DE4416184A1

DE4416184A1 - Kontaktwalze

Info

Publication number: DE4416184A1
Application number: DE4416184A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jochen Schulz
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1994-11-17
Also published as: JPH0748069A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktwalze in einem Hoch geschwindigkeitsspulkopf zum Aufwickeln von endlosen Filamenten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Kontaktwalze ist bekannt.

Hochgeschwindigkeitsspulköpfe sind bekannt mit Umfangsantrieb oder Achsantrieb. Beim Umfangsantrieb liegt eine mit konstanter Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit angetriebene Kontaktwalze reibschlüssig an der Oberfläche einer auf einem Spannfutter aufgespannten Spulen hülse bzw. einer oder mehrerer sich bildenden Spule(n) an. Beim Achsantrieb dagegen wird eine Spulspindel mit der/den aufgespannten Spulenhülse(n) direkt und mit sich ändernder Drehzahl angetrieben, während an der Oberfläche einer Spulenhülse bzw. mindestens einer sich bildenden Spule eine Tast- oder Meßwalze anliegt, deren Ge schwindigkeit zur Drehzahlsteuerung des Spindelantriebs verwendet wird.

Die bekannten Kontaktwalzen für Hochgeschwindigkeitsspulköpfe sind wegen der hohen Drehzahlen und der damit verbundenen hohen mechanischen Belastungen als dickwandige oder massive Metallzylinder ausgebildet und weisen eine hohe Massenträgheit auf. Nachteilig ist hierbei, daß die Einrichtungen zum Beschleunigen und Abbremsen der Kontaktwalze groß dimensioniert werden müssen und deshalb sehr aufwendig sind. Auch ist es im Betrieb nachteilig, daß die Beschleuni gungszeit, die nötig wird, um die Kontaktwalze auf eine gewünschte Umfangsgeschwindigkeit zu bringen, und die Bremszeit, um die Kon taktwalze im Störfall von der Betriebsgeschwindkeit bis zum Stillstand abzubremsen, sehr lang sind.

Bei dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfin dung, eine Kontaktwalze der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, die für sehr hohe Aufspulgeschwin digkeiten bis etwa 10.000 m/min. geeignet ist und die dazu nur kurze Beschleunigungs- und Bremszeiten benötigt.

Die angegebene Aufgabe wird durch eine Kontaktwalze mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die vorgesehene Verbundbauweise werden einerseits die Vorteile einer geringen Masse bei hoher mechanischer Belastbarkeit und Steifigkeit sowie günstigem Schwingungs- und Stoßverhalten eines faserverstärkten Kunststoffrohres erhalten und angewandt. Andererseits ergibt sich die Möglichkeit, mit geringem baulichen Aufwand die wirksame Arbeitsfläche der Kontaktwalze und deren Eigenschaften durch eine geeignete Materialauswahl hinsichtlich Verschleiß- und Reibverhalten, Oberflächengüte und -struktur etc. wesentlich zu beein flussen und bei Bedarf ohne kompliziertes Nachwuchten der gesamten Kontaktwalze im Betrieb auszutauschen. Dies ist möglich geworden, da die vorgesehene, dünnwandige Hülse bei einer Wandstärke von höch stens 0,5 und vorzugsweise 0,125 bis 0,25 mm in sich weitgehend homogen ist und bei nahtloser Herstellung die Gefahr einer ungleichen Masseverteilung mit entsprechender Unwuchtbildung im wesentlichen ohne Bedeutung ist.

Die Faserverstärkung des Kunststoffrohres kann durch hochfeste Aramid- oder Kohlenstoffasern erfolgen. Diese können in eine ge eignete Kunststoffmatrix, beispielsweise aus Epoxidharz, thermoplasti schem Polyester, Polyimid oder dergleichen eingebettet sein. Sie werden als Stapelfasern mit einer Stapellänge zwischen 5 und 50 mm oder bevorzugt als Endlosfilamente eingebracht. Hierzu sind die bekannten Herstellungsverfahren wie Strangpressen oder die bekannte Filam entwickeltechnik geeignet. Ebenso sind Fertigungsverfahren möglich, bei denen die Verstärkungsfasern in Form von Geweben oder vorgeformten Flächengebilden (Prepreg) eingebracht werden.

