EP2475814B1

EP2475814B1 - Vorrichtung zum vernadeln einer faserbahn

Info

Publication number: EP2475814B1
Application number: EP09751849.2A
Authority: EP
Inventors: Tilman Reutter
Original assignee: Hi Tech Textile Holding GmbH
Current assignee: Hi Tech Textile Holding GmbH
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: CN102597351B; US20120167361A1; WO2011029487A1; US8793848B2; CN102597351A; EP2475814A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn.
Die DE 10 2005 012 265 AI zeigt eine Vorrichtung, die zur Verfestigung und Strukturierung von Faserlagen eingesetzt wird. Hierzu wird eine Faserbahn mit einer Vielzahl von Nadeln durchstossen, die in einer oszillierenden Bewegung geführt sind. Bei dem Vorgang werden somit die Nadeln mit einer oszillierenden Vertikalbewegung geführt, um das Fasermaterial in der Faserbahn zu verfestigen. Bei diesem Vorgang wird die Faserbahn mit einem Vorschub stetig vorwärts bewegt, der vorzugsweise durch Walzen ausgeführt wird. Da die Nadeln nicht glatt sondern mit in Einstichrichtung geöffneten Widerhäkchen versehen sind, werden beim Einstechen einzelne Fasern erfasst und innerhalb der Faserlage umorientiert. Hierdurch wird ein Verfilzungsund Verfestigungseffekt erzielt. Um während des Eintauchens der Nadeln in der Faserbahn aufgrund des Vorschubs der Faserbahn keine ungewünschten Verformungen zu erhalten, die beispielsweise zu einem Verzug oder eine Langlochbildung im vernadelten Material führen, werden die Nadeln mit einer überlagerten Horizontalbewegung geführt, die überlagert zu der Vertikalbewegung stattfindet.
Bei der bekannten Vorrichtung wird sowohl die Vertikalbewegung als auch die Horizontalbewegung des Nadelbalkens durch ein Kurbeltriebwerk an dem Nadelbalken eingeleitet. Hierzu weist das Kurbeltriebwerk zwei Kurbelantriebe mit zwei angetriebenen Kurbelwellen auf. Durch eine Phasenverstelleinrichtung sind die Kurbelwellen in ihren Phasenlagen verstellbar ausgebildet. Je nach Phasenlage der Kurbelwellen zueinander ergibt sich somit eine ellipsenähnliche Bewegungsform, in welcher die oszillierende Bewegung des Nadelbalkens ausgeführt wird. Um dabei möglichst ein stabiles Eintauchen der Nadeln in der Faserbahn zu erhalten, ist zusätzlich eine Führungseinrichtung vorgesehen, die an dem Nadelbalken angreift. Hierbei müsste jedoch einerseits die Vertikalbewegungen des Nadelbalkens als auch die Horizontalbewegungen des Nadelbalkens ungehindert ausgeführt werden. Bei der bekannten Vorrichtung wird die Führungseinrichtung durch eine Führungsstange gebildet, die in einer an einem Maschinengestell gehaltenen Führungsbuchse geführt ist. Die Führungsbuchse ist über ein Schwenklager schwenkbar am Maschinengestell gehalten, so dass je nach Phasenlage der Kurbelwellen eine Schrägstellung des Balkenträgers über das Schwenklager der Führungseinrichtung möglich ist. In diesem Fall ist beim Antrieb des Balkenträgers die durch den Balkenträger ausgeführte Führungsbahn im Wesentlichen durch die ortsfeste Lage des Schwenklagers der Führungseinrichtung abhängig. Somit lassen sich nur sehr kleine Horizontalhübe durch eine Phasenverstellung der Kurbelwellen realisieren.
Bei der bekannten Vorrichtung tritt des Weiteren das Problem auf, dass mit zunehmendem Grad der Phasenverstellung zwischen den beiden Kurbelwellen die freien Massenkräfte und Massenmomente zunehmen und im Extremfall zu erhöhten Schwingungen im Maschinengestell führen. Insbesondere durch die horizontale Bewegungskomponente des Nadelbalkens werden horizontal gerichtete Massenkräfte erzeugt, die durch einen Massenausgleich an den Kurbelwellen nur unzureichend ausgeglichen werden können. Insoweit ist die bekannte Vorrichtung nur in engen Grenzen zur Ausführung einer horizontalen Bewegung des Nadelbalkens geeignet.
Die nächstliegende WO 2009/019111 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn mit einem oszillierend angetriebenen Nadelbalken, der an seiner Unterseite ein Nadelbrett mit einer Vielzahl von Nadeln aufweist. Die Vorrichtung besitzt mindestens einen beweglichen Balkenträger zum Halten des Nadelbalkens und ein Kurbeltriebwerk zur oszillierenden Bewegung des Balkenträgers. Das Kurbeltriebwerk weist zwei mit dem Balkenträger verbundene Pleuelstangen und zwei angetriebene Kurbelwellen mit einer Phasenverstelleinrichtung zur Einstellung eines Phasenwinkels (ϕ) an einer der beiden Kurbelwellen auf. Die Vorrichtung hat ferner eine an dem Balkenträger angreifende Führungseinrichtung zur Führung des Nadelbalkens während seiner oszillierenden Bewegung, welche mehrere Führungslenker aufweist, die durch mehrere Drehgelenke mit dem Balkenträger verbunden sind, wobei der angetriebenen Nadelbalken bei dem durch die Phasenverstelleinrichtung eingestellten Phasenwinkel (ϕ) im Winkelbereich von 0° bis 30° durch den oder die Führungslenker führbar ist. Die Phasenverstelleinrichtung weist zwei auf die Kurbelwellen einwirkende Stellmotoren mit einer Stelleinrichtung oder alternativ einen Stellmotor und ein auf die Kurbelwellen einwirkendes Stellgetriebe auf.
