EP2157222B1 - Flechtklöppel; Flechtmaschine und Verfahren zum Abzug eines Faserfadens von der Spule eines Flechtklöppels - Google Patents

Flechtklöppel; Flechtmaschine und Verfahren zum Abzug eines Faserfadens von der Spule eines Flechtklöppels Download PDF

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EP2157222B1
EP2157222B1 EP09161997.3A EP09161997A EP2157222B1 EP 2157222 B1 EP2157222 B1 EP 2157222B1 EP 09161997 A EP09161997 A EP 09161997A EP 2157222 B1 EP2157222 B1 EP 2157222B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
braiding
spool
shaft
bobbin
thread
Prior art date
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Active
Application number
EP09161997.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2157222A1 (de
Inventor
Thomas Bäumer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BAEUMER, THOMAS
Original Assignee
Enrichment Technology Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Enrichment Technology Co Ltd filed Critical Enrichment Technology Co Ltd
Publication of EP2157222A1 publication Critical patent/EP2157222A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2157222B1 publication Critical patent/EP2157222B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04C—BRAIDING OR MANUFACTURE OF LACE, INCLUDING BOBBIN-NET OR CARBONISED LACE; BRAIDING MACHINES; BRAID; LACE
    • D04C3/00—Braiding or lacing machines
    • D04C3/02—Braiding or lacing machines with spool carriers guided by track plates or by bobbin heads exclusively
    • D04C3/14—Spool carriers
    • D04C3/16—Spool carriers for horizontal spools

Definitions

  • the invention relates to a braided bobbin with a coil from which a fiber thread can be pulled off by a thread guide.
  • the invention further relates to a braiding machine with a plurality of such braiding bobbins and a method for drawing a fiber thread from a bobbin of a braiding bobbin.
  • Braiding machines usually use braiding bobbins with bobbins and thread guides with which the thread tension of the fiber during braiding is kept as constant as possible.
  • this process must be very gentle on the fiber, otherwise there is damage or even a crack of the fibers.
  • Braiding machines either use elongate fiber bobbins for receiving a larger amount of fiber material, or a short bobbin is used which can accommodate very fine fiber material but only in lesser amounts. Both systems work equally well, for example, by inserting and locking an elongated coil with the previously wound fiber material in the braiding bobbin.
  • the thread is passed through a thread guide, which is positioned approximately centrally in the amount of the fiber bobbin. From there, the thread is led to a thread deflection at the foot of the bobbin, this fiber deflection is integrated into a lever which is spring-loaded and releases a ratchet at a corresponding spring tension.
  • This ratchet is located below the fiber coil and is via a clamping shaft with her connected. If the ratchet loosens, the rotation of the bobbin is released and the bobbin rotates under the applied fiber tension. The rotation of the coil releases a length of fiber and reduces the tension of the thread abruptly. The spring-loaded lever goes down and locks again the ratchet and thus the fiber coil. With further fiber extraction, the process is repeated until the fiber tension has raised the lever again so far that this releases the ratchet.
  • the course of the fiber tension has the shape of a sawtooth.
  • the thread tension increases relatively steeply according to the spring rate until the ratchet is released by the spring loaded thread return lever.
  • the spool can roll freely over a catch, and the thread tension drops steeply in the short term.
  • the coil is then braked again until the next notch is released.
  • the thread tension drops again according to the spring rate. This process is repeated continuously during the braiding process.
  • the spring-loaded lever and the associated fiber path are essential for the braiding process, because the spring tension can only be maintained at any time by this.
  • the meandering course of the braiding bobbin in the braiding machine results in different fiber lengths from the fiber bobbin to the laying point. As the bobbin moves from the outer radius of the bobbin lace toward the inner radius, the fiber length decreases toward the braiding point. Without the thread compensation in the braiding bobbin the thread would sag and be carried along by the other threads.
  • a disadvantage of elongate fiber bobbins is that the thread at the short distance of the first thread guide is drawn off obliquely over the wound-up fiber stock.
  • sensitive fibers such as carbon fibers, it is very easy to fiber damage that build up and ultimately lead to the crack of the fiber.
  • torsion springs inside a coil.
  • the European patent specification discloses EP 0 402 526 B1 to a fiber winding device with a supply spool and an axle, in the interior of which is a coil spring.
  • the coil spring is coupled to the inner part of the axle and engages with its outer end in recesses within the drive part of the supply reel. When the axle and the supply spool are rotated, the outer end of the coil spring engages in a recess to wind the spring up to a predetermined tension.
  • US patent US 5 285 712 A discloses a yarn guide device with a coupling unit, which finds particular application in braiding.
  • This thread guide device comprises a spring drive which is connected to the yarn package via a mechanical transmission unit.
  • the spring drive biases the thread both during the withdrawal and during the braiding due to the compensation of the thread and allows a continuous removal of yarn with a large length.
  • the US patent US 5,904,087 A describes a braided bobbin guide with a magnetic slip clutch to prevent overwinding of a coil spring which is twisted during the withdrawal of the thread.
  • the slip clutch acts whenever a corresponding thread tension is reached when the thread is pulled out by the twisting of the spiral spring. When caused by the braiding movement thread compensation, the coil spring is then relaxed again.
  • German Offenlegungsschrift discloses DE 1 435 219 A1 a clapper for a braiding machine, in which a plurality of coils are rotatably mounted and braked on a common clamping shaft.
  • the axis of rotation of the coils coincides with the axis of the braking device.
  • For the function of the brake also contributes to a spring which loads the brake.
