WO2016150737A1

WO2016150737A1 - Spulspindel

Info

Publication number: WO2016150737A1
Application number: PCT/EP2016/055403
Authority: WO
Inventors: Heinz Waltermann; Klaus Schäfer
Original assignee: Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2016-09-29
Also published as: CN107428490B; JP6761809B2; JP2018512349A; CN107428490A; DE112016001302A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spulspindel zum Aufwickeln von Fäden in einer Aufspulmaschine. Hierzu weist die Spulspindel ein langauskragendes Spannfutter (3) zur Aufnahme mehrerer Spulhülsen auf, wobei das Spannfutter durch eine mehrteilige in einem Hohlträger (11) gelagerte Antriebswelle (7) antreibbar ist und wobei eine hintere Lagerwelle (7.2) mit einem Antrieb gekoppelt ist. Eine mit der hinteren Lagerwelle (7.2) gekoppelte vordere Lagerwelle (7.1) ist mit dem Spannfutter (3) verbunden und über eine Lagerung in dem hohlzylindrischen Hohlträger (11) gelagert. Die Lagerung weist ein vorderes Wälzlager (14.1) und ein hinteres Wälzlager (14.2) auf. Um die Belastung an der Lagerwelle durch einen Umlaufbiegemoment zu minimieren, ist erfindungsgemäß das vordere Wälzlager (14.1) nahe einem Schwerpunkt (19.1) des Spannfutters (3) angeordnet und trägt als ein Traglager nahezu ein gesamtes Gewicht des Spannfutters.

Description

Spulspindel

Die Erfindung betrifft eine Spulspindel zum Aufwickeln von Fäden zu mehreren Spulen in einer Aufspulmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung von synthetischen Fäden in einem Schmelzspinnprozess werden die Fäden einer Spinnposition gemeinsam parallel zu Spulen aufgewickelt. Hierzu werden Aufspulmaschinen verwendet, die pro Faden jeweils eine Wickelstelle aufweisen und die parallel zu den Wickelstellen eine einseitig gelagerte Spulspindel aufweisen. Derartige Spulspindeln sind auskragend an einem Spindelträger angeordnet, so dass die am Umfang der Spulspindel gewickelten Spulen nach Fertigstellung von dem freien Ende der Spulspindel abnehmbar sind. Eine derartige Spulspindel ist beispielsweise aus der DE 195 48 142 AI bekannt.

Die bekannte Spulspindel weist ein Spannfutter auf, an dessen Umfang ein Spannmantel mit einer Klemmeinrichtung zur Aufnahme und Fixierung von Spulhülsen angeordnet ist. Das Spannfutter ist hohlzylindrisch ausgeführt und weist in einem Längenabschnitt eine Nabe auf, die mit einer Antriebswelle verbunden ist. Die Antriebswelle ist mehrteilig ausgebildet und durch eine hintere Lagerwelle und eine vordere Lagerwelle ausgeführt, wobei die hintere Lagerwelle mit einem Antrieb kuppelbar ist und wobei die vordere Lagerwelle mit der Nabe des Spannfutters verbunden ist. Das Gewicht des Spannfutters und insbesondere das Gewicht der gewickelten Spulen wird über eine Lagerung der vorderen Lagerwelle aufgenommen, die innerhalb eines Hohlträgers ausgebildet ist. Die Lagerung besteht aus einem vorderen Wälzlager und einem hinteren Wälzlager, die am Umfang der vorderen Lagerwelle mit Abstand zueinander angeordnet sind.

Um einerseits die statischen Lasten aufzunehmen und andererseits eine Führung der Antriebswelle zu gewährleisten, sind das vordere Wälzlager und das hintere Wälzlager gegeneinander verspannt. Die beiden Wälzlager wirken zusammen, um die statischen Lasten des Spannfutters sowie die Führung der Antriebswelle zu gewährleisten. Da die Spannfutter derartiger Spulspindeln im Außendurchmesser zur Aufnahme handelsüblicher Spulhülsen begrenzt sind, ist der Bauraum und damit die Lagergröße der Lagerung ebenfalls begrenzt. Die Traglasten der Wälzlager sowie die Festigkeit der Antriebswelle ist daher limitiert.

