spulenhülse bzw. der darauf gebildeten

   f Spule kraftschlüasig anliegt, gekennzeichnet durch

   ! folgende Kombination:

   f 1. Mit der Spulmaschine starr verbunden ist ein aus

   kragender, rohrförmiger Lagerkörper {2),
2. 2. Das Spannfutter (7) weist einen zylindrischen

   ·■: Hohlraum auf, der an einer Stirnseite durch eine

   j. Nabe (9) abgeschlossen wird, mit welcher eine in

   : den Hohlraum konzentrisch ragende Welle (10) starr

   j verbunden ist.

   ;
3. 3. Die Welle (10) des Spannfutters (7) ist in den rohr

   förmigen Lagerkörper (2) geschoben und darin in einem Paar von Wälzlagern (11,12) gelagert.
4. 4. Die Wälzlager (11,12) sind gegenüber dem rohrförmigen Lagerkörper (2) in Gummi-Elementen (13, 14) gelagert und symmetrisch zum Schwerpunkt des Spannfutters (7) und der Spule (6) angeordnet.