EP3161197A1

EP3161197A1 - Anpresseinrichtung zum anpressen eines geflechtschlauches an einen bauteilkern und flechtmaschine

Info

Publication number: EP3161197A1
Application number: EP15731519.3A
Authority: EP
Inventors: Frieder Heieck; Florian Gnädiger; Jochen Baumann; Holger Ahlborn; Andreas Konzmann
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: EP3161197B1; WO2015197242A1; DE102014212063A1

Abstract

Anpresseinrichtung (10) zum Anpressen eines Geflechtschlauches (14) an einen sich entlang einer Kernachse (17) erstreckenden Bauteilkern (16), mit wenigstens einer Anpresswalze (12), die im Betrieb der Einrichtung (10) den Geflechtschlauch (14) gegen den Bauteilkern (16) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine sich quer zur Kernachse (17) erstreckende Anpresswalze (12) vorgesehen ist, die mittels zwei voneinander beabstandeten Gelenklagern (28) so drehbar gelagert ist, dass zur Verstellung der Anpresswalze (12) die Gelenklager (28) der Anpresswalze (12) relativ zueinander verstellbar sind.

Description

Anpresseinrichtung zum Anpressen eines Geflechtschlauches an einen Bauteilkern und Flechtmaschine

Die Erfindung betrifft eine Anpresseinrichtung zum Anpressen eines Geflechtschlauches an einen sich entlang einer Kernachse erstreckenden Bauteilkern, mit wenigstens einer Anpresswalze, die im Betrieb der Vorrichtung den Geflechtschlauch gegen den Bauteilkern beaufschlagt. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Flechtmaschine.
Derartige Anpresseinrichtungen und zugehörige Flechtmaschinen sind beispielsweise aus der JP 2000-178862 vorbekannt. Dort finden Anpresswalzen Verwendung, deren Längsachsen sich parallel zur Kernachse erstrecken, wobei die einzelnen Anpresswalzen über ein Grundteil miteinander verbunden sind, so dass sie um den Kern rotierend bewegt werden können. Derartige Anpresseinrichtungen weisen eine vergleichsweise aufwendige Mechanik auf. Zudem können mit derartigen Anpresseinrichtungen insbesondere Geflechtschläuche, die keinen kreisrunden Querschnitt aufweisen, nur bedingt gegen einen entsprechenden Bauteilkern gepresst werden. Auch können Geflechtschläuche nicht befriedigend gegen Bauteilkerne gepresst werden, die sich entlang einer um die Querachse des Kerns gekrümmten Linie erstrecken (z.B. Rohre mit Knicken) und insbesondere vergleichsweise kleine Krümmungsradien aufweisen.
Bei bestimmten Kerngeometrien, insbesondere bei solchen die eine Krümmung entlang der Mittelachse aufweisen, kann es im Flechtprozess zu einer Abspannung des Geflechts vom Kern kommen. Diese führt dazu, dass der Geflechtschlauch sich nicht an den Kern anlegt und sich somit beim weiteren Prozessieren (Harzeinbringung durch Injektion oder Infiltration) Falten bilden, die die Bauteilqualität signifikant verschlechtern bzw. eine weitere Verarbeitung unmöglich machen. Dieser Effekt ist umso stärker ausgeprägt, je weiter der Umlenkpunkt des Geflechts aus der Flechtebene in Kernabzugsrichtung von der Kernoberfläche entfernt ist.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anpresseinrichtung vorzuschlagen, die den genannten Nachteilen abhilft.