Die EP 1 939 343 A2 lehrt eine andere Vernadelungsvorrichtung mit einem Kurbeltrieb und gleichphasig angetriebenen Pleueln, wobei an einem Pleuel im Anschlussbereich des Balkenträgers ein Lenkergetriebe zur Erzeugung eines überlagerten Horizontalhubs und einer Phasenverschiebung angreift.
Im Stand der Technik sind grundsätzlich jedoch auch derartige Vorrichtungen bekannt, bei welchen die Vertikalbewegung des Nadelbalkens durch einen Vertikalantrieb und die Horizontalbewegung durch einen separaten Horizontalantrieb ausgeführt werden. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 197 30 532 AI bekannt. Der separate Horizontalantrieb der bekannten Vorrichtung ermöglicht zwar grössere Bewegungsamplituden in horizontaler Richtung, jedoch mit dem Nachteil komplizierter Mechaniken, die die Hubfrequenz der Maschine begrenzen und mit einem hohen Platzbedarf zu grossen und schweren Maschinenrahmen führen.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn zu schaffen, bei welcher der Nadelbalken durch ein Kurbeltriebwerk mit überlagerten Vertikal- und Horizontalbewegungen flexibel antreibbar ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn bereitzustellen, bei welcher das Kurbeltriebwerk mit einfachen Mitteln einstellbar ist, um den Horizontalhub der Maschine während des Betriebes in weiten Grenzen zu variieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass insbesondere die in horizontaler Richtung bei einer Phasenverstellung der Kurbelwellen erzeugten Massenkräfte unmittelbar an dem Nadelbalken aufgenommen werden können, ohne dabei die Beweglichkeit des Nadelbalkens zu beeinträchtigen. Hierzu weist die Führungseinrichtung einen oder mehrere Führungslenker auf, die durch Drehgelenke mit dem Nadelbalken verbunden sind. Die Massenkräfte können so durch Schub- und Zugkräfte übertragen und gegenüber einem Maschinengestell abgestützt werden. Es hat sich gezeigt, dass damit zwischen den Kurbelwellen bzw. den Exzenterwellen eine maximale Phasenverstellung von einem Phasenwinkel von 30° möglich ist. Bei grösseren Phasenwinkeln ergeben sich hohe Schwingungsbelastungen durch die noch grösseren Massenkräfte, so dass der Nadelbalken zum Führen der Nadeln in einer elliptischen Bahn mit dem Kurbeltriebwerk nur mit begrenzter Phasendifferenz geführt werden kann.
Bei der Suche nach der Lösung hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass Führungslenker mit Lenkgetriebe in der Lage sind, dynamische Massenkräfte, die aus einer resultierenden Horizontalbewegung des Nadelbalkens resultieren, aufzunehmen, ohne dass diese unmittelbar zu einer Schwingungsanregung führen.
Um je nach Einsatzfall und Materialbeschaffenheit der Faserbahnen eine flexible Einstellung und Vernadelung mit angepasstem Horizontalhub vornehmen zu können, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt verwendet, bei welcher die Phasenverstelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Exzenterwellen oder die Kurbelwellen phasengleich mit dem Phasenwinkel ϕ = 0° oder wahlweise phasenversetzt mit dem Phasenwinkel ϕ ≠ 0° antreibbar sind. Somit lässt sich die Faserbahn ausschliesslich mit einer vertikalen Aufund Abwärtsbewegung des Nadelbalkens vernadeln. Je nach Vorschub und Material kann neben der reinen Vertikalbewegung des Nadelbalkens durch Phasenverstellung eine zusätzlich überlagerte Horizontalbewegung erzeugt werden.
Zur Einstellung einer Phasendifferenz in dem Kurbeltriebwerk wird die Phasenverstelleinrichtung durch ein Stellgetriebe und einem mit dem Stellgetriebe zusammenwirkenden Stellaktor oder einer Stellmechanik gebildet, wobei das Stellgetriebe mit einer der Exzenterwellen oder einer der Kurbelwellen gekoppelt ist. Das Stellgetriebe weist hierzu eine verschiebbare Stellwelle und eine Zahnradpaarung mit einer Schrägverzahnung auf, wobei ein durch den Stellaktor oder die Stellmechanik an der Stellwelle eingestellter Stellweg durch die Zahnradpaarung in einen Stellwinkel umwandelbar ist. Damit lassen sich Phasenverstellungen in dem Kurbeltriebwerk sowohl im Stillstand als auch während des Betriebes ausführen.
