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"Spannfutter in Spulmaschinen zur Aufnahme
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eines Spulenträger"
Die Erfindung betrifft ein Spannfutter
in Spulmaschinen zur Aufnahme eines Spulenträqers, wobei das Spannfutter aus einem
Spanndorn besteht, auf dem sich Klemmelemente radial abstützen, und einem gegenüber
dem Spanndorn im Durchmesser größeren zylindrischen Mantel, einer Mantelhülse, der
bzw.
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die Durchtrittsöffnungen zum radialen Durchtritt von Klemmelementen
aufweist.
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Um Spulenträger auf Spanndorne bzw. Spannfutter zu arretieren, sind
mehrere Verfahren und Vorrichtunqen bekannt.
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Es ist z.B. ein solches Spannfutter bekannt, bei dem zwei auf der
Spannfutterwelle angeordnete Konen zum Spannen und Lösen des Spulenträgers zusammenwirken.
Mindestens einer der beiden Konen ist auf der Spannfutterwelle relativ zum Gegenkonus
verschiebbar. Durch das Verschieben der Konen werden mehrere auf dem Umfang verteilte
Spannbacken zum Spannen radial nach außen bzw. zum Lösen des Spulenträgers radial
nach innen bewegt.
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Der Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß zwischen der Spannfutterwelle
und dem verschiebbaren Konus eine Gleitspannung bestehen muß. Diese Passung ist
sehr aufwendiq auszulegen, da sonst nach relativ kurzer Betriebszeit ein Klemmen
und Rostbildung innerhalb der Gleitpasnunq auftreten.
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Dadurch ist die Funktionsfähigkeit des Spannfutters nicht gewährleistet.
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Demgegenüber sind Spannfutter bekannt, deren Klemmelemente nach dem
Freilaufprinzip arbeiten (DE-OS 21 06 493- und DE-OS 22 02 009 = US-PS 3 815 836).
Diese Spanndorne arbeiten zuwerlässig, da sie infolge der Selbsthemmung der Klemmelemente
auch beim Einbringen hoher Dreh- bzw. Bremsmomente die Spule sicher spannen.
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Hierbei wirkt sich jedoch nachteiliq aus, daß die Spulenträger beim
axialen Aufstecken und Abziehen gleichzeitig von Hand gedreht werden müssen. Wenn
auf einem Spanndorn mehrere axial hintereinander aufgespannte Spulenträger angeordnet
sind, müssen die hinteren Spulenträger beim Ausschieben und Aufschieben über alle
vorderen Spannbereiche geführt werden, wozu dauernd eine Drehbewegung zusätzlich
in den Spulenträger einzubrinqen ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spanndorn
zu schaffen, bei dem die Nachteile der vorbeschriebenen Spannfutter vermieden werden
und bei dem insbesondere die beim Abziehen des Spulenträgers notwendige Drehbewegung
nicht von Hand ausgeführt werden muß bzw. völlig wegfällt und dabei eine gute Spannwirkung
gewährleistet ist, wobei Klemmelemente verwendet werden, die durch eine Kraft spannbar
und eine Gegenkraft entspannbar sind.
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Die erfindunqsgemäße Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Klemmelemente längliche Gebilde darstellen, die derart in den Zwischenraum
zwischen Spanndorn und Mantelhülse eingelegt sind, daß sie im wesentlichen in einer
Pxialebene des Spannfutters liegen und schwenkbar sind, die Klemmelemente ein aus
den Durchtrittsöffnungen herausbewegbares Ende (Spannende) und ein anderes Ende
(Schubende) besitzen, welches sich gleitend auf dem Spanndorn abstUtzt, daß die
das Spannende und das Schubende verbindende Gleitkante des Klemmelementes direkt
oder mittels eines Vorsprungs auf einer Gleitfläche mit radial gerichteter Komponente
gleitet und auf das Klemmelement zwei Kräfte einerseits im Bereich des Schubendes
und andererseits im Bereich der Gleitkante derart einwirken, daß achsparallele Kraftkomponenten
einander entgegengerichtet sind und in Radialrichtung des Spannfutters
einen
Abstand voneinander haben, so daß weiterhin die Kräfte auf das Kldsmelement ein
in der Axialebene wirkendes Drehmoment derart ausüben, daß das Klemmelement sich
in radialer Richtung aufrichtet.