Grundsätzlich ist dabei bekannt, möglichst solche Wälzlager zu verwenden, die aufgrund ihrer Eigenschaften höhere Traglasten realisieren. So ist beispielsweise aus der DE 10 2009 021 647 AI eine Spulspindel bekannt, bei welcher die Lagerwelle durch zwei zueinander verspannt gehaltene Kugelrollenlager gelagert ist. Damit wird zwar eine durch das Wälzlager erhöhte Traglast ermöglicht, jedoch die Festigkeit der Antriebswelle lässt sich dadurch nicht steigern. Zudem erfordert eine axiale Vorspannung zweier an unterschiedlichen Orten angeordneten Wälzlager eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit sowie eine extreme Passgenauigkeit zueinander.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Spulspindel der gattungsgemäßen Art mit einer Lagerung auszuführen, die insbesondere zu einer Erhöhung der Wellenfestigkeit und damit zu einer Erhöhung der Traglast führt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das vordere Wälzlager nahe einem Schwerpunkt des Spannfutters angeordnet ist und als ein Traglager nahezu ein gesamtes Gewicht des Spannfutters trägt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Gewichtskraft aus den Spulen am Spannfutter über die Verbindungsstelle zwischen dem Spannfutter und der vorderen Lagerwelle in die Lagerung eingeleitet werden muss. Eine derartige Querverschiebung einer Gewichtskraft resultiert zwangsläufig in ein Biegemoment als Produkt der Kraft mit dem Verschiebeweg. Da die Gewichtskraft raumfest wirkt und die Lagerwelle sich dreht, entsteht ein Umlaufbiegemoment, das die Lagerwelle umlauffrequent beansprucht. Es gilt somit, je höher die Gewichtskraft z.B. durch eine große Anzahl dicker Spulen, und je größer der Verschiebeweg der durch den Abstand zwischen der Lagerung und einer Wellen-Naben- Verbindung zwischen dem Spannfutter und der Lagerwelle bestimmt ist, desto höher wird die Belastung der Lagerwelle durch das Umlaufbiegemoment. Um diese Belastung zu minimieren, wird erfindungsgemäß das vordere Wälzlager nahe einem Schwerpunkt des Spannfutters angeordnet, um als ein Traglager nahezu ein gesamtes Gewicht des Spannfutters aufzunehmen. Bei der Lage des Traglagers ist zu berücksichtigen, dass die gewickelten Spulen am Spannfutter einen Spulenschwerpunkt aufweisen, der nicht unbedingt mit dem Schwerpunkt des leeren Spannfutters zusammenfällt. Daher ergibt sich aus der Überlagerung des Schwerpunktes des Spannfutters mit dem Spulenschwerpunkt ein resultierender Gesamtschwerpunkt. Während des Wickeins der Spulen wandert der Gesamtschwerpunkt von dem Schwerpunkt des Spannfutters zu dem Spulenschwerpunkt. Daher wird das Traglager in der Nähe des Schwerpunktes des Spannfutters angeordnet, um möglichst die gesamte Last aufnehmen zu können. Üblicherweise ist die Lage des Traglagers in einem Bereich zwischen dem Schwerpunkt des Spannfutters und dem Spulenschwerpunkt angeordnet. In Abhängigkeit von der Länge des Spannfutters und der Anzahl gewickelter Spulen ist es auch möglich, dass die Lage des Traglagers leicht außerhalb des Bereiches zwischen dem Schwerpunkt des Spannfutters und dem Spulenschwerpunkt angeordnet ist. Durch die Lage des Traglagers nahe des Schwerpunktes des Spanfutters wird die Belastung der Antriebswelle durch das Umlaufbiegemoment auf einen vorderen Wellenabschnitt der vorderen Lagerwelle begrenzt. Insgesamt erhöht sich damit die Festigkeit der Antriebswelle.

Die Ausbildung des vorderen Wälzlagers als Traglager ermöglicht ein völlig neues Lagerkonzept für das Spannfutter. So ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher das hintere Wälzlager als ein Führungslager ausgebildet ist, wobei das Führungslager keine axiale Verspannung gegenüber dem Traglager aufweist. Damit bleibt das Traglager frei von axialen Belastungen. Die Funktion zur Aufnahme der Last und die Funktion zum Führen der vorderen Lagerwelle werden aufgeteilt. Das Führungslager bleibt möglichst lastfrei und führt die vordere Lagerwelle.

Das Traglager wird daher bevorzugt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als ein Zylinderrollenlager ausgebildet, um ein hohe Lastaufnahme zu ermöglichen. Da sich im Betrieb die Lage des Gesamtschwe unktes verändert, lassen sich die Umlaufbiegemomente am Ort des Traglagers nicht völlig eliminieren. Daher ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher ein Innenring des Zylinderrollenlagers am Umfang eines erhöhten Wellenabsatzes an der vorderen Lagerwelle gehalten ist. Durch den erhöhten Wellenabsatz an der vorderen Lagerwelle lässt sich vorteilhaft die Gestaltfestigkeit der vorderen Lagerwelle wesentlich erhöhen. Insbesondere kann damit auch das Risiko von einem sogenannten Passungsrost erheblich minimiert werden. Durch entsprechende Auslegung des Wellenabsatzes im Außendurchmesser und im Übergangsradius können vorteilhaft hohe Kerbspannungen vermieden werden, so dass eine verbesserte Festigkeit der vorderen Lagerwelle erreicht wird.

Die Führung der Lagerwelle wird bevorzugt durch die Ausbildung des Führungslagers nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgenommen, bei welcher das Führungslager durch zwei nebeneinander angeordnete Spindellager ausgeführt ist und bei welcher die Spindellager einer X-Anordnung am Umfang der vorderen Lagewelle gehalten sind. Damit lassen sich sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen, so dass die Lagerwelle sicher geführt ist. Zudem lässt sich damit der Aufbau einer inneren Momentbelastung in dem Doppellager vermeiden.