Diese Aufgabe wird mit einer Anpresseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Anpresseinrichtung sieht insbesondere vor, dass die Anpresswalze dabei mittels zwei voneinander beabstandeten Gelenklagern gelagert ist, wobei die Gelenklager relativ zueinander, und zwar insbesondere quer zur Drehachse der Walze, verstellbar sind. Die Verstellung erfolgt dabei derart, dass die Anpresswalze ihre relative Lage zur Kernachse ändert. Die Verstellung kann dabei vorzugsweise in einer Lagerebene erfolgen und eine Richtungskomponente aufweisen, die nicht in der Drehachse der jeweiligen Anpresswalze liegt. Allerdings können auch zwei Anpresswalzen vorgesehen sein, die insbesondere in einer gemeinsamen Lagerebene liegen, wobei dann wenigstens eines der Gelenklager verstellbar ist. Die Lagerebene kann dabei nicht nur durch die vorzugsweise beiden Anpresswalzen verlaufen, sondern zudem vorzugsweise senkrecht zur Kernachse, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Geflechtschlauches und/oder parallel zu einer Mittelebene der Anpresseinrichtung oder einer zugehörigen Flechtmaschine ausgerichtet sein.
Vorteilhaft ist, dass die wenigstens eine Anpresswalze aufgrund ihrer Ausrichtung quer zur Bewegungsrichtung des Geflechtschlauches bei Bewegung des Geflechtschlauches am Geflechtschlauch abrollen kann. Durch Verstellung des jeweiligen Gelenklagers kann die Anpresswalze optimal an dem Geflechtschlauch bzw. dem Bauteilkern ausgerichtet werden, insbesondere auch dann, wenn die Bauteilkerne sich entlang einer gekrümmten Linie erstrecken und vergleichsweise kleine Krümmungsradien aufweisen. Insbesondere können mit einer derartigen Anpresseinrichtung Geflechtschläuche realisiert werden, die eine im Wesentlichen rechteckige Grundform aufweisen. Die jeweilige Anpresswalze kann dann die ihr zugewandte Fläche des Geflechtschlauches vollflächig an den Bauteilkern anpressen. Anders als beim vorbekannten Stand der Technik gemäß der JP 2000-178862 verlaufen folglich die Anpresswalzen nicht parallel zur Längsachse des Kerns, sondern quer zur Kernachse. Insgesamt kann dadurch eine Relativbewegung zwischen dem Geflecht und der jeweiligen Walze in Bewegungsrichtung des Geflechts vermieden werden. Es wird ein Abrollen der Anpresswalzen ohne Quer- und/oder Scherkräfte am Geflechtschlauch ermöglicht.
Gemäß der Erfindung ist denkbar, dass nicht nur eine oder zwei Anpresswalzen, sondern auch drei oder mehr Anpresswalzen insbesondere in der Lagerebene oder in hintereinander liegenden Ebenen vorgesehen sind. Sollen mehrere Walzen nebeneinander angeordnet werden, beispielsweise um eine volle Anpressung des Umfangs zu erreichen, ist auch eine Anordnung der Walzen in mehr als einer Ebene sinnvoll, vorzugsweise in zwei Ebenen. So können sich die Anpresslinien überlappen und sicherstellen, dass das Geflecht an jedem Punkt angepresst wird. Vorzugsweise sind allerdings zwei Anpresswalzen vorgesehen, die in einer Grundstellung parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.
Ferner ist vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Gelenklager, und vorzugsweise wenn alle Gelenklager schwimmend gelagert sind. Die schwimmende Lagerung in insbesondere axialer Richtung dient insbesondere dazu, den Längenunterschied zwischen horizontaler und schräger Stellung der Walzen auszugleichen. Die Nachgiebigkeit der Walzen wird durch die separate und rotatorische Lagerung an beiden Enden der Welle mittels der Gelenklager, die als Kugelgelenk ausgebildet sein können, gewährleistet. Die schwimmende Lagerung könnte daher auch durch eine andere Anordnung ersetzt werden, die eine Anpassung der Länge in Achsrichtung der Welle ermöglicht, beispielsweise über zueinander verschiebliche Elemente (Stichwort „Teleskopstange“) oder Federn.