Um unmittelbar die Phasenlage einer der Exzenterwellen oder einer der Kurbelwellen zu verändern, ist vorzugsweise eines der Zahnräder der Zahnradpaarung fest am Umfang der Exzenterwelle oder der Kurbelwelle angeordnet und das andere Zahnrad fest am Umfang der Stellwelle gehalten. Die Stellwelle ist parallel zur Exzenterwelle oder Kurbelwelle verschiebbar gehalten, so dass sich an der Exzenterwelle ein von dem Stellweg proportional abhängiger Phasenwinkel einstellt.
Das Stellgetriebe lässt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch vorteilhaft als ein Zahnradgetriebe im Kurbeltriebwerk integrieren, so dass die Stellwelle durch eine verschiebbare Getriebewelle gebildet wird. Hierbei ist die Getriebewelle über mehrere Zahnradpaarungen mit einer Schrägverzahnung zwischen zwei Antriebswellen angeordnet, so dass bei Verstellung der Getriebewelle ein doppelter Verstellwinkel erzeugt wird, der über die Antriebswellen direkt auf die Exzenterwellen oder Kurbelwellen übertragen wird. Das Zahnradgetriebe lässt sich dabei auch vorzugweise als eine Verstelleinheit einer Kurbelwelleneinheit vorordnen, durch welche eine Mehrzahl von Pleuelstangen angetrieben werden.
Um Feinjustierungen während des Betriebes ausführen zu können, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dem Stellaktor ein Lagegeber zugeordnet, der mit einer Steuereinrichtung der Phasenverstelleinrichtung gekoppelt ist. Damit können exakte Maschineneinstellungen ausgeführt werden.
Zum Antreiben beider Exzenterwellen oder Kurbelwellen wird die Weiterbildung der Erfindung eingesetzt, bei welcher das Kurbeltriebwerk einen Antriebsmotor und das Zahnradgetriebe aufweist, wobei beide Exzenterwellen oder beide Kurbelwellen durch das Zahnradgetriebe derart miteinander gekoppelt sind, so dass beide Exzenterwellen oder beide Kurbelwellen gegensinnig antreibbar sind.
Um einen Eingriff in das Kurbeltriebwerk zum Zwecke einer Prozessunterbrechung zu ermöglichen, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher der Antriebsmotor direkt mit einer der Antriebswellen des Zahnradgetriebes oder einer der Kurbelwellen verbunden ist und bei welcher der anderen Antriebswelle oder der anderen Kurbelwelle ein Bremsmittel zugeordnet ist. Somit lässt sich das gesamte Kurbeltriebwerk bei einer Prozessunterbrechung nach Abschaltung des Antriebsmotors sicher in einem Stillstand halten.
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass an jeder der Exzenterwelle oder Kurbelwelle eine Phasenverstellung ausführbar ist. Hierzu weist die Phasenverstelleinrichtung zwei Stellaktoren mit zugeordneten Stellgetrieben auf.
Um die Beweglichkeit zur Ausführung bestimmter Führungsbahnen an dem Nadelbalken noch zu erhöhen, wird der oder die Führungslenker gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bevorzugt über eine Koppelkinematik mit dem Maschinengestell verbunden. Damit können je nach Ausbildung der Koppelkinematik zusätzliche Beweglichkeiten an dem Führungslenker sowie an dem Balkenträger erzeugt werden. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Es stellen dar:

Fig. 1: schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 2: schematisch eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 in geändertem Betriebszustand
Fig. 3: schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Phasenverstelleinrichtung
Fig. 4: schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Phasenverstelleinrichtung
Fig. 5: schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Phasenverstelleinrichtung
Fig. 6: schematisch eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 zeigt einen Balkenträger 2, der an seiner Unterseite einen Nadelbalken 1 hält. Der Nadelbalken 1 trägt an seiner Unterseite ein Nadelbrett 3 mit einer Vielzahl von Nadeln 4. Dem Nadelbrett 3 mit den Nadeln 4 ist eine Bettplatte 38 und ein Abstreifer 37 zugeordnet, wobei zwischen der Bettplatte 38 und dem Abstreifer 37 eine Faserbahn 39 mit im wesentlichen konstanter Vorschubgeschwindigkeit geführt wird. Die Bewegungseinrichtung der Faserbahn 39 ist hierbei durch einen Pfeil gekennzeichnet.
An dem Balkenträger 2 greift ein Kurbeltriebwerk 5 an. Das Kurbeltriebwerk 5 ist durch zwei parallel nebeneinander angeordnete Kurbelantriebe 6.1 und 6.2 gebildet. Die Kurbelantriebe 6.1 und 6.2 weisen zwei parallel nebeneinander angeordnete Kurbelwellen 9.1 und 9.2 auf, die oberhalb des Balkenträgers 2 angeordnet sind. Die Kurbelwellen 9.1 und 9.2 weisen jeweils mindestens einen Exzenterabschnitt zur Aufnahme mindestens einer Pleuelstange auf. In Fig. 1 sind die an einem Balkenträger 2 angeordneten Pleuelstangen 7.1 und 7.2 gezeigt, die mit ihren Pleuelköpfen 10.1 und 10.2 an den Kurbelwellen 9.1 und 9.2 gehalten sind. Die Pleuelstangen 7.1 und 7.2 sind mit ihren gegenüberliegenden Enden durch zwei Pleueldrehgelenke 8.1 und 8.2 mit dem Balkenträger 2 verbunden. Die Kurbelwelle 9.1 bildet mit der Pleuelstange 7.1 den Kurbelantrieb 6.1 und die Kurbelwelle 9.2 mit der Pleuelstange 7.2 den Kurbelantrieb 6.2, um den Balkenträger 2 in eine oszillierende Bewegung zu führen.