  • the object of the invention is therefore to provide a braided bobbin, in which the required thread tension can be adjusted and a sufficiently large thread compensation is given, without it comes in particular with sensitive fibers to considerable fiber damage.
  • this object is achieved by a braided bobbin having the features of independent claim 1.
  • Advantageous developments of the braiding bobbin result from the dependent claims 2-6.
  • the object is further achieved by a braiding machine according to the features of claim 7, and claim 8 specifies a method for the withdrawal of a thread from a braiding bobbin according to the invention.
  • the braiding bobbin according to the invention has a spool, from which a fiber thread can be pulled off by a thread guide.
  • This spool is rotatably mounted on a shaft and thereby rotatable against and by the spring force of the torsion spring.
  • the rotation of the shaft is braked by a brake with an adjustable braking torque.
  • Shaft and coil are connected to each other via at least one torsion spring connected.
  • the torsion spring is fixed to the inner surface of a hollow bobbin holder and the outer surface of a sleeve, wherein the bobbin holder is rotatably supported by bearings on the sleeve, while the sleeve rotatably mounted on the shaft and the coil in turn rotatably mounted on the bobbin holder is.
  • the coil is arranged in a laterally open housing frame of the braiding bobbin, which may be formed for example as a U-profile.
  • the thread guide is mounted in the form of a recess
  • the shaft is rotatably mounted in a bore in the gutter of the housing frame.
  • the brake used is, for example, a magnetic hysteresis brake or eddy current brake.
  • the brake may be mounted inside or outside the housing frame of the braiding bobbin, the shaft being guided through the housing to the brake when mounted outside the housing.
  • the invention further comprises a braiding machine comprising a plurality of braiding bobbins according to the invention.
  • the invention comprises a method for withdrawing a fiber thread from the bobbin of a braiding bobbin, wherein the fiber thread during braiding in a first step i) withdrawn from the bobbin and the coil is thereby rotated against the spring force of a torsion spring on a shaft in a take-off direction , Once the torque on the shaft corresponds to the set braking torque of a brake of the shaft, the rotation of the coil via the torsion spring causes a rotation of the shaft.
  • a second process step ii) the fiber thread is rewound onto the spool by the shaft is standing and the coil is rotated by the spring force of the torsion spring on the shaft in a remindspulraum which is opposite to the withdrawal direction.
  • the braided beater according to the invention has the advantage that in particular a large number of sensitive fibers can be processed in a braiding machine without fiber damage occurring.
  • the fiber can be deducted without fiber damage from the coil, the required fiber tension can be adjusted and there are only small voltage fluctuations. Furthermore, sufficient thread compensation is present and the fiber withdrawal is very uniform.
  • the fiber coil allows itself by a reverse rotational movement, the thread tension compensation.
  • the thread tension is realized by an adjustable brake and the return movement while maintaining a certain thread tension is achieved by a torsion spring.
  • Fig. 1 an embodiment of the braiding bobbin 10 according to the invention is shown, in which a coil 20 is arranged in the interior of a laterally open housing frame 11 of the braiding bobbin 10.
  • a coil 20 is arranged in the interior of a laterally open housing frame 11 of the braiding bobbin 10.
  • On the spool of fiber material is wound in the form of a fiber thread 30 and at the end faces of the coil 20 may be provided elevations to prevent lateral slipping of the fiber material.
  • the coil 20 is preferably hollow and pushed from the side onto a coil holder 21.
  • One end face of the bobbin holder 21 is covered by the housing frame 11, while the other end face is exposed, so that the coil 20 can be pulled up and removed from this open side.
  • Both the coil 20 and the coil holder 21 are made of plastic, for example.
  • the coil holder 21 is preferably hollow like the coil 20 and surrounds a shaft 50 on which the coil holder 21 is rotatably mounted in two directions.
  • bearings 22 may be provided, for example in the form of ball bearings.
  • a sleeve 51 is fixedly mounted on the shaft 50 inside the bobbin holder 21.
  • the bearings 22 support the spool holder 21 rotatably on the sleeve 51 and thus on the shaft 50th
  • the bobbin holder 21 and the bobbin 20 can be connected to one another in a rotationally fixed manner, for example by guiding a split pin 23 through a respective bore in the bobbin 20 and the bobbin holder 21.
  • the split pin 23 causes both a radial and an axial fixation of the coil 20 on the bobbin holder 21.
  • the sap 23 is removed and the coil 20 can be withdrawn from the bobbin holder 21.
  • the two holes of the coil 20 and the bobbin holder 21 must be aligned with each other to allow insertion of the pin 23.
  • the coil holder 21 may have on its front side hidden by the housing frame 11, a limiting web 24, in which one or more recesses are introduced.
  • the coil 20 may have on its corresponding end face one or more pins which engages in the recesses when the coil is pushed up to the limiting web 24 onto the coil holder 21.
  • an orientation of the coil 20 on the bobbin holder 21 is required.
  • the coil holder 21 may be designed, for example, conical, wherein its outer diameter increases towards the end face in the region of the housing frame 11. The coil 20 can then be slid from the thinner side and pressed onto the conical bobbin holder 21. Possible it is also to provide for the connection between the coil 20 and coil holder 21 a bayonet closure.
  • At least one torsion spring 60 is arranged, which surrounds the shaft 50 and establishes a connection between the coil holder 21 and the shaft 50.
  • the torsion spring 60 is preferably attached to the outer diameter of the sleeve 51 and the inner diameter of the bobbin holder 21.
  • the torsion spring 60 may be formed, for example, as a spiral spring. In Fig. 1 However, a preferred embodiment of a straight torsion spring with fixed clamping is shown at both ends.