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In allgemeiner Form ist das erfindungsgemäße Spannfutter so ausgebildet,
daß das Klemmelement mit einem auf seiner Gleitkante angeordneten Vorsprung auf
der Gleitfläche gleitet, wobei die Gleitfläche aus der Spannposition heraus zum
Entspannen des Klemmelementes beweglich ist, wozu ein auf das Schubende des Klemmelementes
wirkendes, durch einen Kraftgeber in axialer Richtung gedrängte Schubelement, vorgesehen
ist, das wiederum durch Federkraft in seine Spannposition gedrängt wird.
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Eine weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
ist dadurch gegeben, daß die Gleitfläche gemäß Merkmal 1.4 durch einen einstellbaren
Kraftgeber gegen die auf das Schubelement wirkende Federkraft in ihre Entspannposition
gedrängt wird, wobei der Kraftgeber durch eine pneumatische Zylinder- Ringkolben-Einheit
gegeben ist.
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Bevorzugt wird dann die Gleitfläche durch die Vorderseite eines pneumatischen
Ringkolbens dargestellt, der den Ringraum zwischen Spanndorn und Mantelhülse ausfüllt.
Diese Ausführungsform des Spannfutters ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleitfläche und das Schubelement an einem Ringkolben angeordnet sind, der aus
einem Stück besteht und radiale Durchbrechungen aufweist, wobei eine Begrenzungswand
der Durchbrechung die Schubfläche und die gegenüberliegende Begrenzungswand die
Gleitfläche bildet. Auch dabei wird der Ringkolben auf der Seite der Schubfläche
durch Federkraft in seine
Spannposition und auf der Seite der Gleitfläche
durch pneumatische Beaufschlagung des Ringraums zwischen Spanndorn und Mantelhülse
in seine Entspannposition gedrängt. Das Klemmelement ist nierenförmig qestaltet
und auf seiner konvexen Seite mit dem Vorsprung nach Anspruch 2 versehen.
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In Fortführung des erfindunctsgemäßen Spannfutters nach Anspruch 1
wird mit Vorteil die Gleitfläche durch eine Seite der Durchtittsöffnung der Mantelhülse
gebildet, auf der das Klemmelement mit seiner Gleitkante aufliegt und ist ein eine
Schubkraft ausübendes Schubelement zur Schwenkung des Klemmelementes im Spannsinne
axial bewegbar, so daß das Klemmelement aus der Durchtrittsöffnung heraustritt,Die
Gleitkante des Klemmelementes wird dabei mit Vorteil bogenförmig konvex ausgebildet.
Das in der beschriebenen Weise ausgebildete Spannfutter nach dieser Ausführungsform
ist mit einem Klemmelement versehen, dessen Schubende-in der Schwenkebene des Klemm-Klemmelementes
gesehen - derart zapfenförmig verdickt ist, daß das Klemmelement zwischen den Außenumfang
des Spanndorns und dem Innenumfang der Mantelhülse sowie dem Schubelement eine Schwenkbewegung
im wesentlichen ohne radiales Spiel ausführen kann, wobei das Schubelement wiederum
durch Federkraft in seine Spannposition gedrängt wird.
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Bevorzugter Weise besitzt dieses Klemmelement auf der Seite seiner
Gleitkante eine Nase, der in axialer Richtung eine bewegbare Entspannfläche zugeordnet
ist, die zwischen Spanndorn und Mantelhülse in einer Normalebene zur Spannfutterachse
aufgespannt ist, und die im Entspannsinn in axialer Richtung gegen die Schubkraft
durch Kraftgeber beweglich ist.
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Vorzugsweise ist dieser Kraftgeber als pneumatische Zylinder-Ringkolben-Einheit
ausgebildet. Die Entspannfläche bildet dabei gleichzeitig die Vorderseite des Ringkolbens
der
Zylinder-Ringkolben-Einheit, welcher den Zwischenraum zwischen
Spanndorn und Mantelhülse ausfüllt.
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Wesentliche Vorteile ergeben sich für das erfindunqsgemäße Spannfutter
insbesondere dann, wenn Ringkolben und Schubelemente aus einem Stück bestehen und
die Stirnbeqrenzunren eines Käfigs für je ein Klemmelement bilden. Der Käfig wird
dann mit Vorteil einerseits durch Federkraft in seine Spannposition und andererseits
pneumatisch in seine Entspannposition gedrängt.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Spanndorns sind insbesondere darin
zu sehen, daß die Nachteile der vorbekannten Ausführunqsform vermieden sind, die
beim Abziehen des Spulenträgers notwendige Drehbeweugng nicht von Hand ausgeführt
werden muß bzw. völlig wegfällt. Insgesamt ein Spanndorn gegeben, der eine gute
Spannwirkung qewährleistet, wobei sicher wirkende Klemmelemente verwendet sind,
die durch eine Kraft spannbar und eine Gegenkraft entspannbar sind.