Der Kurbelwelle 9.1 ist eine Phasenverstelleinrichtung 11 zugeordnet. Die Phasenverstelleinrichtung 11 weist ein Stellgetriebe 18 und ein mit dem Gestellgetriebe zusammenwirkender Stellaktor 12 auf. Das Gestellgetriebe ist zur Einstellung eines Phasenwinkels ϕ mit der Kurbelwelle 9.1 gekoppelt. Zur Einstellung und Aktivierung ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, die mit dem Stellaktor 12 verbunden ist. Über die Steuereinrichtung 13 lässt sich der Stellaktor 12 aktivieren, um die Kurbelwelle 9.1 in ihrer Lage zu verdrehen. Somit lässt sich die Phasenlage zwischen den beiden Kurbelwellen 9.1und 9.2 verstellen. Neben der reinen vertikalen Auf- und Abwärtsbewegung des Nadelbalkens 1 lässt sich dadurch eine überlagerte Horizontalbewegung an dem Balkenträger 2 ausführen. So wird bei einer Phasengleichheit der Kurbelwellen 9.1 und 9.2 und synchronem Lauf eine annähernd vertikale Auf- und Abwärtsbewegung ausgeführt. Bei einem Phasenversatz der Kurbelwellen 9.1 und 9.2 wird über die Pleuelstangen 7.1 und 7.2 an dem Balkenträger 2 eine Schiefstellung eingeleitet, die bei fortschreitender Bewegung eine in Bewegungsrichtung der Faserbahn 27 gerichtete Bewegungskomponente erzeugt. Die Größe der Phasenverstellung zwischen der Kurbelwelle 9.1 und 9.2 bestimmt eine Hublänge der Horizontalbewegung. Der Hub der Horizontalbewegung lässt sich über den Phasenwinkel ϕ der Kurbelwelle 9.1 stufenlos einstellen. Der Phasenwinkel wird hierbei durch die Phasenverstelleinrichtung 11 in einem Winkelbereich von 0 - 30° je nach gewünschter Hublänge eingestellt.
Zur Führung der Bewegung des Balkenträgers 2 ist eine Führungseinrichtung 14 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Führungslenker 15 gebildet ist, der über ein erstes Drehgelenk 16.1 mit dem Balkenträger 2 und über ein zweites Drehgelenk 16.2 mit einer Koppelkinematik 17 verbunden ist. Das Drehgelenk 16.1 am Balkenträger 2 ist in einer Balkenmitte ausgebildet, wobei der Führungslenker 15 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Damit können die bei einem Phasenversatz auftretenden Massenkräfte an dem Balkenträger 2 durch Schub- und Zugkräfte an dem Führungslenker 15 aufgenommen werden. Die zwischen dem zweiten Drehgelenk 16.2 des Führungslenkers 15 und einem Maschinengestell 20 angeordnete Koppelkinematik 17 ist hier nicht näher erläutert und kann ein oder mehrere Getriebeglieder aufweisen, um den Führungslenker 15 gegenüber dem Maschinengestell abzustützen und um zusätzliche Bewegungsfreiheiten bei der Auf- und Abwärtsführung des Balkenträgers an dem Führungslenker 15 zu ermöglichen.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist in einem Betriebszustand gezeigt, bei welcher die Kurbelwellen 9.1 und 9.2 gegensinnig synchron angetrieben sind. Hierbei weist die Kurbelwelle 9.1 einen Phasenwinkel ϕ ≠ 0 auf, so dass neben der reinen vertikalen Auf- und Abwärtsbewegung eine überlagerte Horizontalbewegung an dem Balkenträger 2 eingeleitet wird.
In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in einem Betriebszustand gezeigt, bei welcher das Kurbeltriebwerk 5 gegensinnig synchron mit phasengleichen Kurbelwellen 9.1 und 9.2 betrieben wird. In diesem Zustand ist an der Kurbelwelle 9.1 durch die Phasenverstelleinrichtung 11 der Phasenwinkel ϕ = 0° eingestellt. Die Kurbeltriebe 6.1 und 6.2 laufen phasengleich, so dass der Balkenträger 2 ausschließlich eine vertikale Auf- und Abwärtsbewegung ausführt. Insoweit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung flexibel einsetzbar, um Faserbahnen zu vernadeln.
In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Phasenverstelleinrichtung 11 gezeigt, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 einsetzbar wäre. Die Phasenverstelleinrichtung 11 weist das Stellgetriebe 18 und den Stellaktor 12 auf. Das Stellgetriebe 18 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Stellwelle 21 gebildet, die durch eine Lagereinrichtung 25.1 drehbar gelagert ist. Die Stellwelle 21 und die Lagereinrichtung 25.1 sind innerhalb eines Gehäuses in einer Schubführung 24 gehalten und lassen sich in axialer Richtung der Stellwelle 21 hin und her verschieben.