  • the torsion spring 60 is arranged so that it against the rotation of the spool 20 and thus of the spool holder 21 on the shaft 50 in the withdrawal direction, a spring force applies or in the opposite direction (rewind direction) can cause a rotation of the spool 20 on the shaft 50.
  • the fiber thread 30 is guided from the spool 20 through a thread guide 40 out of the housing frame 11 of the braiding bobbin 10 to a depositing point on a component to be braided.
  • the thread guide in the form of an eyelet 40 is preferably in the upper region of the housing frame 11, as in Fig. 1 is shown.
  • the edges of the thread guide 40 are preferably executed rounded.
  • the surface of the eyelet 40 is also made very smooth, so that no fiber damage caused by cracks, splinters or sharp burrs.
  • the eyelet is made of a material such as ceramic or porcelain.
  • the shaft 50 is rotatably mounted in a bore 12 in the housing frame 11 and protrudes on both sides of the housing frame 11 out.
  • the bobbin holder 21 may be formed on one side like a cover 25 so as to cover the inside of the bobbin. This embodiment is exemplary in FIG Fig. 1 shown.
  • the shaft 50 protrudes through a bore in this cover 25.
  • the laterally open housing frame 11 is formed for example by a U-profile, in which the two legs of the U-profile above and below the shaft 50 are arranged.
  • the coil holder 21 and the coil 20 are between the two legs of the U-profile arranged while the shaft 50 is on the other side of the housing frame 11 in conjunction with a brake 70.
  • a brake 70 In the in Fig.
  • this brake 70 is thus arranged to the left of the housing frame 11 and thereby attached to the outside of the housing frame 11.
  • the brake 70 may also be mounted between the two legs of the housing frame 11, so that all components of the braiding bobbin are located within the housing frame 11.
  • the brake 70 is, for example, a magnetic hysteresis brake or an eddy current brake with which the rotation of the shaft 50 can be braked. As an alternative to these types of brakes, however, any other brakes can be used.
  • a brake disc 72 is mounted on the shaft 50 within the brake 70, the rotation of which is braked in the withdrawal direction by the brake 70.
  • a braking torque is adjustable, for example in the range of 0-100 mNm.
  • the shaft 50 is rotatably supported within the brake 70 by bearings 71 and 71 '.
  • Braiding machine not shown are provided on a bobbin multiple wicker, which move between the inner and outer radius of the bobbin.
  • a braided beater 10 moves from the inner radius of the bobbin lace to the outer radius, the fiber thread 30 is pulled away from the bobbin 20 as the fiber length must increase.
  • the torsion spring 60 is biased against its spring force, since the shaft 50 is fixed by the braking action of the brake 70.
  • the torsion spring 60 stretches according to their spring stiffness up to a spring tension, in which by the torsion spring 60 to the shaft 50, a torque is applied, which corresponds to the braking torque set in the brake 70.
  • the shaft 50 is taken over the torsion spring 60 of the coil 20 and also rotates.
  • the fiber thread 30 unwinds further from the coil 20.
  • the tension on the thread 30 will decrease.
  • the torsion spring 60 rotates the spool 20 in a rewinding direction opposite to the previous drawing direction.
  • the thread 30 rewinds on the spool 20 and the thread tension decreases according to the spring constant of the torsion spring 60, wherein the shaft 50 is fixed.
  • the torsion spring 60 tensions again until the brake 70 releases the rotation of the shaft 50 again.
  • the course of the thread tension with the braiding beater according to the invention can be carried out substantially flatter and thus more gentle on the fiber by the selection of the spring constants of the torsion spring 60.
  • the thread tension within the Fadenabzugsshake increases continuously and then remains at the withdrawal of the thread 30 at a constant level. Will the thread within the When the thread compensating section is wound back onto the bobbin, the thread tension drops continuously and rises again when the withdrawal of the thread starts again.
  • the braiding bobbin according to the invention can be used to process just as many carbon fibers with a Tex weight of 77 (eg 1 K T300 fiber from Toray) that it comes to fiber damage or even fiber tears.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Braiding, Manufacturing Of Bobbin-Net Or Lace, And Manufacturing Of Nets By Knotting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Flechtklöppel mit einer Spule, von der ein Faserfaden durch eine Fadenführung abziehbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Flechtmaschine mit mehreren solcher Flechtklöppel und ein Verfahren zum Abzug eines Faserfadens von einer Spule eines Flechtklöppels.
  • In Flechtmaschinen werden üblicherweise Flechtklöppel mit Spulen und Fadenführungen verwendet, mit denen die Fadenspannung der Faser beim Flechtvorgang möglichst konstant gehalten werden soll. Insbesondere in Flechtmaschinen, in denen sehr feine Kohlenstofffasern verarbeitet werden, muss dieser Vorgang sehr faserschonend erfolgen, da es sonst zu Beschädigungen oder sogar einem Riss der Fasern kommt.
