-
Die
Erfindung betrifft eine Aufspulmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Eine
derartige Aufspulmaschine ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 198 37 432 A1 bekannt.
Aufspulmaschinen dienen dazu, kontinuierlich zulaufende Fäden zu Spulen
aufzuwickeln. Dazu werden die Fäden
zunächst
von einer Changiereinrichtung quer zur Fadenlaufrichtung changiert
und über
eine rotierende Andrückwalze
geführt.
Die Andrückwalze
legt die Fäden
jeweils auf die aufzuwickelnden ebenfalls rotierenden Spulen auf.
Dabei sind die Spulen koaxial hintereinander auf einer gemeinsamen
Spulspindel angeordnet. Dadurch ist es möglich, mehrere Fäden gleichzeitig
aufzuwickeln.
-
Mit
zunehmendem Spulendurchmesser muss der Abstand zwischen der Spulspindel
und der Andrückwalze
kontinuierlich vergrößert werden.
Dies erfolgt dadurch, dass die Spulspindel auf einem drehbaren Revolver
angeordnet ist, dessen Drehachse parallel zur Drehachse der Spulspindel
ist. Darüber hinaus
stellt der Revolver eine zweite Spulspindel zur Verfügung, die
bei vollen Spulen mit leeren Spulenhülsen bestückten durch eine Drehung des
Revolvers gegen die Spulspindel mit den vollen Spulen ausgetauscht
wird.
-
Um
beim Aufspulen den Zuwachs der Spulen zu erkennen, ist die Andrückwalze
gemeinsam mit den Changiereinrichtungen auf einem Halter montiert,
der in Spulenzuwachsrichtung beweglich ausgeführt ist. Dabei wird durch eine
Regeleinrichtung die Drehung des Revolvers so angesteuert, dass eine
Ausweichbewegung des Halters durch die Revolverdrehung kompensiert
wird. In der
DE 198
37 432 A1 ist hierzu der Halter plattenförmig ausgeführt und
als Schwinge drehbar an dem Gehäuse
der Aufspulmaschine gelagert.
-
Die
vollen Spulen sowie die leeren Hülsen werden
bei einem Austausch axial von den Spulspindeln genommen beziehungsweise
auf die Spulspindel aufgesteckt. Dazu sind die Spulspindeln einseitig auskragend
gelagert. Ebenso ist der Halter mit einem kragbalkenförmigen Träger verbunden,
der ein Teil des Gehäuses
darstellt. Einhergehend mit der stetig wachsenden Leistungsfähigkeit
von Aufspulmaschinen werden die Spulspindeln heute für 8 oder
mehr Spulen ausgelegt, so dass sich für den Halter sowie für den Träger entsprechende
Baulängen
ergeben, die dynamisch weich sind und so leicht zu Schwingungen
anzuregen sind. Dies gilt insbesondere für den Halter, der aus Gründen des
beschränkten
Bauraums in seiner maximalen Dicke begrenzt ist.
-
Auf
der anderen Seite muss bei gleicher Zulaufgeschwindigkeit des Fadens
die Drehzahl der Spulspindel mit zunehmendem Spulendurchmesser kontinuierlich
verringert werden. Dies bedeutet, dass der ohnehin als schwingungstechnisch
kritisch zu betrachtende Träger
und Halter neben der Schwingungsanregung durch die Changiereinrichtung
in einem breiten Frequenzspektrum durch die Spulspindel zu Schwingungen
angeregt werden. Auch wenn die Drehverbindung zwischen Halter und
Kragbalken dämpfend
ausgeführt
wird, ist diese Maßnahme
insbesondere bei langen Bauformen nicht hinreichend.