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Im folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch die Spanndornwelle
mit Umfangsantrieb; Fig. 2 einen schematischen Axialschnitt durch eine Spanndornwelle
eines weiteren Ausführungsbeispieles; Fig. 3 einen schematischen Axialschnitt durch
eine alternativ aufgebaute Spanndornwelle mit Umfangsantrieb.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Axialschnitt durch einen Spanndorn
mit einer der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wobei nur das mittlere Teil des
Spanndorns dargestellt ist.
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An einem lediqlich in Fig. 3 dargestellten Maschinengestell 1 mit
einem auskragenden Tragarm 2 ist der in Fis. 1 dargestellte Spanndorn 103 drehbar
befestigt. An mehreren axial voneinander getrennten Stellen der Mantelhülse 104
des Spanndornes 103 sind Klemmstellen 105 angeordnet. Diese Klemmstellen 105 tragen
Spulenhülsen 106 auf die Fadenmaterial 107 aufgespult wird.
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Die Klemmstellen 105 bestehen im wesentlichen aus je einem Klemmelement
108, einem länglichen Gebilde, das sich einerseits nämlich mit seinem Schubende
1081 auf dem Spanndorn 103 radial abstützt, und dessen anderes Ende,'das Spannende
1082, durch eine Durchtrittsöffnung 109 in der Mantelhülse 104 radial durchtritt
bzw.herausbewegbar ist. Die Mantelhülse 104 weist einen gegenüber dem Spanndorn
103 größeren Durchmesser auf, so daß in diesen Zwischenraum zwischen Spanndorn 103
und Mantelhülse 104 die Klemmelemente 108 eingelegt werden können, dort im wesentlichen
in einer Axialebene des Spannfutters liegen und schwenkbar sind.
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Wird mittels eines im Zwischenraum zwischen Spanndorn 103 und Mantelhülse
104 angeordneten und in dem Zwischenraum gleitenden Schubelementes 110 eine Schubkraft,
dargestellt durch den Pfeil 111, auf das Schubende 1081 des Klemmelementes 108 ausgeübt,
so wird das Spannende 1082 des Klemmelementes 108 aus'der Durchtrittsöffnung 109
herausbewegt, wobei die das Spannende 1082 und das Schubende 1081 verbindende Gleitkante
des Klemmelementes 108 auf einer an der Mantelhülse 104 angeordneten Gleitfläche
mit radial gerichteter Komponente gleitet Es wirken damit auf das Klemmelement 108
zwei Kräfte ein, und zwar einerseits im Bereich des Schubendes 1081 und andererseits
eine durch den Pfeil 112 gekennzeichnete Kraft im Bereich der Gleitkante. Die Kraftkomponenten
der gekennzeichneten
Kräfte verlaufen achsparallel, sind einander
entgegengesetzt gerichtet und haben in der Radialrichtung des Spannfutters einen
Abstand voneinander; die Kräfte üben weiterhin auf das Klemmelement 108 ein in der
Axialebene wirkendes, in der Zeichnung durch einen Pfeil 113 darin stelltes Drehmoment
derart aus, daß sich das Klemmelement 108 in radialer Richtung aufrichtet und dabei
die Spulenhülse 106 festklemmt. Eim zum Lösen des festgeklemmten Klemmelementes
108 vorgesehenes Element ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 114, der die Entspannkraft
andeutet, dargestellt.
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Bei den in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Spannfutters ist in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 in den durch den Spanndorn 203 und die Mantelhülse 204 gebildeten Zwischenraum
zur Bildung einer Klemmstelle 205 ein Klemmelement 208 eingelegt. Ebenso wie in
der ersterläuterten Ausftthrunasform wird die Gleitfläche nach Fig. 2 für die bogenförmig
konvex ausgebildete Gleitkante 2083 des Klemmelementes 208 durch eine Seite 2091
der Durchtrittsöffnung 209 der Mantelhülse 204 gebildet. Durch das eine Schubkraft
ausübende Schubelement 210 wird das Klemmelement 208 im Spannsinne axial bewegt,
so daß es aus der Durchtrittsöffnung 209 heraustritt. Diese Axialbewegung des Schubelementes
210 in die Spannposition wird durch die Federkraft der Feder 215 bewirkt. Durch
eine zapfenförmige Verdicklung des Klemmelementes 208, die das Schubende 2081 des
Klemmelementes 208 bildet, wird die Schwenkbewegung des Klemmelementes 208 in dem
Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Spanndornes 203 und dem Innenumfang der
Mantelhülse- 204 im wesentlichen ohne radiales Spiel ausgeführt.