  • Bekannte Flechtklöppel unterscheiden sich dabei maßgeblich durch die verwendete Faserspule voneinander. Flechtmaschinen verwenden entweder längliche Faserspulen für die Aufnahme einer größeren Menge an Fasermaterial, oder es wird eine kurze Spule eingesetzt, die sehr feines Fasermaterial, allerdings nur in geringeren Mengen, aufnehmen kann. Beide Systeme arbeiten gleichermaßen, indem beispielsweise eine längliche Spule mit dem vorher aufgespulten Fasermaterial in den Flechtklöppel eingesetzt und arretiert wird. Der Faden wird durch eine Fadenführung geführt, die etwa mittig in Höhe der Faserspule positioniert ist. Von da aus wird der Faden zu einer Fadenumlenkung am Fuß des Klöppels geführt, wobei diese Faserumlenkung in einen Hebel integriert ist, der federbelastet ist und bei einer entsprechenden Federspannung eine Ratsche freigibt. Diese Ratsche befindet sich unterhalb der Faserspule und ist über eine Klemmwelle mit ihr verbunden. Löst sich die Ratsche, wird die Drehung des Klöppels freigegeben und die Spule dreht sich unter der anliegenden Faserspannung. Durch die Drehung der Spule wird ein Stück Faserlänge freigegeben, und die Fadenspannung wird schlagartig reduziert. Der federbelastete Hebel geht nach unten und sperrt dabei wieder die Ratsche und damit die Faserspule. Bei weiterem Faserabzug wiederholt sich der Vorgang, bis die Faserspannung den Hebel wieder so weit angehoben hat, dass dieser die Ratsche freigibt.
  • Der Verlauf der Faserspannung hat dabei die Form eines Sägezahnes. Die Fadenspannung steigt entsprechend der Federkonstanten relativ steil an, bis die Ratsche durch den federbelasteten Fadenumlenkungshebel freigegeben wird. Durch die Freigabe der Spule kann die Spule über eine Raste frei abrollen, und die Fadenspannung fällt kurzfristig steil ab. Die Spule wird dann wieder gebremst bis die nächste Raste freigegeben wird. Wenn der Klöppel sich vom Außenradius der Klöppelkurve auf den inneren Radius bewegt, fällt die Fadenspannung entsprechend der Federkonstanten wieder ab. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich während des Flechtvorgangs.
  • Der federbelastete Hebel und der damit verbundene Faserweg sind für den Flechtvorgang unbedingt notwendig, weil die Federspannung nur dadurch zu jedem Zeitpunkt aufrecht gehalten werden kann. Durch den mäanderförmigen Verlauf des Flechtklöppels in der Flechtmaschine kommt es jedoch zu unterschiedlichen Faserlängen von der Faserspule bis zum Ablegepunkt. Wenn der Klöppel sich vom äußeren Radius der Klöppelbahn auf den inneren Radius zubewegt, nimmt die Faserlänge zum Flechtpunkt hin ab. Ohne die Fadenkompensation im Flechtklöppel würde der Faden durchhängen und von den anderen Fäden mitgerissen.
  • Ein Nachteil von länglichen Faserspulen liegt darin, dass der Faden bei dem kurzen Abstand der ersten Fadenführung schräg über den aufgespulten Faservorrat abgezogen wird. Bei empfindlichen Fasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, kommt es daher sehr schnell zu Faserschädigungen, die sich aufbauen und letztendlich zum Riss der Faser führen.
  • Bei empfindlichen Fasern wie Kohlenstofffasern mit sehr geringer Tex-Zahl werden daher üblicherweise Kurzspulen eingesetzt, die einen problemloseren Faserabzug ermöglichen. Ein Nachteil kürzerer Spulen liegt zwar in dem geringen Faservorrat, der auf eine Spule aufgespult werden kann. Da nur sehr feine Fasern mit solchen Spulen verarbeitet werden, steht auf der Spule jedoch eine ausreichende Faserlänge für den Flechtvorgang zur Verfügung. Durch die Anordnung der Spule muss der Fadenkompensationsweg jedoch anders gelöst werden. Dies erfolgt üblicherweise durch eine mehrfache Faserumlenkung, und durch ein Flaschenzugprinzip steht eine ausreichende Faserlänge für die Längenkompensation zur Verfügung. Als nachteilig bei solchen Bauformen erweist sich jedoch die große Anzahl an Faserumlenkungen innerhalb des Klöppelabzugs. Typischerweise durchläuft der Faden vier Mal eine Faserumlenkung von 180° und eine ösenförmige Fadenführung. Besonders bei den 180°-Faserumlenkungen kommt es zu Faserbeschädigungen, die dann zum Faserbruch führen können.
  • Um bei Flechtverfahren eine vorbestimmte Faserspannung aufrecht zu erhalten, ist es ferner bekannt, Torsionsfedern im Innern einer Spule einzusetzen. Beispielhaft offenbart die europäische Patentschrift EP 0 402 526 B1 dazu eine Faserspulvorrichtung mit einer Zuführspule und einem Achsteil, in dessen Innern sich eine Spiralfeder befindet. Die Spiralfeder ist mit dem inneren Teil des Achsteils gekoppelt und greift mit ihrem äußeren Ende in Einbuchtungen innerhalb des Antriebsteils der Zuführspule ein. Werden das Achsteil und die Zuführspule gedreht, greift das äußere Ende der Spiralfeder in einer Einbuchtung ein, um die Feder bis zu einer vorbestimmten Spannung aufzuwickeln. Anschließend bewirkt eine weitere Drehung des Achsteils und der Spule in dieselbe Richtung, dass das äußere Ende der Feder von einer Einbuchtung in die nächste gleitet, um ein Überdrehen oder Brechen der Feder zu verhindern. Entsteht bei der Faserzuführung ein Durchhang, greift das äußere Ende der Feder in eine Einbuchtung ein und das Achsteil und die Spule rotieren in die entgegengesetzte Richtung, um so die Faser auf die Zuführspule zu wickeln und eine vorbestimmte Spannung auf der Faser aufrechtzuerhalten.