Die Stellwelle 21 ist über eine Zahnradpaarung der schräg verzahnten Zahnräder 22.1 und 22.2 mit der Kurbelwelle 9.1 verbunden. Die Kurbelwelle 9.1 weist hierzu am Umfang das fest mit der Kurbelwelle 9.1 verbundene Zahnrad 22.2 auf. Das Zahnrad 22.2 ist mit dem Zahnrad 22.1 im Eingriff, da das fest mit der Stellwelle 21 verbunden ist. Das schräg verzahnte Zahnrad 22.1 weist eine geringere Zahnbreite auf, als das schräg verzahnte Zahnrad 22.2 am Umfang der Kurbelwelle 9.1.
Die Kurbelwelle 9.1 ist über eine Lagereinrichtung 25.2 in einem nicht dargestellten Gehäuse drehbar gelagert und mit einem hier nicht dargestellten Antrieb gekoppelt.
Zur Verschiebung der Stellwelle 21 ist der Stellaktor 12 vorgesehen, der über einen Stößel 26 mit einem freien Ende der Stellwelle 21 durch eine Drehverbindung 27 gekoppelt ist. Die Drehverbindung 27 ermöglicht eine freie Drehung der Stellwelle 21 gegenüber dem Stößel 26 des Stellaktors 12.
Dem Stellaktor 12 ist ein Lagegeber 28 zugeordnet, der mit der Steuereinrichtung 13 verbunden ist. Der Lagegeber 28 erfasst die momentane Lage des Stößels 26 und damit den Stellweg der Stellwelle 21. Als Lagegeber 28 könnten Inkremental- oder Abstandsgeber verwendet werden, die an dem Stellaktor sitzen.
Zur Einstellung eines Phasenwinkels ϕ an der Kurbelwelle 9.1 wird über den Stellaktor 12 die Stellewelle 21 der Schubführung 24 verschoben. Hierbei verschiebt sich die relative Lage zwischen den Zahnrädern 22.1 und 22.2, so dass über die Schrägverzahnung der Zahnräder 22.1 und 22.2 der Stellweg der Stellwelle 21 in einem Drehwinkel an der Kurbelwelle 9.1 umgewandelt wird.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Phasenverstelleinrichtung 11 besitzt den besonderen Vorteil, dass die Verstellung der Phasenlage der Kurbelwelle 9.1 auch im Betriebszustand möglich ist. Im Betrieb wird die Kurbelwelle 9.1 angetrieben und das Zahnrad 22.2 läuft mit der Kurbelwelle 9.1 um. Die Drehbewegung wird von dem Zahnrad 22.1 aufgenommen und die Stellwelle 21 dreht entsprechend der Zahnradübersetzung mit der Kurbelwelle 9.1 mit. Unabhängig von der Drehbewegung der Stellwelle 21 lässt sich diese durch den Stellaktor 12 in der Schubführung 24 hin- und herführen.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Phasenverstelleinrichtung lässt sich jedoch vorteilhaft auch mit einer Stellmechanik kombinieren. In Fig. 4 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem das Stellgetriebe 18 identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen wird.
Zur Verstellung der Stellwelle 21 der Schubführung 24 ist die Stellmechanik 19 durch eine Spindel 29 und eine Spindelmutter 30 gebildet. Die Spindel 29 ist ber eine Drehverbindung 27 mit der Stellwelle 21 gekoppelt. Die Spindelmutter 30 ist am Umfang der Spindel 29 geführt und stützt sich an der Gehäusewand 31 eines Gehäuses ab. Durch Drehung der Spindelmutter 30 lässt sich die Spindel 29 je nach Drehrichtung der Spindelmutter 30 parallel zur Kurbelwelle 9.1 verstellen, so dass die Stellwelle 21 eine entsprechende Bewegung in Axialrichtung ausführt. Somit lässt sich auch eine manuelle Einstellung des Phasenwinkels an der Kurbelwelle 9.1 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ausführen.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Phasenverstelleinrichtung gezeigt, wie sie in einem Kurbeltriebwerk zum Antreiben zweier Kurbelwellen oder zweier Exzenterwellen möglich wäre. Hierzu sind zwei Antriebswellen 42.1 und 42.2, die alternativ auch direkt als Kurbelwellen oder Exzenterwellen ausgebildet sein könnten, mittels eines Zahnradgetriebes 33 miteinander verbunden. Über die Kopplung durch das Zahnradgetriebe 33 besteht die Möglichkeit, das Kurbeltriebwerk durch einen Antriebsmotor anzutreiben. Hierzu weist die Antriebswelle 42.2 ein Antriebsende 35 auf, an dem unmittelbar oder durch z. B. Riemen gekoppelt ein Antriebsmotor (hier nicht dargestellt) kuppelbar ist. Die Antriebswelle 42.2 ist in einem Gehäuse 40 drehbar gelagert, durch eine erste Lagereinrichtung 25.1. Zur Drehmomentübertragung ist am Umfang der Antriebswelle 42.2 ein Zahnrad 32.1 angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad 32.2 im Eingriff steht. Das Zahnrad 32.2 ist am Umfang einer drehbar gelagerten Getriebewelle 23.1 gehalten. Die Getriebewelle 23.1 ist über eine zweite Lagereinrichtung 25.2 in dem Gehäuse 40 gelagert.