Das Traglager und das Führungslager werden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung innerhalb einer Lagerbuchse angeordnet, wobei am Umfang der Lagerbuchse mehrere sich an dem Hohlträger abstützende Dämpfungsringe gehalten sind. Damit wird insbesondere ein Kippen des Außenringes am Traglager vermieden. Die Lagerung ist über die Dämpfungsringe elastisch gegenüber dem Hohlträger abgestützt, so dass die Lagerwelle gegenüber dem Hohlträger Relativbewegungen zum Zwecke der Dämpfung ausführen kann.

Um nach dem Einbau eine im wesentlichen vorbestimmte Elastizität zwischen der Lagerung und dem Hohlträger unabhängig von Fertigungstoleranzen zu erhalten, sind die Dämpfungsringe bevorzugt durch eine Innenhülse und ein die Innenhülse umschließende Aussenhülse, wobei ein Gummielement zwischen der Innenhülse und der Außenhülse eingeschlossen ist. Die Federcharakteristik des Gummielementes zwischen der Innenhülse und der Außenhülse lässt sich so bereits vor Einbau mit vorbestimmten Dämpfungscharakteristiken ausbilden.

Um insbesondere bei lang auskragenden Spannfuttern eine intensive Dämpfung der beim Durchfahren kritischer Spulgeschwindigkeiten auftretenden Schwingungen zu erhalten, ist desweiteren ein zusätzliches Dämpfungslager vorgesehen, das in einem vorderen Wellenabschnitt der vorderen Lagerwelle axial versetzt zum Traglager zwischen der vorderen Lagerwelle und dem Hohlträger angeordnet ist. Dabei kann das Dämpfungslager besonders weich ausgeführt werden, um beim Durchfahren von Resonanzen auftretende Schwingungen zwischen der rotierenden Lagerwelle und dem feststehenden Hohlträger zu dämpfen.

Das Dämpfungslager wird dabei bevorzugt an einem weiteren erhöhten Wellenabsatz der Lagerwelle zwischen dem Traglager und einem mit dem Spannfutter verbundenen Ende der vorderen Lagerwelle angeordnet.

Das Dämpfungslager wird bevorzugt aus einem Wälzlager und einem Dämpfungsring gebildet, der sich an einem Außenring des Wälzlagers unmittelbar abstützt. Insoweit bildet das Wälzlager einen von der rotierenden Lagerwelle ausgehenden Anlenkpunkt für die Einleitung der Relativbewegungen in den Dämpfungsring. Die Rotation der Lagerwelle bleibt im Wesentlichen unbeeinflusst. Zur Erhöhung der Stabilität könnte das Wälzlager durch zwei nebeneinander angeordnete Spindellager ausgeführt, die in einer O- Anordnung am Umfang der vorderen Lagerwelle gehalten sind. Damit lassen sich relativ hohe Kippmomente aufnehmen. Um einerseits die Stabilität des Spannfutters zu verbessern und andererseits eine möglichst parallele Führung während des Wickeins der Spulen zu erhalten, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher das Spannfutter an seinem offenen Ende durch ein Kragenlager gelagert ist und bei welcher die Lage des Traglagers am Hohlträger zu einem Ende des Spannfutters hin verschoben ist. Mit dem Kragenlager wirkt eine zusätzliche Kraftkomponente an dem Spannfutter, die die Lastverteilung an dem Spannfutter beeinflusst. Um die Hauptlast an dem Traglager zu belassen, ist eine Verschiebung der Lage des Traglagers in Richtung eines freien Ende des Spannfutters hin vorgesehen.

Zur Erhöhung der Dämpfung ist das Kragenlager vorzugsweise durch ein Wälzlager und einen Dämpfungsring gebildet, die zwischen dem Spannfutter und dem Hohlträger wirken. Der Dämpfungsring lässt sich vorteilhaft mit einer Feder- Dämpfer-Steifigkeit ausführen, die eine Verschiebung des Spannfutters bei voller Spulenlast relativ zum Hohlträger ermöglichen.

Desweiteren ist vorgesehen, eine Lagerung der hinteren Lagerwelle innerhalb einer Lagerbuchse auszubilden, wobei die Lagerbuchse mittels mehrerer Dämpfungsringe gegenüber dem Hohlträger elastisch abgestützt ist. Damit können sowohl von der Antriebsseite als auch von einer Abtriebsseite vorteilhaft auftretende Schwingungsbelastungen gedämpft werden.

Die erfindungsgemäße Aufspulmaschine zeichnet sich besonders dadurch aus, dass an der auskragenden Spulspindel eine Vielzahl von Wickelstellen ausgebildet werden können. Durch die Erhöhung der Wellenfestigkeit der Antriebswelle und der hohen Traglasten der Lagerung lassen sich sowohl die Anzahl der gleichzeitig gewickelten Spulen als auch eine auskragende Länge des Spannfutters an der Spulspindel erhöhen.