  • Auch die US-Patentschrift US 5 285 712 A offenbart eine Fadenführungsvorrichtung mit einer Kupplungseinheit, die insbesondere in Flechtmaschinen Anwendung findet. Diese Fadenführungsvorrichtung umfasst einen Federantrieb, der mit der Garnspule über eine mechanische Übertragungseinheit verbunden ist. Der Federantrieb spannt den Faden sowohl während des Abzugs als auch während der durch die Flechtbewegung bedingten Kompensation des Fadens und ermöglicht eine kontinuierliche Entnahme von Garn mit einer großen Länge.
  • Die US-Patentschrift US 5 904 087 A beschreibt eine Flechtklöppelführung mit einer magnetischen Rutschkupplung zur Vermeidung des Überdrehens einer Spiralfeder, die während des Abzugs des Fadens verdreht wird. Die Rutschkupplung wirkt immer dann, wenn beim Abzug des Fadens durch das Verdrehen der Spiralfeder eine entsprechende Fadenspannung erreicht ist. Bei der durch die Flechtbewegung bedingten Fadenkompensation wird die Spiralfeder dann wieder entspannt.
  • Aus dem Stand der Technik sind ferner verschiedene Anwendungen von Bremseinrichtungen bekannt, welche die Rotation von Spulen steuern. Beispielsweise offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 1 435 219 A1 einen Klöppel für eine Flechtmaschine, bei dem mehrere Spulen auf einer gemeinsamen Spannwelle dreh- und abbremsbar gelagert sind. Die Drehachse der Spulen fällt dabei mit der Achse der Bremseinrichtung zusammen. Zur Funktion der Bremse trägt ferner eine Feder bei, welche die Bremse belastet.
  • Die bekannten Spulenformen von Flechtklöppeln ermöglichen jedoch keine Verarbeitung von sehr feinen Kohlenstofffasern, ohne dass eine Schädigung der Fasern eintritt. Durch die trockene Faserverarbeitung bei gleichzeitig faserschädigendem Abzug kann kein sicherer Flechtprozess aufgebaut werden, wenn insbesondere eine große Anzahl von Faserspulen gleichzeitig verwendet werden soll.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Flechtklöppel bereitzustellen, bei dem die erforderliche Fadenspannung eingestellt werden kann und eine ausreichend große Fadenkompensation gegeben ist, ohne dass es insbesondere bei empfindlichen Fasern zu erheblichen Faserschädigungen kommt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Flechtklöppel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Flechtklöppels ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-6. Die Aufgabe wird ferner durch eine Flechtmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, und Anspruch 8 gibt ein Verfahren für den Abzug eines Fadens aus einem erfindungsgemäßen Flechtklöppel an.
  • Der erfindungsgemäße Flechtklöppel weist eine Spule auf, von der ein Faserfaden durch eine Fadenführung abziehbar ist. Diese Spule ist drehbar auf einer Welle gelagert und dabei gegen und durch die Federkraft der Torsionsfeder drehbar. Die Drehung der Welle ist durch eine Bremse mit einem einstellbaren Bremsmoment bremsbar. Welle und Spule sind über wenigstens eine Torsionsfeder miteinander verbunden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Torsionsfeder an der Innenfläche eines hohlen Spulenhalters und der Außenfläche einer Hülse befestigt, wobei der Spulenhalter durch Lagerungen drehbar auf der Hülse gelagert ist, während die Hülse drehfest an der Welle angebracht und die Spule wiederum drehfest auf dem Spulenhalter angebracht ist.
  • Vorzugsweise ist die Spule in einem seitlich offenen Gehäuserahmen des Flechtklöppels angeordnet, der beispielsweise als U-Profil ausgebildet sein kann. In einem oberen Schenkel des Gehäuserahmens ist die Fadenführung in Form einer Aussparung angebracht, und die Welle ist drehbar in einer Bohrung im Zwischensteg des Gehäuserahmens angebracht. Bei der verwendeten Bremse handelt es sich beispielsweise um eine Magnet-Hysteresebremse oder Wirbelstrombremse. Die Bremse kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuserahmens des Flechtklöppels angebracht sein, wobei die Welle bei einer Anbringung außerhalb des Gehäuses durch das Gehäuse zur Bremse geführt ist.
  • Von der Erfindung umfasst ist ferner eine Flechtmaschine, die mehrere der erfindungsgemäßen Flechtklöppel aufweist.
  • Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Abzug eines Faserfadens von der Spule eines Flechtklöppels, bei dem der Faserfaden beim Flechtvorgang in einem ersten Verfahrensschritt i) von der Spule abgezogen und die Spule dadurch gegen die Federkraft einer Torsionsfeder auf einer Welle in eine Abzugsrichtung gedreht wird. Sobald das Drehmoment an der Welle dem eingestellten Bremsmoment einer Bremse der Welle entspricht, bewirkt die Drehung der Spule über die Torsionsfeder eine Drehung der Welle. In einem zweiten Verfahrenschritt ii) wird der Faserfaden auf die Spule zurückgespult, indem die Welle steht und die Spule durch die Federkraft der Torsionsfeder auf der Welle in eine Rückspulrichtung gedreht wird, welche der Abzugsrichtung entgegengesetzt ist.
  • Der erfindungsgemäße Flechtklöppel hat den Vorteil, dass sich mit ihm insbesondere eine große Anzahl an empfindlichen Fasern in einer Flechtmaschine verarbeiten lassen, ohne dass es zu Faserschäden kommt. Die Faser lässt sich dabei ohne Faserschädigung von der Spule abziehen, wobei die erforderliche Faserspannung eingestellt werden kann und es nur zu geringen Spannungsschwankungen kommt. Ferner ist eine ausreichende Fadenkompensation vorhanden und der Faserabzug ist sehr gleichmäßig.