-
Es
ist zwar bekannt, dynamisch weiche Strukturen so auszulegen, dass
ihre Eigenfrequenzen außerhalb
der Anregungsfrequenzen liegen; dies fällt jedoch bei einem derart
breiten Anregungsfrequenzspektrum ohne Zusatzmaßnahmen schwer. So wird als
Zusatzmaßnahme
in der Offenlegungsschrift
DE
42 40 920 A1 ein zusätzlicher
Schwingungsdämpfer
am Träger
vorschlagen. Die Patentanmeldung
JP
06-316372 A zeigt eine Aufspulmaschine, bei der der Träger mit
einen in der Frequenz anpassbaren Schwingungstilger ausgerüstet ist.
Die genannten Zusatzmaßnahmen
verursachen nicht nur zusätzlichen
Konstruktions- und Kostenaufwand, sondern müssen jeweils an die Dynamik
des Trägers angepasst
werden, wobei bei der in der
JP 06-316372
A gezeigten Lösung
dies sogar während des
Aufspulvorganges erforderlich ist. Ein Ausfall dieser Systeme würde zu erhöhten Schwingungen und
somit zu Störungen
des Prozesses oder gar zur Gefährdung
von Bedienpersonal führen.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Aufspulmaschine und insbesondere
die schwingungsdynamisch kritischen Bauteile einer Aufspulmaschine wie
den Halter oder den Träger
derart zu verbessern, dass auch ohne Zusatzmaßnahmen während des Aufspulens geringere
Schwingungen auftreten.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Aufspulmaschine nach dem Anspruch 1 gelöst. Dazu
werden zumindest Teile des Gestells aus einer von einer massiven
Ummantelung umschlossenen porenförmigen
inneren Struktur gebildet. Als Gestell werden hier alle Elemente
der Aufspulmaschine angesehen, die die Spulspindel und die Changiereinrichtung
halten. Dabei ist es nach dieser Definition ausdrücklich auch möglich, dass
die einzelnen Elemente des Gestells auch flexibel miteinander verbunden
sind. Dies trifft beispielsweise für den drehbaren Revolver zu,
der die beiden Spulspindeln trägt.
Ebenfalls trifft diese Definition auf den in Form einer Schwinge
drehbar gelagerten Halter für
die Changiereinrichtung zu. Unter Ummantelung wird hier sowohl eine
zumindest teilweise Umhüllung
der porenförmigen
inneren Struktur wie auch eine Beplankung auf zwei gegenüberliegenden
Seiten verstanden.
-
Die
Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass geschlossene oder
teilweise geschlossene Hohlkörper,
die mit einer porenförmigen
inneren Struktur gefüllt
sind, bei sehr geringer Masse eine hohe Steifigkeit und eine hohe
Dämpfung
aufweisen. Insbesondere die hohe Dämpfung mindert die auftretenden
Schwingungen deutlich. Die hohe Steifigkeit bei geringer Masse verschiebt
die Schwingungseigenfrequenz in Richtung hoher Frequenzen, was insbesondere
bei dynamisch weichen Bauelementen vorteilhaft ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsvariante der
erfindungsgemäßen Aufspulmaschine
ist der als Kragbalken ausgeführte
und daher besonders schwingungsanfällige Träger mit einer porenförmigen inneren
Struktur versehen.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante
ist der Halter, auf den die Changiereinheiten montiert sind, mit
einer porenförmigen
inneren Struktur versehen.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die porenförmige
innere Struktur ein Metallschaum.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Metallschaum
ein Aluminiumschaum. Dieser kann entweder in die Ummantelung montiert
sein oder innerhalb der Ummantelung aufgeschäumt worden sein.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
wird die porenförmige
innere Struktur durch einen Kunststoffschaum gebildet, der ebenfalls
in die Ummantelung montiert sein oder innerhalb der Ummantelung aufgeschäumt worden
sein.