Um die Gelenklager an den jeweiligen Kern anpassen zu können, sind vorteilhafterweise Verstellmittel zur Verstellung der Gelenklager vorgesehen.
Ferner ist vorteilhaft, wenn Vorspannmittel zum Beaufschlagen des wenigstens einen Gelenklagers derart vorgesehen sind, dass die jeweilige Anpresswalze mittels einer Vorspannkraft gegen den Bauteilkern wirkt. Die Vorspannmittel sind dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie eine gleichmäßige Anpressung des Geflechtschlauches an den Kern bewirken, auch dann, wenn der Kern über dessen Längserstreckung unterschiedliche Querschnitte aufweisen sollte.
Die Vorspannmittel und/oder die Verstellmittel können als auf die Gelenklager wirkende pneumatische Druckzylinder ausgebildet sein. Derartige Druckzylinder sind vergleichsweise einfach realisierbar und können eine konstante Druckrate bereitstellen.
Vorteilhafterweise sind beide Gelenklager einer Anpresswalze unabhängig voneinander verstellbar. Damit kann eine optimale Anpassung der Walzen an den Bauteilkern erfolgen.
Vorzugsweise sind die Gelenklager an parallel zueinander verlaufend angeordneten Führungsmitteln verstellbar angeordnet. Als Führungsmittel kommen insbesondere Stangen oder Schienen, die vorzugsweise in der Lagerebene oder parallel dazu angeordnet sind, in Betracht. Durch eine unabhängige Verstellbarkeit der jeweiligen Gelenklager kann damit die jeweilige Anpresswalze auch unter einem von 90° verschiedenen Winkel an den Führungsmitteln ausgerichtet werden. Für den Fall, dass beispielsweise zwei Anpresswalzen vorgesehen sind, und beide Anpresswalzen an den gleichen Führungsmitteln verstellbar angeordnet sind, können die beiden Anpresswalzen in eine Grundstellung parallel zueinander verlaufend angeordnet werden oder in einer verlagerten Stellung entlang zweier Achsen, die einen Schnittpunkt aufweisen. Insofern kann auch hier eine optimale Ausrichtung der Anpresswalzen je nach Geometrie und insbesondere Krümmung des Bauteilkerns zur optimalen und gleichmäßigen Anpressung des Geflechts an den Kern erreicht werden. Dies ist insbesondere daher wichtig, da beispielsweise beim robotergestützten Umflechten keine perfekte Ausrichtung des Kerns in Bezug auf den Flechtring gewährleistet werden kann; eine Schiefstellungsmöglichkeit der Walzen kann diese Ungenauigkeit kompensieren.
Ferner ist vorteilhat, wenn die wenigstens eine Anpresswalze und vorzugsweise alle Anpresswalzen derart angeordnet sind, dass sie Gegenlager zur Stabilisierung und/oder Abstützung des Bauteilkerns bilden. Bei langen, gekrümmten Bauteilen kommt es teilweise zu großen Knicklasten auf den Kern während des Flechtprozesses. Damit dieser keinen Schaden nimmt bei wachsendem Hebel (je weiter die Roboterführung vom Flechtzentrum entfernt ist, desto größer die Kräfte und Momente auf den Kern), wird nach dem Stand der Technik das Konzept einer zusätzlichen Führung mittels Roboter, die den Kern „nachgreifen“ und zusätzlich stabilisieren verfolgt, Dieses Problem kann dadurch umgangen werden, dass die Walzen den Kern insbesondere nahe des Flechtmittelpunkts stabilisieren. Durch geschickte Anordnung der Walzen und Wahl der Kräfte kann der Kern stabil geführt werden und es kann so auf aufwändige Führungen insbesondere mittels Roboter verzichtet werden.