Die erfindungsgemäße Spulspindel wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spulspindel

Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht einer vorderen Lagerung des

Ausführungsbeispiels aus Fig. 1

Fig. 3 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spulspindel

Fig. 4 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spulspindel

Fig. 5 schematisch eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufspulmaschine In Fig. 1 ist schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Spulspindel in einer Teilansicht dargestellt. Die Spulspindel 2 ist durch einen Hohlträger 1 1 an einem Spindelträger 1 gehalten. An dem Spindelträger 1 weist die Spulspindel 2 ein lang auskragendes Spannfutter 3 auf, das zu beiden Enden hohlzylindrisch ausgebildet ist. Das freie Ende des Spannfutters 3 ist in Fig. 1 nicht dargestellt, da hierin keine für die Erfindung relevanten Bauteile enthalten sind. Üblicherweise wird das freie Ende des Spannfutters 3 durch einen Deckel verschlossen.

Das gegenüberliegende dem Spindelträger 2 zugewandte offene Ende des Spannfutters 3 dient zur Aufnahme einer Antriebswelle 7, die durch eine Wellen-Naben- Verbindung 15 mit einer Nabe 6 des Spannfutters 3 verbunden ist.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Antriebswelle 7 in zwei Wellenabschnitten aufgeteilt und durch eine vordere Lagerwelle 7.1 und eine hintere Lagerwelle 7.2 gebildet. Die beiden Lagerwellen 7.1 und 7.2 sind über eine Schrumpfbuchse 35 fest miteinander verbunden.

Die vordere Lagerwelle 7.1 ist über eine vordere Lagerung 8.1 in dem Hohlträger 1 1 drehbar gelagert. Der Hohlträger 1 1 ragt hierzu mit einem freien Ende ins Innere des Spannfutters 3. Das dem Spindelträger 1 zugewandte offene Ende des Spannfutters 3 umschließt den auskragenden Hohlträger 1 1 mit Abstand, so dass das Spannfutter 3 relativ zum feststehenden Hohlträger 1 1 rotieren kann.

Innerhalb des hohlzylindrischen Hohlträgers 1 1 ist die vordere Lagerung 8.1 der vorderen Lagerwelle 7.1 angeordnet. Zur Erläuterung der vorderen Lagerung 8.1 wird zusätzlich zu der Fig. 2 Bezug genommen. In Fig. 2 ist die vordere Lagerung 8.1 in einem vergrößerten Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.

Die vordere Lagerung 8.1 ist durch ein vorderes Wälzlager 14.1 und ein mit einem axialen Abstand angeordnetes hinteres Wälzlager 14.2 gebildet. Das vordere Wälzlager 14.1 ist nahe einem Schwerpunkt 19.1 des Spannfutters 3 angeordnet und stellt ein reines Traglager dar. Der Schwerpunkt 19.1 betrifft das leere Spannfutter 3 ohne gewickelte Spulen. Durch die Aufnahme von gewickelten Spulen an dem Spannfutter 3 stellt sich ein Spulenschwerpunkt 19.2 ein, der in seiner Lage nicht mit der Lage des Schwerpunktes 19.1 des leeren Spannfutters 3 übereinstimmt. Es ist somit ein Gesamtschwerpunkt zu berücksichtigen, der sich aus der Überlagerung des Schwerpunktes 19.1 und des Spulenschwerpunktes 19.2 ergibt. So würde der Gesamtschwerpunkt zu Beginnen einer Spulenwicklung im Schwerpunkt 19.1 des leeren Spannfutters 3 liegen, um dann bei fortschreitender Wicklung in Richtung des Spulenschwerpunktes 19.2 zu wandern.

Damit die gesamte Last aus dem Eigengewicht des Spannfutters 3 und der Spulenmasse der gewickelten Spulen auf das Traglager 14.1 einwirken kann, ist das Traglager 14.1 in einer Lagerebenen 34 angeordnet, die zwischen den Schwerpunkten 19.1 des Spannfutters 3 und dem Spulenschwerpunkt 19.2 liegt. Das Traglager 14.1 ist damit in der unmittelbaren Nähe zum Schwerpunkt 19.1 des Spannfutters 3 angeordnet.

Das Traglager 14.1 ist als ein Zylinderrollenlager 16 ausgeführt. Das Zylinderrollenlager 16 ist mit einem Innenring 16.1 an einem erhöhten Wellenabsatz 18.1 der vorderen Lagerwelle 7.1 angeordnet. Der Wellenabsatz 18.1 erstreckt sich dabei über die gesamte Breite des Zylinderrollenlagers 16. Der Übergang des Wellenabsatzes 18.1 zu einem Wellenschaft 33 der vorderen Lagerwelle 7.1 ist zu beiden Seiten es Zylinderrollenlagers 16 verrundet. Ein Außenring 16.2 des Zylinderrollenlagers 16 stützt sich an einer Lagerbuchse 12.1 ab, die sich parallel zu vorderen Lagerwelle 7.1 erstreckt.

Das hintere Wälzlager 14.2 ist zur Führung der vorderen Lagerwelle 7.1 als Führungslager ausgeführt. Das Führungslager 14.2 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei gegeneinander verspannte Spindellager

17.1 und 17.2 gebildet. Die Spindellager 17.1 und 17.2 sind in einer X- Anordnung gegeneinander verspannt. Dabei sind die Spindellager 17.1 und

17.2 unmittelbar nebeneinander angeordnet und an einem erhöhten Wellenabsatz 18.2 gehalten. Der die Lagerwelle 7.1 verdickende

Wellenabsatz 18.2 erstreckt sich über die Breite der beiden Spindellager 17.1 und 17.2. Hierbei ist ebenfalls im Übergangsbereich zu dem Wellenschaft 33 jeweils eine Verrundung vorgesehen. Die Spindellager 17.1 und 17.2 stützen sich mit ihrem Aussenring an der Lagerbuchse 12.1 ab.