Zur weiteren Drehmomentübertragung ist eine zweite Getriebewelle 23.2 vorgesehen, die an seinem Umfang zwei im Abstand zueinander angeordnete Zahnräder 32.3 und 22.1 trägt. Das Zahnrad 32.3 ist mit dem an der ersten Getriebewelle 23.1 gehaltenem Zahnrad 32.2 im Eingriff. Hierbei sind die Zahnradpaarungen der Zahnräder 32.1, 32.2 und 32.3 jeweils durch schrägverzahnte Zahnräder gebildet.
Das zweite im Abstand zu dem Zahnrad 32.3 an der Getriebewelle 23.2 gehaltene Zahnrad 22.1 weist ebenfalls eine Schrägverzahnung auf und ist mit einem Zahnrad 22.2 am Umfang der Antriebswelle 42.1 im Eingriff. Die Antriebswelle 42.1 ist hierzu über eine vierte Lagereinrichtung 25.4 in dem Gehäuse 40 gelagert.
Die Getriebewelle 23.2 ist innerhalb des Gehäuses 40 durch eine Schubführung 24 mit ihrer Lagereinrichtung 2.3 verschiebbar in dem Gehäuse 40 gehalten. An einem freien Ende der Getriebewelle 23.2 greift ein Stellaktor 12 an, der über eine Drehverbindung 27 an dem freien Ende der Getriebewelle 23 gekoppelt ist. Die Funktion des Stellaktors 12 sowie der Getriebewelle 23.2 ist identisch mit dem Ausführungsbeispiel der Phasenverstelleinrichtung in Fig. 3. Hierbei wird über den Stellweg der Getriebewelle 23.2 in der Lage der Zahnräder 22.1 und 32.3 verändert. Durch die an den Zahnräder 22.2 und 22.1 ausgewählte Schrägverzahnung erfolgt eine Verdrehung der Kurbelwelle 9.1, so dass in Abhängigkeit von dem Stellweg der Getriebewelle 23.2 sich ein bestimmter Phasenwinkel ϕ an der Kurbelwelle 9.1 einstellt. Die Lageveränderung des Zahnrades 32.3 relativ zu dem Zahnrad 32.2 führt dabei zu einer identischen Verstellung der Winkellage der Getriebewelle 23.1 und damit der Antriebswelle 42.2. Die Zahnräder 22.1 und 32.3 an der Getriebewelle 23.2 weisen eine gegensinnige Schrägverzahnung auf, so dass sich ein doppelter Verstellwinkel einstellt. Die Antriebswelle 42.1 und die Antriebswelle 42.2 werden jeweils um den Phasenwinkel ϕ verstellt, so dass sich durch Verschiebung der Getriebewelle 23.2 sich ein doppelter Verstellwinkel einstellt. So könnte beispielsweise die Antriebswelle 42.1 um den Phasenwinkel ϕ = 10° und die Antriebswelle 42.2 um den Phasenwinkel ϕ = - 10° verstellt werden, so dass sich ein gesamter Verstellwinkel von 20° ergibt.
Die Antriebswelle 42.1 weist ein freies Bremsende 36 auf, an dem ein Bremsmittel 34 angeordnet ist. Das Bremsmittel 34 ist mit einem hier nicht dargestellten Steuergerät verbunden, so dass bei einer Prozessunterbrechung das Kurbeltriebwerk nach Abbremsen des Antriebsmotors die Antriebswelle 42.1 blockiert werden kann und somit das gesamte Kurbeltriebwerk sicher in einem Stillstand gehalten werden kann.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Zahnradgetriebe 33 sind die gegenüberliegenden Enden der Antriebswellen 42.1 und 42.2, die hier nicht näher dargestellt sind, unmittelbar mit den Kurbelwellen 9.1 und 9.2 oder mit Exzenterwellen verbunden. Die Verbindungen zwischen den Antriebwellen 42.1 und 42.2 und den zugeordneten Kurbelwellen erfolgt vorzugsweise über Kupplungseinrichtungen, die eine schlupffreie Drehübertragung gewährleisten. Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Antriebswellen 42.1 und 42,2 könnten jedoch alternativ auch direkt als Kurbelwellen oder Exzenterwellen ausgeführt sein, um mit den Abtriebsenden direkt mehrere Pleuelstangen anzutreiben.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Kurbeltriebe 6.1 und 6.2 jeweils eine angetriebene Exzenterwelle 41.1 und 41.2 aufweisen. Das Kurbeltriebwerk 5 zum Antreiben der Exzenterwellen 41.1 und 41.2 weist dabei ein Zahnradgetriebe 33 und einen hier nicht dargestellten Antriebsmotor auf. Das Zahnradgetriebe 33 könnte gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ausgebildet sein, so dass dem Zahnradgetriebe 33 ein Stellaktor 12 zugeordnet ist, um eine Phasenverstellung zwischen den Exzenterwellen 41.1 und 41.2 einstellen zu können. Insoweit wird auf das vorgenannte Ausführungsbeispiel der Phasenverstelleinrichtung nach Fig. 5 Bezug genommen. Die Exzenterwellen 41.1 und 41.2 sind über Pleueldrehgelenke nach 8.3 und 8.4 mit den Pleuelstangen 7.1 und 7.2 verbunden, die an den gegenüberliegenden freien Enden der Balkenträger 2 halten. Die Pleuelstangen 7.1 und 7.2 sind hierzu mit den Pleueldrehgelenken 8.1 und 8.2 an dem Balkenträger 2 angeordnet. Der Balkenträger 2 ist an seiner Unterseite identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aufgebaut, so dass an dieser Stelle keine weitere Erläuterung erfolgt und Bezug zu der Beschreibung nach Fig. 1 genommen wird.