Die Anpresseinrichtung kann eine an einer Flechtmaschine anordenbare Tragstruktur aufweisen, so dass die Anpresseinrichtung innerhalb einer Flechtmaschine, insbesondere im oder unmittelbar nach dem Flechtprozess, anordenbar ist. Eine derartige Anpresseinrichtung hat den Vorteil, dass sie als Nachrüstsatz an eine bestehende Flechtmaschine angeordnet werden kann. Die Tragstruktur kann dabei insbesondere an einem an der Flechtmaschine vorgesehenen Flechtring oder an einer Flechtringhalterung befestigt sein. Die Tragstruktur kann als Rahmen ausgebildet sein, der die Lagerebene bildet bzw. an dem die Anpresswalzen in der Lagerebene verstellbar angeordnet sind.
Andererseits ist ebenfalls denkbar, dass eine eingangs genannte Anpresseinrichtung als Teil einer Flechtmaschine, insbesondere einer Radialflechtmaschine, einer Horizontalflechtmaschine oder einer 3D-Flechtmaschine bereitgestellt wird, so dass letztendlich die Flechtmaschine eine erfindungsgemäße Anpresseinrichtung umfasst.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert wird.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine an einer Flechtmaschine angeordneten Anpresseinrichtung;
Figur 2 eine Vorderansicht der Anpresseinrichtung nach Figur 1;
Figur 3 einen Längsschnitt durch eine Anpresswalze gemäß Figur 1 in unverschränkter Lager und
Figur 4 die Anpresswalze gemäß Figur 3 in verschränkter Lage.
Die in der Figur 1 und 2 dargestellte Anpresseinrichtung 10 umfasst zwei Anpresswalzen 12 zum Anpressen eines Geflechtschlauches 14 an einen Bauteilkern 16. Die Mittellängsachse des Bauteilkerns 16 ist mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnet. Der Geflechtschlauch 14 wird von Geflecht 18 gebildet, das unmittelbar vor Eintritt in die Anpresseinrichtung 10 geflochten wird.
Die Anpresseinrichtung 20 ist innerhalb einer Flechtmaschine angeordnet. Sie ist an einem Flechtring 20 der Flechtmaschine, über welchen normalerweise das geflochtene Geflecht 18 läuft, fixiert. Eine weitere Fixierung kann beispielsweise an einer Flechtringhalterung 22 der Flechtmaschine erfolgen.
Die Anpresseinrichtung 10 umfasst eine Tragstruktur in Form eines Rahmens 24, der am Flechtring 20 bzw. an der Flechtringhalterung 22 befestigt ist.
Im Betrieb der Flechtmaschine sowie der Anpresseinrichtung 10 wird folglich das Geflecht 18 über die beiden Anpresswalzen 12 auf den durch die Flechtmaschine bzw. die Anpresseinrichtung 10 geführten Kern 16 aufgepresst. Vor der Anpressung des Geflechts 18 mittels den Walzen 18 kann der Geflechtschlauch über eine Platte 25 mit abgerundeten Kanten um ca. 90° in Abzugsrichtung umgelenkt werden. Die Platte 25 ist somit der erste Kontaktpunkt des Geflechts 18 mit der Anpresseinheit 10. Solche Platten 25 werden häufig bei Radialflechtmaschinen verwendet und besitzen meist eine speziell an den Kern 16 angepasste Geometrie. Ursprünglich wurde für die Umlenkung des Geflechts der Flechtring 20 vorgesehen, der hier aber nur als Halterung dient. Die Umlenkplatte ist in Fig. 2 nicht dargestellt, da sie den Blick auf das Innere der Einheit größtenteils verdeckt. Der Kern 16 wird entlang der durch den Pfeil 26 angedeuteten Bewegungsrichtung durch die Anpresseinrichtung 10 geführt. Für den Fall, dass der Kern 16 entlang der durch den Pfeil 28 angedeuteten Richtung durch die Flechtmaschine durchgeführt wird, ist denkbar, dass eine weitere Anpresseinrichtung 50 spiegelsymmetrisch zur Mittenebene 52 der Flechtmaschine vorgesehen ist.