Um beim Durchfahren von kritischen Spulgeschwindigkeiten auftretende Schwingungen zu dämpfen und insbesondere ein Anschlagen des Spannfutters 3 am Umfang des Hohlträgers 1 1 zu vermeiden, sind am Umfang der Lagerbuchse 12.1 mehrere Dämpfungsringe vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Dämpfungsringe 13 vorgesehen, die jeweils an der Lagerbuchse 12.1 angeordnet sind und die Lagerbuchse 12.1 gegenüber dem Hohlträger 1 1 elastisch abstützen. Hierbei ist insbesondere einer der Dämpfungsringe 13 in der Nähe der Wellen-Naben- Verbindung 15 positioniert. Hierzu ragt die Lagerbuchse 12.1 über das Traglager 14.1 hinaus, so dass der Dämpfungsring 13 in axialer Richtung versetzt zum Traglager 14.1 angeordnet ist. Die Dämpfungsringe 13 sind identisch aufgebaut und weisen eine Innenhülse 13.2 und eine die Innenhülse 13.2 mit Abstand umschließende Außenhülse 13.1 auf. Zwischen der Innenhülse 13.2 und der Außenhülse 13.1 ist ein Gummielement 13.3 angeordnet. Das Gummielement 13.3 ist fest mit der Innenhülse 13.2 und der Außenhülse 13.1 verbunden und bildet eine Gummifeder. Somit können die Innenhülse 13.2 und die Außenhülse

13.1 relativ zueinander bewegt werden. Die Innenhülse 13.2 und die Außenhülse 13.1 sind bevorzugt aus Metall gebildet, so dass das Gummielement 13.3 durch eine Vulkanisation zwischen der Innenhülse

13.2 und der Außenhülse 13.1 befestigt ist. Das als Gummifeder wirkende Gummielement 13.3 lässt sich vom Material und von der

Federcharakteristik auf den Einbauort abstimmen. Desweiteren lassen sich die Außenhülse 13.1 und die Innenhülse 13.2 mit engen Fertigungstoleranzen präzise herstellen, so dass beim Einbau der Dämpfungsringe 13 unzulässige Verformungen vorteilhaft vermieden werden. Im Gegenteil können geringe Toleranzabweichungen innerhalb des Einbauraumes durch die Beweglichkeit der Außenhülse 13.1 und der Innenhülse 13.2 im gewissen Rahmen ausgeglichen werden, ohne die Feder-Dämpfer-Charakteristik des Gummielementes 13.3 negativ zu beeinflussen.

Wie aus der Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, werden die Dämpfungsringe 13 auch benutzt, um eine hintere Lagerung 8.2 der hinteren Lagerwelle 7.2 von dem Hohlträger 1 1 zu entkoppeln. Die hintere Lagerung 8.2 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Wälzlager 20.1 und 20.2 gebildet, die zwischen der hinteren Lagerwelle 7.2 und einer Lagerbuchse 12.2 gehalten sind. Am Umfang der Lagerbuchse 12.2 sind zwei Dämpfungsringe 13 angeordnet. Die Dämpfungsringe 13 stützen sich in einem hohlzylindrischen Abschnitt des Hohlträgers 1 1 ab, der unmittelbar am Spindelträger 1 gehalten ist. Dabei ist die hintere Lagerung 8.2 am Ende des Hohlträgers 1 1 ausgebildet. Die hintere Lagerwelle 7.2 ragt mit einem Antriebsende außerhalb des Hohlträgers 1 1, wobei das Antriebsende als Kupplungsende 10 ausgebildet ist. Insoweit könnte ein Spindelantrieb direkt über das Kupplungsende 10 mit der Antriebswelle 7 gekoppelt werden.

Zur Aufnahme und Fixierung von Spulhülsen weist das Spannfutter 3 am Umfang eine Klemmvorrichtung 4 und einen Spannmantel 5 auf. Die Klemmvorrichtung 4 und der Spannmantel 5 sind im Stand der Technik allgemein bekannt und daher hier nicht weiter erläutert. Die Klemmvorrichtung 4 und der Spannmantel 5 können beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel nach WO 201 1/086142 AI ausgeführt sein. Insoweit wird an dieser Stelle Bezug zu der zitierten Druckschrift genommen.