Die Führungseinrichtung 14 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Führungslenker 15.1 und 15.2 gebildet. Die Führungslenker 15.1 und 15.2 sind zu beiden Seiten des Balkenträgers 2 angeordnet und jeweils über ein Drehgelenk 16.1 und 16.2 mit dem Balkenträger verbunden. An den gegenüberliegenden Enden sind die Führungslenker 15.1 und 15.2 über Drehgelenke 16.3 und 16.4 mit zwei vorzugsweise identisch ausgebildeten Koppelkinematiken 17.1 und 17.2 verbunden, die an dem Maschinengestell 20 gehalten sind. Die Koppelkinematiken 17.1 und 71.2 sind vorzugsweise identisch aufgebaut, so dass der Balkenträger 2 durch die Führungslenker 15.1 und 15.2 zu beiden Seiten gleich geführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel lassen sich die dynamischen Massenkräfte vorteilhaft auf zwei gegenüberliegende Führungslenker verteilt auf nehmen, wobei diese im Wesentlichen durch Zug- und Schubkräfte in den Führungslenkem 15.1 und 15.2 auf die Koppelkinematik 17.1 und 17.2 übertragen werden.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde die Phasenverstelleinrichtung jeweils zur Einstellung eines Phasenwinkels an einer der Kurbelwellen oder Exzenterwellen verwendet. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Phasenverstelleinrichtung durch zwei Stellaktoren und zwei Stellgetriebe zu bilden, die jeweils auf eine der Kurbelwellen oder Exzenterwellen einwirken. So lässt sich beispielweise das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Phasenverstelleinrichtung derart erweitern, dass an jeder der Kurbelwellen eine Stellwelle über eine Zahnradpaarung mit den jeweiligen Kurbelwellen verbunden sind. Bei allen Ausführungsbeispielen der Phasenverstelleinrichtung ist jedoch darauf zu achten, dass die jeweilige Stellung während des Betriebes fixiert bleibt. Die Verstellung der Kurbelwellen und der Exzenterwellen kann sowohl im Betrieb mit drehenden Wellen oder Stillstand mit feststehenden Wellen erfolgen. Selbstverständlich können auch alternative Verstellmechanismen mit mechanischen oder hydraulischen Getrieben verwendet werden, um an den Kurbelwellen und Exzenterwellen eine entsprechende Phasenlage einstellen zu können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vernadeln ist somit flexibel einsetzbar, um eine Vernadelung mit oder ohne Horizontalbewegung der Nadeln ausführen zu können. Die Horizontalbewegung der Nadelspitzen wird dabei ausschließlich durch Verkippen des Balkenträgers erzeugt. Bei gleichphasiger Drehung der Kurbelwellen erfolgt eine reine Vertikalbewegung der Nadelspitzen, wobei die Führung des Balkenträgers in beiden Fällen vorteilhaft durch einen oder mehrere Führungslenker erfolgt.