-
Die
massive Ummantelung kann aus Aluminium bestehen. Dies hat den Vorteil,
dass das Bauteil bei hoher Steifigkeit ein geringes Gewicht aufweist. Der
Aufbau kann durch eine Sandwichbauweise erfolgen, in der der Aluminiumschaumkern
direkt in die Ummantelung eingesetzt wird. Ebenfalls ist es möglich, den
Aluminiumkern direkt in dem Hohlprofil aufzuschäumen, indem Aluminiumpulver
mit Treibmittel in dem Hohlkörper
erhitzt und aufgeschäumt
wird.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird die Ummantelung aus Aluminiumguss erstellt. Dazu wird der Schaumkern
zunächst vorgefertigt
und als verlorener Kern in die Gussform eingebracht. Anschließend wird
die Form mit schmelzflüssigem
Aluminium ausgegossen. Dabei werden die Randzonen des Schaumkerns
aufgeschmolzen, wodurch sich der Schaumkern sehr gut mit der Ummantelung
verbindet. Dies hat einen positiven Einfluss auf die Steifigkeit
des Bauteils.
-
In
einer anderen Ausführungsform
besteht die Ummantelung aus Stahl. Da Stahl einen deutlich höheren Schmelzpunkt
als Aluminium hat, ist das Aufschäumen des Metallschaumkern direkt
in dem Hohlkörper
besonders prozesssicher.
-
Eine
Verbindung zwischen dem Schaumkern und der Ummantelung kann weiterhin
durch verkleben erfolgen. Dies gewährleistet insbesondere bei der
Verwendung eines Schaumkerns aus Kunststoff eine sichere Verbindung
mit der Ummantelung.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
-
Es
stellen dar:
-
1 eine
erfindungsgemäße Aufspulmaschine,
-
2 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Aufspulmaschine,
-
3 einen
Schnitt durch eine Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Aufspulmaschine.
-
In 1 ist
eine erfindungsgemäße Aufspulmaschine
dargestellt. Das Gestell 1 basiert auf dem L-förmigen Gestellfundament 1.1.
An dem Gestellfundament 1.1 ist der auskragende Träger 2 befestigt.
An dem Träger 2 wiederum
ist mittels zweier Drehgelenke 3 der Halter 4 angebracht,
der die Changiereinrichtung 5, die aus den Changiereinheiten 5.1 gebildet
wird, sowie die Andrückwalze 7 trägt.
-
Von
einer hier nicht dargestellten Spinnanlage werden Fäden 6 kontinuierlich
zugeführt.
In diesem Beispiel sind zur Vereinfachung drei Fadenläufe dargestellt. Üblich sind
jedoch beispielsweise acht oder mehr Fadenläufe, die zu einem weit auskragenden
Träger 2 und
einem langen und schlanken Halter 4 führen. Bauteile mit einem sehr
großen
Verhältnis zwischen
Länge und
Querschnitt sind zumeist dynamisch sehr weich und weisen niedrige
Schwingungseigenfrequenzen auf.
-
Die
zulaufenden Fäden 6.
werden von jeweils einer Changiereinheit 5.1 quer zur Fadenlaufrichtung
changiert und über
die Andrückwalze 7 geführt. Die
Andrückwalze 7 legt
die Fäden 6 auf
die von ihren kontaktierten Spulen 9.1, die koaxial auf
einer gemeinsamen ersten Spulspindel 8.1 gespannt sind.
Dabei sind die Drehzahl der Andrückwalze 7 und
der Spulspindel 8.1 so aufeinander abgestimmt, dass in
die Umfangsgeschwindigkeiten identisch sind.
-
Mit
zunehmendem Durchmesser der Spule 9.1 wird die AndrÜckwalze 7 zusammen
mit dem Halter 4 und den Changiereinheiten 5 entgegen
ihres Gewichts nach oben gedrückt.
Dies ist aufgrund des drehbare gelagerten Halters 4 möglich. Die
Bewegung des Halters 4 wird von einem hier nicht dargestellten
Sensor erfasst, woraufhin ein Revolver 10 in der Weise
weitergedreht wird, dass die hierauf angebrachte erste Spulspindel 8.1 wieder
von der AndrÜckwalze 7 weg
gedreht wird, so dass der Zuwachs des Spulendurchmessers kompensiert
wird und sich der Halter 4 wieder in Richtung der ersten Spulspindel 8.1 bewegt.