  • Die Faserspule ermöglicht dabei selbst durch eine Rückwärts-Drehbewegung die Fadenspannungskompensation. Die Fadenspannung wird durch eine einstellbare Bremse realisiert und die Rückzugsbewegung unter Aufrechterhaltung einer bestimmten Fadenspannung wird durch eine Torsionsfeder erreicht.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
  • Von den Abbildungen zeigt:
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flechtklöppels; und
    Fig. 2
    eine Darstellung der Fadenspannung bei dem erfindungsgemäßen Flechtklöppel im Vergleich zu herkömmlichen Flechtklöppeln aus dem Stand der Technik.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flechtklöppels 10 dargestellt, bei dem eine Spule 20 im Innern eines seitlich offenen Gehäuserahmens 11 des Flechtklöppels 10 angeordnet ist. Auf die Spule ist Fasermaterial in Form eines Faserfadens 30 aufgewickelt und an den Stirnseiten der Spule 20 können Erhöhungen vorgesehen sein, um ein seitliches Abgleiten des Fasermaterials zu verhindern. Die Spule 20 ist vorzugsweise hohl und von der Seite auf einen Spulenhalter 21 aufgeschoben. Eine Stirnseite des Spulenhalters 21 ist dabei von dem Gehäuserahmen 11 verdeckt, während die andere Stirnseite frei liegt, so dass die Spule 20 von dieser offenen Seite auf- und abgezogen werden kann. Sowohl die Spule 20 als auch der Spulenhalter 21 sind beispielsweise aus Kunststoff gefertigt.
  • Der Spulenhalter 21 ist vorzugsweise wie die Spule 20 hohl ausgebildet und umgibt eine Welle 50, auf welcher der Spulenhalter 21 in zwei Richtungen drehbar gelagert ist. Für diese Lagerung können Lager 22 beispielsweise in Form von Kugellagern vorgesehen sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Innern des Spulenhalters 21 eine Hülse 51 fest an der Welle 50 angebracht. Die Lager 22 lagern den Spulenhalter 21 drehbar auf der Hülse 51 und damit auf der Welle 50.
  • Der Spulenhalter 21 und die Spule 20 können drehfest miteinander verbunden werden, indem beispielsweise ein Splint 23 durch jeweils eine Bohrung in der Spule 20 und dem Spulenhalter 21 geführt wird. Der Splint 23 bewirkt sowohl eine radiale als auch eine axiale Fixierung der Spule 20 auf dem Spulenhalter 21. Zum Auswechseln der Spule wird der Splint 23 entfernt und die Spule 20 kann vom Spulenhalter 21 abgezogen werden. Beim Aufbringen einer neuen Spule müssen die beiden Bohrungen der Spule 20 und des Spulenhalters 21 aneinander ausgerichtet werden, um ein Einbringen des Splints 23 zu ermöglichen.
  • Alternativ oder ergänzend können auch andere Mittel zum drehfesten Verbinden der Spule 20 mit dem Spulenhalter 21 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Spulenhalter 21 an seiner vom Gehäuserahmen 11 verdeckten Stirnseite einen Begrenzungssteg 24 aufweisen, in den eine oder mehrere Aussparungen eingebracht sind. Als Gegenstück kann die Spule 20 an ihrer entsprechenden Stirnseite einen oder mehrere Stifte aufweisen, der/die in die Aussparungen eingreift/en, wenn die Spule bis zum Begrenzungssteg 24 auf den Spulenhalter 21 geschoben wird. Auch hierbei ist eine Ausrichtung der Spule 20 am Spulenhalter 21 erforderlich. Um neben dieser radialen Verbindung auch eine axiale Verbindung zu gewährleisten, kann der Spulenhalter 21 beispielsweise konisch ausgeführt sein, wobei sich sein Außendurchmesser zu der Stirnseite im Bereich des Gehäuserahmens 11 hin vergrößert. Die Spule 20 kann dann von der dünneren Seite aufgeschoben und auf den konischen Spulenhalter 21 aufgepresst werden. Möglich ist es auch, für die Verbindung zwischen Spule 20 und Spulenhalter 21 einen Bajonettverschluss vorzusehen.
  • Zwischen dem Spulenhalter 21 und der Welle 50 ist wenigstens eine Torsionsfeder 60 angeordnet, welche die Welle 50 umgibt und eine Verbindung zwischen dem Spulenhalter 21 und der Welle 50 herstellt. Ist eine Hülse 51 vorgesehen, ist die Torsionsfeder 60 vorzugsweise am Außendurchmesser der Hülse 51 und dem Innendurchmesser des Spulenhalters 21 befestigt. Die Torsionsfeder 60 kann beispielsweise als Spiralfeder ausgebildet sein. In Fig. 1 ist jedoch eine bevorzugte Ausführungsform einer geraden Torsionsfeder mit fester Einspannung an beiden Enden dargestellt. Die Torsionsfeder 60 ist so angeordnet, dass sie gegen die Drehung der Spule 20 und damit des Spulenhalters 21 auf der Welle 50 in Abzugsrichtung eine Federkraft aufbringt bzw. in entgegengesetzter Richtung (Rückspulrichtung) eine Drehung der Spule 20 auf der Welle 50 bewirken kann.
  • Der Faserfaden 30 wird von der Spule 20 durch eine Fadenführung 40 aus dem Gehäuserahmen 11 des Flechtklöppels 10 hinaus zu einem Ablagepunkt an einem zu flechtenden Bauteil geführt. Die Fadenführung in Form einer Öse 40 liegt vorzugsweise im oberen Bereich des Gehäuserahmens 11, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Um an der Fadenführung 40 keine Beschädigung des Faserfadens 30 hervorzurufen, sind die Kanten der Fadenführung 40 vorzugsweise abgerundet ausgeführt. Die Oberfläche der Öse 40 ist ferner sehr glatt ausgeführt, so dass keine Faserbeschädigungen durch Risse, Splitter oder scharfe Grate entstehen können. Vorzugsweise besteht die Öse aus einem Material wie Keramik oder Porzellan.