Im Betrieb sind am Umfang des Spannmantels 5 mehrere Spulhülsen hintereinander aufgeschoben und durch die Klemmvorrichtung 4 fixiert. An jeder der Spulhülsen wird ein Faden zu einer Spule aufgewickelt. Zu diesem Zweck wird das Spannfutter 3 über die Antriebswelle 7 derart angetrieben, dass eine im Wesentlichen konstante Umfangsgeschwindigkeit zum Aufwickeln der Fäden vorherrscht. Die Spulgeschwindigkeit mit welcher der Faden aufgewickelt wird, liegt je nach Herstellungsprozess im Bereich von 2.000 m/min. bis hin zu 6.000 m/min. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Durchmesser der Spulen muss das Spannfutter einen Drehzahlbereich von ca. 2.000 U/min. bis 22.000 U/min. durchlaufen. Die während des Aufwickeins am Spannfutter auftretenden Lasten werden im Wesentlichen durch das Traglager 14.1 aufgenommen. Die Belastungen ergeben sich aus den Eigengewichten des Spannfutters 3 mit Klemmvorrichtung 4 und Spannmantel 5 sowie der am Umfang des Spannmantels 5 gehaltenen Spulen. Der Schwerpunkt 19.1 liegt dabei nahe einer Lagerebenen des Spannfutters 3, die in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist und mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist. Das Traglager 14.1 ist in der Lagerebene 34 angeordnet. Die Einleitung der gesamten Gewichtskraft erfolgt über die Wellen-Naben- Verbindung 15 zwischen dem Spannfutter 3 und der vorderen Lagerwelle 7.1. Zur Erhöhung der Festigkeit des vorderen Wellenabschnittes der Lagerwelle 7.1 ist ein weiterer die Antriebswelle verdickender Wellenabsatz 18.3 vorgesehen. Der Wellenabsatz 18.3 erstreckt sich bis zu Wellen-Naben- Verbindung 15.

Die Belastungen sowie Schwingungen des Spannfutters 3 werden über die Wellen-Naben- Verbindung 15 in das freie Ende der vorderen Lagerwelle 7.1 geleitet. Da derartige Spulspindeln aufgrund ihres komplexen Aufbaus über mehrere kritische Eigenfrequenzen verfügen, die beim Zusammentreffen mit einer Erregerfrequenz zu einer Resonanz führen können, ist die Lagerung 8.1 über die Dämpfungsringe 13 gegenüber dem Hohlträger 1 1 gedämpft. Derartige sogenannte kritische Spulgeschwindigkeiten können in Abhängigkeit von einer zulässigen Resonanzüberhöhung das Ende eines Betriebsbereiches der Spulspindel bestimmen. Zur Beeinflussung und zur Erweiterung des Betriebsbereiches, muss daher die Dämpfung der vorderen Lagerwelle verstärkt werden. Hierzu ist in Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfmdungsgemäßen Spulspindel schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt.

Das Ausführungsbespiel der Spulspindel in Fig. 3 ist in ihrem Aufbau im Wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.

Um aufgrund der mit zunehmendem Spulengewicht erhöhten statischen Belastung des Spannfutters 3 sowie der gleichzeitig zunehmenden dynamischen Belastung durch Unwuchten der Spulen einen sicheren Antrieb des Spannfutters 3 zu gewährleisten, ist die Antriebswelle 7 hier auch aus einer vorderen Lagerwelle 7.1 und einer hinteren Lagerwelle 7.2 gebildet. Die vordere Lagerwelle 7.1 ist über eine Kupplung 9 mit der hinteren Lagerwelle 7.2 verbunden. Die Kupplung 9 weist bevorzugt Dämpfungsmittel auf, um nur Torsionsmomente aber keine Biegemomente zu übertragen und um Torsionsschwingungen zu dämpfen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spulspindel 2 ist der Antriebswelle 7 ein zusätzliches Dämpfungsmittel in Form eines Dämpfungslagers 21 zugeordnet. Das Dämpfungslager 21 ist in einem Wellenabschnitt der vorderen Lagerwelle 7.1 außerhalb der vorderen Lagerung 8.1 axial versetzt zum Traglager 14.1 angeordnet. Das Dämpfungslager 21 ist dem Wellenende der vorderen Lagerwelle 7.1 zugeordnet und in der Nähe der Wellen-Naben- Verbindung 15 gehalten. Dabei erstreckt sich das Dämpfungslager 21 zwischen der vorderen Lagerwelle 7.1 und dem freien auskragenden Ende des Hohlträgers 1 1. Das Dämpfungslager 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Wälzlager 21.1 und einen Dämpfungsring 21.2 auf. Das Wälzlager 21.1 ist durch ein doppeltes Spindellager 22.1 und 22.2 ausgebildet. Die Spindellager 22.1 und 22.2 sind gegeneinander verspannt in einer sogenannten O-Anordnung. Damit lässt sich eine Vorspannung zwischen den Spindellagern 22.1 und 22.2 erzeugen, die zu einer wesentlichen Erhöhung der Lagerlebensdauer führt. Am Umfang der Spindellager 22.1 und 22.2 ist der Dämpfungsring 21.2 gehalten. Der Dämpfungsring 21.2 ist in seinem Aufbau identisch zu dem Dämpfungsring 13 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1. Insoweit wird zu der vorgenannten Beschreibung Bezug genommen. Im Vergleich zu den Dämpfungsringen 13 weist der Dämpfungsring 21.2 eine wesentlich geringere Radialsteifigkeit auf, um eine weiche Anbindung des Dämpfungslagers 21 an den Hohlträger 1 1 zu erhalten. Das Dämpfungslager 21 ist somit nur beim Auftreten von Resonanzen am Umfang der Lagerwelle 7.1 wirksam.