Nach Erreichen des Enddurchmessers der Spulen 9.1 wird
der Rotor um 180° gedreht,
so dass die erste Spulspindel 8.1 gegen eine zweite Spulspindel 8.2 mit
der Hülsen 9.2 ausgetauscht
wird.
-
In 2 ist
die Seitenansicht der Aufspulmaschine aus 1 mit einem
geschnitten dargestellten Träger 2 gezeigt.
Der Träger 2 bildet
sich aus einer Ummantelung 2.1 und einem Schaumkern 2.2. Durch
die außen
liegende Ummantelung 2.1 wird ein hohes Flächenträgheitsmoment
erreicht. Der innen liegende Schaumkern bewirkt eine hohe Schwingungsdämpfung,
ohne den Träger
mit einer hohen zusätzlichen
Masse zu belasten. Dadurch wird einerseits eine hohe Steifigkeit
bei geringer Masse (steifer Leichtbau) erreicht, was zu einer höheren Eigenfrequenz
führt.
Andererseits wird die Dämpfung
um ein Vielfaches erhöht.
-
Bevorzugt
wird als Schaumkern ein Aluminiumschaum verwendet. Dieser kann entweder
in Sandwichbauweise eingesetzt sein oder die Ummantelung kann mit
dem Schaumkern aufgeschäumt worden
sein. Hierzu wird zunächst
ein Rohling, der aus gepresstem und mit Treibmittel versehenen Aluminiumpulver
besteht, in die Ummantelung eingebracht. Dann wird das Bauteil in
einem Ofen auf die Schmelztemperatur des Schaumkerns erhitzt, so dass
das Treibmittel den Aluminiumschaum ausbildet. Es liegt auf der
Hand, dass in dem Fall, in dem die Ummantelung auch aus Aluminium
besteht, die Schmelztemperaturen des Schaumkerns und der Ummantelung
so aufeinander abgestimmt sind, dass der Ofen mit einer für die Ummantelung
unschädlichen
Temperatur betrieben werden kann. Eine andere Ausführungsvariante
ist eine Aluminiumgussummantelung, die den Schaumkern als verlorenen
Kern enthält.
-
Bei
einer Stahlummantelung ist dies in jedem Fall gewährleistet.
Die hier gezeigte Ausführung
hat den Vorteil, dass bei einer kompakten und leichten Bauweise
auf externe Dämpfungsmittel
verzichtet werden kann.
-
Ebenfalls
möglich
und im Sinne der Erfindung ist ein Schaumkern aus Kunststoff der
in Sandwichbauweise mit der Ummantelung verklebt ist.
-
In 3 ist
eine weitere Ausführungsvariante
der Aufspulmaschine dargestellt, die mit der in 2 dargestellten
Variante kombinierbar ist. Hier ist der Halter 4 aus einer
Ummantelung 4.1 und einem Schaumkern 4.2 gebildet
und im Schnitt dargestellt. Bezüglich
der Konstruktion und der Herstellung gilt das zu 2 Gesagte.
Der besondere Vorteil hier ist, dass die erforderliche Dämpfung trotz
des schmalen Bauraums erreicht wird.
-
- 1
- Gestell
- 1.1
- Gestellfundament
- 2
- Träger
- 2.1
- Ummantelung
- 2.2
- Schaumkern
- 3
- Drehgelenk
- 4
- Halter
- 4.1
- Ummantelung
- 4.2
- Schaumkern
- 5
- Changiereinrichtung
- 5.1
- Changiereinheit
- 6
- Faden
- 7
- Andrückwalze
- 8.1
- Erste
Spulspindel
- 8.2
- Zweite
Spulspindel
- 9.1
- Spule
- 9.2
- Leerhülse
- 10
- Revolver