  • Die Welle 50 ist drehbar in einer Bohrung 12 im Gehäuserahmen 11 gelagert und ragt auf beiden Seiten des Gehäuserahmens 11 heraus. Der Spulenhalter 21 kann an einer Seite wie eine Abdeckung 25 ausgeformt sein, um das Innere der Spule abzudecken. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in Fig. 1 dargestellt. Die Welle 50 ragt durch eine Bohrung in dieser Abdeckung 25. Der seitlich offene Gehäuserahmen 11 wird beispielsweise durch ein U-Profil gebildet, bei dem die beiden Schenkel des U-Profils ober- und unterhalb der Welle 50 angeordnet sind. Der Spulenhalter 21 und die Spule 20 sind zwischen den beiden Schenkeln des U-Profils angeordnet, während die Welle 50 auf der anderen Seite des Gehäuserahmens 11 in Verbindung mit einer Bremse 70 steht. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese Bremse 70 somit links vom Gehäuserahmen 11 angeordnet und dabei an der Außenseite des Gehäuserahmens 11 befestigt. Die Bremse 70 kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch auch zwischen den beiden Schenkeln des Gehäuserahmens 11 angebracht sein, so dass sich alle Bauteile des Flechtklöppels innerhalb des Gehäuserahmens 11 befinden.
  • Bei der Bremse 70 handelt es sich beispielsweise um eine Magnet-Hysteresebremse oder eine Wirbelstrombremse, mit der die Drehung der Welle 50 gebremst werden kann. Als Alternative zu diesen Bremsenarten können jedoch auch jegliche andere Bremsen verwendet werden. Dazu ist innerhalb der Bremse 70 eine Bremsscheibe 72 an der Welle 50 angebracht, deren Drehung in Abzugsrichtung durch die Bremse 70 gebremst wird. An der Bremse 70 ist ein Bremsmoment beispielsweise im Bereich von 0-100 mNm einstellbar. Die Welle 50 ist innerhalb der Bremse 70 durch Lager 71 und 71' drehbar gelagert.
  • Beim Betrieb des Flechtklöppels in einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten Flechtmaschine sind auf einer Klöppelbahn mehrere Flechtklöppel vorgesehen, die sich zwischen dem inneren und äußeren Radius der Klöppelbahn bewegen. Wenn sich ein Flechtklöppel 10 vom inneren Radius der Klöppelbahn auf den äußeren Radius zu bewegt, wird der Faserfaden 30 von der Spule 20 abgezogen, da die Faserlänge hierbei zunehmen muss. Bei diesem Abzug des Fadens in Abzugsrichtung spannt sich die Torsionsfeder 60 gegen ihre Federkraft, da die Welle 50 durch die Bremswirkung der Bremse 70 fest steht. Die Torsionsfeder 60 spannt sich entsprechend ihrer Federsteifigkeit bis zu einer Federspannung, bei der durch die Torsionsfeder 60 an der Welle 50 ein Drehmoment anliegt, das dem in der Bremse 70 eingestellten Bremsmoment entspricht. Wenn diese Federspannung und damit das in der Bremse 70 eingestellte Bremsmoment erreicht ist, wird die Welle 50 über die Torsionsfeder 60 von der Spule 20 mitgenommen und dreht sich ebenfalls. Der Faserfaden 30 spult sich dabei weiter von der Spule 20 ab. Solange der Faden 30 von der Spule 20 abgezogen wird, beträgt die Fadenspannung in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser F=M/r, wobei M das an der Spule anliegende Bremsmoment und r den Spulenradius bezeichnet.
  • Muss der Faden 30 zurückgespult werden, wie es der Fall ist, wenn der Flechtklöppel 10 vom Außenradius auf den Innenradius der Klöppelbahn geführt wird, lässt der Zug auf den Faden 30 nach. Die Torsionsfeder 60 dreht die Spule 20 in eine Rückspulrichtung, die der vorherigen Abzugsrichtung entgegengesetzt ist. Der Faden 30 spult sich auf die Spule 20 zurück und die Fadenspannung nimmt dabei entsprechend der Federkonstanten der Torsionsfeder 60 ab, wobei die Welle 50 fest steht. Wenn der innere Radius der Klöppelbahn erreicht ist, und die Spule 20 von da wieder auf den äußeren Radius der Klöppelbahn zuläuft, spannt sich die Torsionsfeder 60 wieder, bis die Bremse 70 die Drehung der Welle 50 wieder freigibt.
  • So wiederholen sich der Abspul- und Rückspulvorgang beim Flechten eines Bauteils, und die dabei auftretende Fadenspannung ist in Fig. 2 in einem Diagramm A dargestellt, in dem die Fadenspannung F über den Fadenabzug S aufgetragen ist. Im Vergleich dazu ist im Diagramm B der Fig. 2 die Fadenspannung bei herkömmlichen Flechtklöppeln aus dem Stand der Technik dargestellt. Aus dem Diagramm B ist der sägezahnförmige Verlauf der Fadenspannung bei herkömmlichen Flechtklöppeln ersichtlich, der für die verwendeten Fasern eine erhebliche Belastung darstellt. Innerhalb der Fadenabzugsstrecke kommt es durch das Abrollen über eine Raste zu wiederholten Spannungsschwankungen. Wenn der Klöppel sich vom Außenradius auf den Innenradius der Klöppelkurve bewegt, beginnt die Fadenkompensation und die Fadenspannung fällt entsprechend der Federkonstanten des Fadenumlenkungshebels ab. Auf dem Weg vom Innenradius zum Außenradius steigt die Federspannung wieder an.