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Auf der Seite seiner Gleitkante 2083 besitzt das Klemmelement 208
eine Nase 2084, der eine in axialer Richtung bewegbare Entspannfläche 2171 zugeordnet
ist. Diese Entspannfläche 2171 ist zwischen Spanndorn 203 und Mantelhülse 204 in
einer Normalebene zur Achse des Spannfutters aufgespannt und ist im Entspanns inne
in axialer Richtung gegen die Schubkraft des Schubelementes 210 durch Kraftgeber
beweglich. Als Kraftgeber werden pneumatische Zylinder-Ringkolben-Einheiten 216
verwendet.
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Die Vorderseite des Ringkolbens 217, der den Zwischenraum zwischen
Spanndorn 203 und Mantelhülse 204 ausfüllt, bildet hierbei die Entspannfläche 2171.
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Für je ein Klemmelement 208 wird ein Käfig 218 dadurch gebildet, daß
Ringkolben 217 und Schubelement 210 aus einem Stück bestehen, so daß ihre dem Klemmelement
208 zuqewandten Stirnflächen die Begrenzung des Käfigs 218 bilden.
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Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel eines Spanndornes gemäß Fig.
3, bei dem ebenfalls durch Federkraft spannbare und durch Pneumatik entspannbare
Klemmelemente 308 verwendet werden, ist an dem Maschinengestell 1 auskragend der
Tragarm 2 befestigt. Auf ihm ist unter Zwischenschaltung von Lagerkörpern 3 der
Spanndorn 303 drehbar befestigt. Zwischen dem Tragarm 2 und dem Spanndorn 303 ist
ein Ringspalt 4 vorhanden, der über mehrere, radial anqeordnete Verbindungskanäle
4.1 mit einem Verteilerkanal 4.2 verbunden ist. Die Verbindungskanäle sind in einer
Weiterbildung der Erfindung vor und hinter den Lagerkörpern 3 angeordnet. Dadurch
wird vermieden, daß der Schmierstoff des Lagers durch einseitiges Durchströmen der
Lagerkörper herausgewaschen wird.
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An mehreren axial voneinander getrennten Stellen des Mantels des Spanndornes
303 sind wiederum die Klenrmstellen 305 mit
Klemmelementen 308
angeordnet. Diese Klemmstellen 305 tragen den bzw. die Spulenträger, so daß deren
Anzahl und Anordnung von der Zahl und der Länge zur Anwendung gelangenden Spulenträger
bestimmt wird.
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Die Klemmelemente 308 sind im wesentlichen nierenförmig ausgebildet
und weisen eine sichelförmige Gleitkante 3083 auf.
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Die Klemmelemente liegen mit dieser Gleitkante 3083 auf dem Spanndorn
303 und ragen mit ihrem freien Ende durch öffnungen 309 in der Mantelhülse 304.
Die Klemmelemente 308 werden in dieser Klemmstellung gehalten, indem ihr anderes
Ende über einen frei bewegbaren Ring, der als Schubelement 310 ausgebildet ist,
federbelastet ist. Der Ring 310 ist allen Klemmelementen 308 einer Klemmstelle 305
qemeinsam. Durch den Ring 310 und den Ringkolben 317 wird ein Käfig 318 gebildet,
innerhalb dessen die Klemmelemente 308 angeordnet sind.
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Der kreiszylindrische Ringkolben 317 greift einseitig an dem Käfig
318 an, so daß jede Klemmstelle 305 in Klemmstellung gehalten wird. Beaufschlagt
wird der Ringkolben 317 vom Ringspalt 4 über einen Verbindungskanal 5 und über den
Zylinderraum 6.
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Der Zylinderraum 6, der zum Antrieb des Ringkolbens 317 benutzt wird,
und mit diesem die Zylinder-Xolben-Einheit 316 bildet, wird in radialer Richtung
durch die Mantelhülse 304 geschlossen, die aus einzelnen Abschnitten besteht, deren
Gesamtlänge der des Spanndornes 303 entspricht. In axialer Richtung wird der Zylinderraum
6 zweckmäßigerweise von einem weiteren Ringkolben 317' begrenzt.