Bezugszeichenliste

1: Nadelbalken
2: Balkenträger
3: Nadelbrett
4: nadeln
5: Kurbeltriebwerk
6.1, 6.2: Kurbelantrieb
7.1, 7.2: Pleuelstangen
8.1, 8.2: Pleueldrehgelenk
9.1, 9.2: Kurbelwelle
10.1, 10.2: Pleuelkopf
11: Phasenverstelleinrichtung
12: Stellaktor
13: Steuereinrichtung
14: Führungseinrichtung
15, 15.1, 15.2: Führungslenker
16.1, 16.2, 16.3: Drehgelenk
17, 17.1, 17.2: Koppelkinematik
18: Stellgetriebe
19: Stellmechanik
20: Maschinengestell
21: Stellwelle
22.1, 22.2: schrägverzahntes Zahnrad
23.1, 23.2: Getriebewelle
24: Schubführung
25.1, 25.2: Lagereinrichtung
26: Stößel
27: Drehverbindung
28: Lagegeber
29: Spindel
30: Spindelmutter
31: Gehäusewand
32.1, 32.2, 32.3: geradverzahntes Zahnrad
33: Zahnradgetriebe
34: Bremsmittel
35: Antriebsende
36: Bremsende
37: Abstreifer
38: Bettplatte
39: Faserbahn
40: Gehäuse
41.1, 41.2: Exzenterwelle
42.1, 42.2: Antriebswelle

Claims

Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn mit zumindest einem oszillierend angetriebenen Nadelbalken (1), der an seiner Unterseite ein Nadelbrett (3) mit einer Vielzahl von Nadeln (4) aufweist, mit mindestens einem beweglichen Balkenträger (2) zum Halten des Nadelbalkens (3), mit zumindest einem Kurbeltriebwerk (5) zur oszillierenden Bewegung des Balkenträgers (2), welcher zumindest zwei mit dem Balkenträger (2) verbundene Pleuelstangen (7.1, 7.2) und zwei angetriebene Exzenterwellen (4.1, 4.2) oder zwei angetriebene Kurbelwellen (9.1, 9.2) aufweist, mit einer Phasenverstelleinrichtung (11) zur Einstellung eines Phasenwinkels (ϕ) an einer der beiden Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder Kurbelwellen (9.1, 9.2) und mit einer an den Balkenträger (2) angreifenden Führungseinrichtung (14) zur Führung des Nadelbalkens (1) während seiner oszillierenden Bewegung, wobei die Führungseinrichtung (14) ein oder mehrere Führungslenker (15, 15.1, 15.2) aufweist, die durch ein oder mehrere Drehgelenke (16.1, 16.2) mit dem Balkenträger (2) verbunden sind, und der angetriebenen Nadelbalken (1) bei dem durch die Phasenverstelleinrichtung (11) eingestellten Phasenwinkel (ϕ) im Winkelbereich von 0° bis 30° durch den oder die Führungslenker (15, 15.1, 15.2) führbar ist, wobei die Phasenverstelleinrichtung (11) durch ein Stellgetriebe (18) und einen mit dem Stellgetriebe (18) zusammenwirkenden Stellaktor (12) oder Stellmechanik (19) gebildet ist, wobei das Stellgetriebe (18) mit einer der Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder Kurbelwellen (9.1, 9.2) gekoppelt ist und wobei das Stellgetriebe (18) durch eine verschiebbare Stellwelle (21) und eine Zahnradpaarung (22.1, 22.2) mit einer Schrägverzahnung gebildet ist, wobei ein durch den Stellaktor (12) oder die Stellmechanik (19) an der Stellwelle (21) eingestellter Stellweg durch die Zahnradpaarung (22.1, 22.2) in einen Stellwinkel umgewandelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass die Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder die Kurbelwellen (9.1, 9.2) phasengleich mit dem Phasenwinkel ϕ = 0° oder wahlweise phasenversetzt mit dem Phasenwinkel ϕ ≠ 0° antreibbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Zahnräder (22.1, 22.2) der Zahnradpaarung fest am Umfang einer Antriebswelle (42.1) oder der Kurbelwelle (9.1) und das andere Zahnrad (22.1, 22.2) fest am Umfang der Stellwelle (21) angeordnet ist, wobei die Stellwelle (21) parallel zur Antriebswelle (42.1) oder Kurbelwelle (9.1) verschiebbar gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellwelle (21) durch eine verschiebbare Getriebewelle (23.2) eines Zahnradgetriebes (33) des Kurbeltriebwerks (5) gebildet ist, welche Getriebewelle (23.2) über mehrere Zahnradpaarungen (22.1, 22.2; 32.1 - 32.3) mit einer Schrägverzahnung mit zwei Antriebswellen (42.1, 42.2) gekoppelt ist, welche Antriebswellen (42.1, 42.2) mit den Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder den Kurbelwellen (9.1, 9.2) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stellaktor (12) ein Lagegeber (28) zugeordnet ist, welcher mit einem Steuereinrichtung (13) der Phasenverstelleinrichtung (11) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbeltriebwerk (5) einen Antriebsmotor und das Zahnradgetriebe (33) aufweist, wobei beide Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder beide Kurbelwellen (9.1, 9.2) durch das Zahnradgetriebe (33) derart miteinander gekoppelt sind, dass beide Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder beide Kurbelwellen (9.1, 9.2) gegensinnig antreibbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor mit einer der Antriebswellen (42.1, 42.2) oder direkt mit einer der Kurbelwellen (9.1, 9.2) verbunden ist und dass der anderen Antriebswelle (42.1, 42.2) oder der anderen Kurbelwelle (9.1, 9.2) ein Bremsmittel (34) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung (11) zwei Stellaktoren (12) mit zugeordneten Stellgetrieben (18) aufweist, die den Exzenterwellen (41.1, 41.2) oder den Kurbelwellen (9.1, 9.2) zugeordnet sind und die unabhängig voneinander über die Steuereinrichtung (13) ansteuerbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehgelenk (16.1) des Führungslenkers (15) im mittleren Bereich des Balkenträgers (2) angeordnet ist und dass das gegenüberliegende Ende des Führungslenkers (15) über eine Koppelkinematik (17) mit einem Maschinengestell (20) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslenker (15.1, 15.2) zu zwei Seiten des Balkenträger (2) angeordnet sind und sich über jeweils eine zugeordnete Koppelkinematik (17.1, 17.2) an einem Maschinengestell (20) abstützen.