Wie aus Figur 1 deutlich wird, spannen die beiden Anpresswalzen 12 eine Lagerebene 27 auf, innerhalb welcher, wie nachfolgend erläutert wird, die einzelnen Anpresswalzen 12 verstellt werden können. Die Lagerebene 27 verläuft insbesondere parallel zu der von dem Flechtring 20 aufgespannten Ebene 29. Bei Vorsehen eines Bauteilkerns 16, der, anders als in Figur 1, geradlinig verläuft, verläuft die Lagerebene 27 senkrecht zur Mittellängsachse 17 des Bauteilkerns 16 bzw. zur Bewegungsrichtung 26 des Kerns 16.
Wie aus Figur 2 deutlich wird, sind die beiden Anpresswalzen 12 zwischen an den freien Enden der Anpresswalzen 12 vorgesehenen Gelenklagern 28 angeordnet.
Wie aus Figur 3 und 4 deutlich wird, weisen die Anpresswalzen 12 einen um die Längsachse 30 der Walzen 12 verlaufenden Walzenkörper 32 auf, der mittels Drehlagern 34 an einem Zentralkörper 36 angeordnet sind. Der stabförmige Zentralkörper 36 ist mit seinen freien Enden 48 über Aufnahmeelemente 38 in Gehäusekörpern 40 der Gelenklager 28 gelagert. Aufgrund des Vorsehens der elastisch nachgiebigen Aufnahmeelemente 38 können die beiden Gelenklager 28 unabhängig voneinander entlang den Linien 42 parallel verschoben werden.
Die freien Enden 48 der Zentralkörper 36 sind dabei wenigstens bedingt innerhalb den Aufnahmeelementen 38 axial verlagerbar, so dass eine Abstandsänderung der Gelenklager 28, die dann auftritt, wenn die Gelenklager 28 in entgegensetzte Richtung weg bewegt werden, ausgeglichen werden kann. Zwischen den Gelenklagern 28 und den Drehlagern 34 sind Abstandshalter 49 vorgesehen.
Wie aus Figur 2 deutlich wird, sind zur Parallelverschiebung der Gelenklager 28 diese mittels Führungskörpern 44 an Führungsmittel in Form von Führungsstangen 46 verstellbar. Die Führungskörper 44 sind fest an den Gelenklagern 28 angeordnet. Durch Verstellen der Führungskörper 44 bzw. der Drehlager 28 entlang den Führungsstangen 46 kann folglich, wie in Figur 2 gezeigt ist, eine Anpassung der Anpresswalzen 12 an eine Oberfläche des Kerns 16, der in Figur 2 viereckig ist, erreicht werden.
Wie ebenfalls aus Figur 2 deutlich wird, sind die Führungsstangen 46 über die in Figur 3 gezeigten Aufnahmeelemente 38 im Rahmen 24 befestigt. Zudem ist eine Grundplatte 54 am Rahmen 24 vorgesehen, welche eine zentrale Öffnung 56 aufweist, durch welche letztlich der Kern 16 hindurchgreift.
Der Rahmen 24 liegt vorzugsweise ebenfalls innerhalb der Lagerebene 27 oder ist parallel dazu angeordnet.
Zur Verstellung der Gelenklager 28 entlang der Führungsstangen 46 bzw. innerhalb der Lagerebene 27, sind in Figur 1 gezeigte pneumatische Stellzylinder 60 vorgesehen. Zwischen den Stellzylindern 60 und den Drehgelenken 28 sind Kopplungselemente 62 vorgesehen, die den Hub der Stellzylinder 60 auf die Gelenklager 28 übertragen. In der Figur 2 sind die Stellzylinder 60 und die Kopplungselemente 62, die an den Gelenklagern 28 angreifen, nicht gezeigt.