Die Spindellager 22.1 und 22.2 des Dämpfungslagers 21 sind am Umfang der Lagerwelle 7.1 an einem weiteren erhöhten Wellenabsatz 18.3 angeordnet. Der die Lagerwelle 7.1 verdickende Wellenabsatz 18.3 erstreckt sich bis zur Wellen-Naben- Verbindung 15. Hierbei ist eine Verdickung der Lagerwelle 7.1 bis zur Wellen-Naben- Verbindung 15 gewünscht, da an der Wellen-Naben- Verbindung 15 ein maximales Umlaufbiegemoment einstellt.

Die erfindungsgemäße Spulspindel zeichnet sich dadurch aus, dass insbesondere bei unveränderten Nenndurchmessern des Spannfutters sehr lang auskragende Spannfutter realisierbar sind. Durch die erhöhte Traglast der vorderen Lagerung und durch die erhöhte Festigkeit der Antriebswelle können bei gleicher Spannfutterlänge dickere Spulen oder bei gleichen Spulengewichten mehr Spulen am Umfang des Spannfutters gewickelt werden. Die erfindungsgemäße Spulspindel ist somit besonders geeignet, um eine Fadenschar parallel zu Spulen aufzuwickeln.

Aus der Fig. 4 geht ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spulspindel hervor, die schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt ist. Das Ausführungsbeispiel der Spulspindel in Fig. 4 ist in ihrem Aufbau im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenenannten Beschreibung genommen wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spulspindel ist an dem offenen Ende des Spannfutters, das dem Spindelträger 1 zugeordnet ist, ein zusätzliches Kragenlager 36 ausgebildet. Hierzu weist das Spannfutter 3 am offenen Ende einen umlaufenden Kragen 37 auf, der eine Durchmessererweiterung darstellt. Das Kragenlager 36 ist hierbei durch ein Wälzlager 36.1 und ein Dämpfungsring 36.2 gebildet. Das Wälzlager 36.1 ist am Umfang des Hohlträgers 1 1 angeordnet. Das Wälzlager 36.1 wird von dem Dämpfungsring 36.2 umschlossen, der sich am umlaufenden Kragen 37 des Spannfutters 3 abstützt. Der Dämpfungsring 36.2 wird in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls durch zwei Metallhülsen gebildet, die ein Gummielement einschließen.

Durch das Kragenlager 36 wird die Stabilität des Spannfutters 3 insbesondere beim Wickeln der Spulen verbessert. Zudem weist der Dämpfungsring 36.2 Eigenschaften auf, die auch bei einer Belastung des Spannfutters 3 durch gewickelte Spulen eine Absenkungen gegenüber dem Hohlträger 1 1 ermöglichen und zum anderen eine Dämpfung gewährleisten. Durch das Kragenlager 36 wirkt eine zusätzliche Kraftkomponente an dem Spannfutter 3, die die Lastverteilung an dem Spannfutter 3 beeinflusst. Damit ist eine Lastverschiebung gekoppelt, die die Lage des Traglagers 14.1 an der vorderen Lagerwelle 7.1 beeinflusst. Um die Hauptlast an dem Traglager 14.1 zu belassen, ist eine Verschiebung der Lage des Traglagers 14.1 in Richtung eines freien Endes des Spannfutters 3 hin erforderlich. So ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 das Traglager 14.1 dem Ende der Lagerbuchse 12.1 zugeordnet. Im unmittelbaren Vergleich mit dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Spulspindel ist die Lageveränderung des Traglagers 14.1 aufgrund des Kragenlagers 36 erkennbar. Alle weiteren Bauteile sind bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Spulspindel identisch ausgebildet.

In Fig. 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine dargestellt. Die Aufspulmaschine weist zwei lang auskragende Spulspindeln 2.1 und 2.2 auf, die an einem Spindelträger 1 gehalten sind und jeweils ein auskragendes Spannfutter 3 aufweisen. Der Spindelträger 1 ist als Spulrevolver ausgeführt, der drehbar in einem Maschinengestell 24 gelagert ist. Die Spulspindeln 2.1 und 2.2 sind nach einem der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 oder Fig. 3 ausgeführt.

Entlang der Spulspindel 2.1 und 2.2 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel vier Wickelstellen 25.1 bis 25.4, in welchem vier Spulen 27 parallel gewickelt werden. Den Spulspindeln 2.1 und 2.2 sind zwei Spindelmotoren 26.1 und 26.2 zugeordnet. Die Anzahl der Wickelstellen richtet sich nach dem Herstellungsprozess, ob textile oder technische Fäden aufgespult werden. Die Anzahl ist in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft und könnte beim Aufwickeln von technischen Fäden oder Teppichfäden in der gezeigten Variante genutzt werden. Den Wickelstellen 25.1 bis 25.4 ist eine Andrückwalze 30 und eine Changiervorrichtung 29 zugeordnet, wobei die Changiervorrichtung 29 zu jeder Wickelstelle 25.1 bis 25.4 jeweils Fadenführungsmittel zum Hin- und Herführen eines der Fäden aufweist. Die Andrückwalze 30 ist an einem beweglichen Walzenträger 32 gehalten. Der Einlauf der Fäden wird über jeweils einen Kopffadenführer 31 geführt, die den Einlauf der Wickelstellen 25.1 bis 25.4 bilden. Die erfindungsgemäße Aufspulmaschine ist für alle gängigen Schmelzspinnprozesse geeignet, um frisch extrudierte Fäden als eine Fadenschar parallel zu Spulen aufzuwickeln. So können die in einem POY-, FDY- oder IDY-Schmelzspinnprozess erzeugten synthetischen Fäden in einer Fadenschar mit einer Mehrzahl von Fäden gleichzeitig zu Spulen gewickelt werden. Die Aufspulmaschine ist jedoch auch für BCF-Prozesse geeignet, um mehrere gekräuselte Fäden zu Spulen aufzuwickeln.