  • Der Verlauf der Fadenspannung mit dem erfindungsgemäßen Flechtklöppel kann dagegen durch die Auswahl der Federkonstanten der Torsionsfeder 60 wesentlich flacher und damit faserschonender ausgeführt werden. Bis zum Freigeben der Welle 50 durch die Bremse 70 steigt die Fadenspannung innerhalb der Fadenabzugsstrecke kontinuierlich an und bleibt dann beim Abzug des Fadens 30 auf einem konstanten Niveau. Wird der Faden innerhalb der Fadenkompensationsstrecke auf die Spule zurückgewickelt, fällt die Fadenspannung kontinuierlich wieder ab und steigt wieder an, wenn der Abzug des Fadens erneut beginnt.
  • Da es mit dem erfindungsgemäßen Flechtklöppel zu keinen erheblichen Faserschädigungen kommt, ist ein Flechtprozess mit beliebig vielen Fasern und Flechtklöppeln ohne Problem möglich, wobei auch empfindliche Fasern eingesetzt werden können. Sollen in einer Flechtmaschine beispielsweise ca. 400 Flechtklöppel eingesetzt werden, um bestimmte Anforderungen eines zu flechtenden Bauteils zu erfüllen, können mit dem erfindungsgemäßen Flechtklöppel ebenso viele Kohlenstofffasern mit einem Tex-Gewicht von 77 (z.B. 1 K Faser T300 von Toray) verarbeitet werden, ohne dass es zu Faserschäden oder sogar Faserrissen kommt.
    • Bezugszeichenliste:
    • 10
    Flechtklöppel
    11
    Gehäuse
    12
    Bohrung
    20
    Spule
    21
    Spulenhalter
    22
    Lagerung Spulenhalter auf Welle
    23
    Splint
    24
    Begrenzungssteg
    25
    Abdeckung
    30
    Faserfaden, Fasermaterial
    40
    Fadenführung, Öse
    50
    Welle
    51
    Hülse
    60
    Torsionsfeder
    70,71'
    Lagerung Welle in Bremse
    72
    Bremsscheibe

Claims (8)

  1. Flechtklöppel (10) mit einer Spule (20), von der ein Faserfaden (30) durch eine Fadenführung (40) abziehbar ist, wobei die Spule (20) drehbar auf einer Welle (50) gelagert ist, und die Spule (20) gegen und durch die Federkraft einer Torsionsfeder (60) drehbar ist, und wobei die Drehung der Welle (50) in Abzugsrichtung durch eine Bremse (70) mit einem einstellbaren Bremsmoment bremsbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Welle (50) und die Spule (20) über wenigstens eine Torsionsfeder (60) miteinander verbunden sind.
  2. Flechtklöppel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Torsionsfeder (60) an der Innenfläche eines hohlen Spulenhalters (21) und der Außenfläche einer Hülse (51) befestigt ist, wobei der Spulenhalter (21) durch Lagerungen (22) drehbar auf der Hülse (51) gelagert ist, während die Hülse (51) drehfest an der Welle (50) angebracht ist und die Spule (20) drehfest auf dem Spulenhalter (21) angebracht ist.
  3. Flechtklöppel nach einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bremse (70) eine Magnet-Hysteresebremse oder Wirbelstrombremse ist.
  4. Flechtklöppel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spule (20) in einem seitlich offenen Gehäuserahmen (11) des Flechtklöppels (10) angeordnet ist, wobei der Gehäuserahmen (11) als U-Profil ausgeführt ist, der in einem Schenkel des U-Profils eine Fadenführung (40) in Form einer Aussparung im Gehäuserahmen (11) aufweist, und dass die Welle (50) drehbar in einer Bohrung (12) im Zwischensteg des U-Profils gelagert ist.
  5. Flechtklöppel nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bremse (70) außerhalb des Gehäuserahmens (11) des Flechtklöppels angebracht ist, und die Welle (50) durch die Bohrung (12) im Gehäuserahmen (11) zur Bremse (70) geführt ist.
  6. Flechtklöppel nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bremse (70) im Gehäuserahmen (11) des Flechtklöppels angebracht ist.
  7. Flechtmaschine mit mehreren Flechtklöppeln,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flechtklöppel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.
  8. Verfahren zum Abzug eines Faserfadens (30) von der Spule (20) eines Flechtklöppels (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Faserfaden (30) beim Flechtvorgang in einem ersten Verfahrensschritt i) von der Spule (20) abgezogen und die Spule (20) dadurch gegen die Federkraft einer Torsionsfeder (60) auf einer Welle (50) in eine Abzugsrichtung gedreht wird, bis das Drehmoment an der Welle (50) dem eingestellten Bremsmoment einer Bremse (70) der Welle (50) entspricht und die Drehung der Spule (20) dann über die Torsionsfeder (60) eine Drehung der Welle (50) bewirkt, und dass der Faserfaden (30) in einem zweiten Verfahrenschritt ii) auf die Spule (20) zurückgespult wird, indem die Welle (50) steht und die Spule (20) durch die Federkraft der Torsionsfeder (60) auf der Welle (50) in eine Rückspulrichtung gedreht wird, welche der Abzugsrichtung entgegengesetzt ist.
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