Das Vorsehen von pneumatischen Stellzylindern 60 hat den Vorteil, dass die Anpresswalzen 12 mit einer weitgehend konstanten Anpresskraft und dennoch elastisch nachgiebig, gegen den Kern 16 beaufschlagt werden können. Insbesondere bei Querschnittsänderungen des Kerns 16 kann eine axiale Nachgiebigkeit bei weitestgehend konstanter Anpresskraft realisiert werden. Zudem kann die Anpresskraft der Walzen 12 gegen den Bauteilkern 16 über Änderungen des Drucks im Stellzylinder 60 eingestellt werden.
Insbesondere kann dadurch eine verschränkte Anordnung der Walzen 12, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, erreicht werden. Die Längsachsen 30 der Walzen 12 können folglich entweder parallel zueinander oder wie in Figur 2 gezeigt ist, sich schneidend verlaufend eingestellt werden. Insgesamt kann dadurch eine optimale Anpassung an den Kern 16 erfolgen, wobei das Geflecht 18 bzw. der fertige Schlauch 14, optimal unmittelbar nach dem Flechtvorgang an den Kern 16 angepresst werden kann. Da die Walzen 12 sich quer zur Bewegungsrichtung 26 erstrecken, wirken auf das Geflecht 18 keine Quer- oder Scherkräfte. Insgesamt kann sich dadurch ein defektfreies Schlauchgeflecht ergeben, das zur Weiterverarbeitung günstige Eigenschaften aufweist.

Claims

Anpresseinrichtung (10) zum Anpressen eines Geflechtschlauches (14) an einen sich entlang einer Kernachse (17) erstreckenden Bauteilkern (16), mit Anpresswalzen (12), die im Betrieb der Einrichtung (10) den Geflechtschlauch (14) gegen den Bauteilkern (16) beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine sich quer zur Kernachse (17) erstreckende Anpresswalze (12) vorgesehen ist, die mittels zwei voneinander beabstandeten Gelenklagern (28) so drehbar gelagert ist, dass zur Verstellung der Anpresswalze (12) die Gelenklager (28) der Anpresswalze (12) relativ zueinander verstellbar sind.
Anpresseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenklager (28) schwimmend gelagert sind.
Anpresseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verstellmittel (60, 62) zur Verstellung wenigstens eines Gelenklagers (28) vorgesehen sind.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorspannmittel (60, 62) zum Beaufschlagen wenigstens eines Gelenklagers (28) derart vorgesehen sind, dass die Anpresswalze (12) mittels einer Vorspannkraft gegen den Bauteilkern (16) wirkt.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel und/oder die Verstellmittel (60, 62) als auf die Gelenklager wirkende pneumatische Druckzylinder ausgebildet sind.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gelenklager (28) unabhängig voneinander verstellbar angeordnet sind.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gelenklager (28) mit unterschiedlicher Vorspannung gegen den Bauteilkern wirken.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenklager (28) an parallel zueinander verlaufend angeordneten Führungsmitteln (46) verstellbar angeordnet sind.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich quer zur Kernachse (17) erstreckende Anpresswalzen (12) vorgesehen sind, die in einer Lagerebene (27) liegen, wobei zwei parallel zueinander verlaufend angeordnete Führungsmittel (46) vorgesehen sind und wobei jeweils ein Gelenklager (28) einer Anpresswalze (12) an einem Führungsmittel (46) verstellbar angeordnet ist.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anpresswalze (12) und vorzugsweise alle Anpresswalzen (12) derart angeordnet sind, dass sie Gegenlager zur Stabilisierung und/oder Abstützung des Bauteilkerns (16) bilden.
Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresseinrichtung (10) eine an einer Flechtmaschine anordenbare Tragstruktur (24) derart aufweist, dass die Anpresseinrichtung (10) innerhalb einer Flechtmaschine in oder unmittelbar nach dem Flechtprozess anordenbar ist.
Flechtmaschine, insbesondere Radialflechtmaschine, Horizontalflechtmaschine oder 3D-Flechtmaschine, umfassend eine Anpresseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.