Claims

Patentansprüche

Spulspindel zum Aufwickeln von Fäden zu mehreren Spulen in einer Aufspulmaschine, mit zumindest einem langauskragenden Spannfutter (3) zur Aufnahme der Spulen, wobei das Spannfutter (3) durch eine mehrteilige in einem Hohlträger (1 1) gelagerte Antriebswelle (7) antreibbar ist, wobei eine hintere Lagerwelle (7.2) mit einem Antrieb kuppelbar ist, wobei eine mit der hinteren Lagerwelle (7.2) verbundene vordere Lagerwelle (7.1) mit dem Spannfutter (3) drehfest verbunden ist und wobei die vordere Lagerwelle (7.1) gegenüber dem Hohlträger (1 1) durch ein vorderes Wälzlager (14.1) und ein hinteres Wälzlager (14.2) drehbar gelagert ist, durch gekennzeichnet, dass das vordere Wälzlager (14.1) nahe einem Schwerpunkt (19.1) des Spannfutters (3) angeordnet ist und als ein Traglager nahezu ein gesamtes Gewicht des Spannfutters (3) trägt.

Spulspindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Wälzlager (14.2) als ein Führungslager ausgebildet ist, wobei das Führungslager (14.2) keine axiale Verspannung gegenüber dem Traglager (14.1) aufweist.

Spulspindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Traglager (14.1) als ein Zylinderrollenlager (16) ausgebildet ist.

4. Spulspindel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenring (16.1) des Zylinderrollenlagers (16) am Umfang eines erhöhten Wellenabsatzes (18.1) an der vorderen Lagerwelle (7.1) gehalten ist.

5. Spulspindel nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungslager (14.2) durch zwei nebeneinander angeordnete Spindellager (17.1, 17.2) ausgeführt ist und dass die Spindellager (17.1, 17.2) in einer X-Anordnung am Umfang der vorderen Lagerwelle (7.1) gehalten sind.

6. Spulspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Traglager (14.1) und das Führungslager (14.2) innerhalb einer Lagerbuchse (12.1) angeordnet sind und dass am Umfang der Lagerbuchse (12.1) mehrere sich an dem Hohlträger (1 1) abstützende Dämpfungsringe (13) gehalten sind.

7. Spulspindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Dämpfungsringe (13) aus einer Innenhülse (13.2) und einer die Innenhülse (13.2) mit Abstand umschließende Außenhülse (13.1) gebildet ist, wobei die Innenhülse (13.2) und die Außenhülse (13.1) durch ein Gummielement (13.3) elastisch miteinander verbunden sind.

8. Spulspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorderen Wellenabschnitt (18.3) der vorderen Lagerwelle (7.1) ein zusätzliches Dämpfungslager (21) axial versetzt zum Traglager (14.1) zwischen der vorderen Lagerwelle (7.1) und dem Hohlträger (1 1) angeordnet ist.

9. Spulspindel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungslager (21) an einem erhöhten Wellenabsatz (18.3) zwischen dem Traglager (14.1) und einem mit dem Spannfutter (3) verbundenen Ende der vorderen Lagerwelle (7.1) angeordnet ist.

10. Spulspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfutter (3) an seinem offenen Ende durch ein Kragenlager (36) gelagert ist und dass die Lage des Traglagers (14.1) am Hohlträger (1 1) zu einem freien Ende des Spannfutters (3) hin verschoben ist.

1 1. Spulspindel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kragenlager (36) durch ein am Umfang des Hohlträgers (1 1) angeordnetes Wälzlager (36.1) und ein Dämpfungsring (36.2) gebildet ist, der sich an dem Spannfutter (3) abstützt.

12. Spulspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung (8.2) der hinteren Lagerwelle (7.2) innerhalb einer Lagerbuchse (12.2) ausgebildet ist und dass an der Lagerbuchse (12.2) zwei Dämpfungsringe (13) gehalten sind, die sich jeweils mit dem Innenring (13.2) an der Lagerbuchse (12.2) und dem Außenring (13.1) an dem Hohl träger (1 1) abstützen.

13. Aufspulmaschine zum Aufwickeln mehrerer Fäden zu Spulen mit zwei an einem Spindelträger (1) gehaltenen Spulspindeln (2.1, 2.2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Spulspindel (2.1, 2.2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 12 ausgebildet ist.