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Am maschinenseitigen und am abgewandten Ende des Spanndornes ist der
Ringraum bzw. Ringspalt 4 durch weitere Ringkolben 7 verschließbar, die in dem Maschinengestell
1 oder in dem
Tragarm 2 beweglich angeordnet sind und an ihrem
vorderen Ende je einen O-Ring 8 tragen, mit dem die ausgefahrenen Ringkolben 7 gegen
den Spanndorn 303 stoben. Sie werden von den ringförmigen Zylinderräumen 9 über
Bohrungen 4.3 von dem Zentralkanal 4.4 mit Druckmittel versorgt. Die Kolben 7 werden
von je einer Tellerfeder 10 in ihrer eingefahrenen Ausqangsstellung gehalten. Die
Ubergangsstellung zwischen Zentralkanal 4.4 und Verteilerkanal 4.2 wird durch eine
Drossel 11 gebildet.
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An der Gleitkante 3083 ist ein Vorsprung 3080, der auf der Gleitfläche
3091 gleitet, angebracht. ueber diesen Vorsprung 3080 hat das Klemmelement 308 mit
dem Ringkolben 317 Kontakt. Der Ringkolben 317 läuft zwischen der Mantelhülse 304
und dem Spanndorn 303. Auch er ist allen Klemmelementen einer Klemmstelle 305 gemeinsam.
Die den Vorsprung 3080 abgwandte Stirnfläche des Ringkolbens 317 wird von einem
im Spanndorn 303 oder in der Mantelhülse 304 angeordneten Sprengring gegen eine
Axialbewegung in dieser Richtung gehalten.
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Zum Entspannen der Klemmelemente 308 wird Druckluft durch den Zentralkanal
4.4, den Verbindungskanal 4.1, den Ringspalt 4 und den Verbindungskanal 5 in den
Zylinderraum 6 geleitet.
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Dadurch wird der Ringkolben 317 axial bewegt. Über den Vorsprung 3080
werden dadurch die Klemmelemente 308 gegen die Kraft der Feder 315 bewegt und zwar
derart, daß sie auf ihrer Gleitkante 3083 auf dem Umfang des Spanndornes 303 gleiten.
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Dadurch machen sie eine mehr oder minder kontrollierte Drehbewiegung,
so daß das freie Ende der Klemmelemente 308 radial nach innen durch die öffnungen
309 bewegt wird, Um zu verhindern, daß die Klemmelemente 308 vollständig durch die
oeffnungen 309 verschwinden, ist der Vorsprung 3080 derart anqeorsnet, daß sich
dieser rechtzeitig auf dem Umfang des Spanndornes 303
abstützt.
Durch die Drehbewegung der Klemmelemente 308 gelangt der aufgeschobene Spulenträger
außer Kontakt mit ihnen und kann abgezogen werden.
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Wird die Druckluft abgeschaltet, so drückt die Feder 315 über den
Ring 310 der Klemmelemente 308 einer Klemmstelle 305 wieder radial nach außen. Ist
kein Spulenträger aufgeschoben, so verhindert ebenfalls der Vorsprung 3080, daß
die Klemmelemente 308 durch die öffnungen 309 aus dem Spannfutter herausfallen.
Um eine gleichmäßige Ausschiebbewegung der Klemmelemente 308 zu erhalten, ist es
sinnvoll, mehrere Fadern 315 auf dem Umfang verteilt an jedem Ring 310 angreifen
zu lassen.
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Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, den Ring 310 und den
Ringkolben 317 als ein Bauelement auszuführen, in dem öffnungen eingelassen sind
zur Aufnahme der Klemmelemente 308.
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Hierbei wird durch den Zusammenschluß von Ring 310 und Ringkolben
317 ein Käfig 318 zur Aufnahme der Klemmelemente gebildet, der gleichzeitig als
Vorschubelement für die Antriebseinrichtung fungiert. Dadurch werden die zur Betätigung
der Klemmelemente notwendigen Bauteile auf ein Minimum verringert.
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Für die in den Ansprüchen 1 und 4 beschriebenen Spannfutter können
die in den Fig. 1 bis 3, für die im Anspruch 12 können die in den Fig. 1 und 2,
für die in den Ansprüchen 13 bis 20 die in Fig. 2 und für die in dan Ansprüchen
2 und 3 sowie 5 bis 12 beschriebenen Spannfutter können die in Fig. 3 schematisch
dargestellten Ausführungen als bevorzugte Beispiele angesehen werden.