Da der Grundkörper der Kontaktwalze, der durch das faserverstärkte Rohr gebildet ist, in sich nicht völlig homogen ist, wird in Weiterbil dung der Erfindung vorgeschlagen, die endseitigen Flansche der Kontaktwalze aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminium-Magnesium-Legierung herzustellen, da hierdurch eine verbesserte Möglichkeit besteht, die Kontaktwalze im zusammengebau ten Zustand auszuwuchten.

Die Endflausche bilden sodann die Verbindung zwischen dem Rohr und den Lagerzapfen.

Eine konstruktiv bevorzugte Ausbildung der endseitigen Flansche der Kontaktwalze ist in Anspruch 7 angegeben. Diese Lösung hat den besonderen Vorteil, daß die Flansche einen axialen Anschlag bilden, bis zu dem sie in den Walzenmantel hineingesteckt und mit der Innenfläche des Walzenmantels verbunden, beispielsweise geklemmt oder verklebt werden. Der zweite Umfangsbereich, der mit dem axialen Anschlag - in axialer Richtung gesehen - beginnt, erstreckt sich jeweils bis ans Ende der Kontaktwalze und bildet dort eine Stützfläche für die als Hülse ausgebildete Arbeitsfläche der Kontaktwalze.

Bevorzugt ist der endseitige Flansch topfförmig ausgebildet und auf seinem Umfang münden mehrere radiale Bohrungen, die mit dem Topfinnenraum verbunden sind. Durch einen geeigneten Adapter, der in den topfförmigen Flansch eingepaßt und am Umfang durch einen Rundschnurring (O-Ring) abgedichtet ist, wird Druckluft zugeführt, die radial durch die Umfangsbohrungen des Flansches abströmen kann. Die aufgeschobene, dünnwandige Hülse wird dadurch in Umfangsrichtung elastisch etwas aufgeweitet und kann mit wenig Aufwand über die gesamte Länge des Kunststoffrohres in ihre endgültige Position ver schoben werden. Sie ist im wesentlichen eine dünne, nahtlos her gestellte Nickelhülse mit einer Wanddicke von mind. 150 µm, deren äußere Kontaktfläche in verschiedener Weise modifiziert sein kann, beispielsweise durch Aufbringung eines verschleißarmen Werkstoffes, wie Titannitrid, Silizium- oder Wolframkarbid oder durch Aufbringung einer Chromschicht, die je nach Bedarf matt oder poliert ist. Derartige Strukturen können mit an sich bekannten Arbeitsverfahren wie Plasma beschichtung, Elektronenimplantation, CVD (chemical vapour deposi tion), PVD (physical vapour deposition), galvanischen Beschichtungsver fahren und dergleichen aufgebracht werden. Dabei liegt die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zum Aufbringen der Be schichtung oder zur Veränderung der Eigenschaften der äußeren Kontaktfläche der Walze im Rahmen des Fachwissens des Fachmannes dieses Sachgebietes.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese anhand eines in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Kontaktwalze eines Hochgeschwindigkeits spulkopfes gemäß der Erfindung im Längsschnitt, wobei diese in ihrem mittleren Arbeitsbereich unterbrochen gezeichnet ist. Die Walze kann üblicherweise eine Länge bis zu 1,2 m oder ggf. länger haben.

Die Kontaktwalze 1 besteht aus den beiden endseitigen Flanschen 2 und 3 mit den angeformten, in Achsrichtung abstehenden Lagerzapfen 4, 5 zur drehbaren Lagerung der Kontaktwalze 1 im Gehäuse des nicht näher dargestellten Hochgeschwindigkeitsspulkopfes und dem zwischen den Flanschen 2, 3 einge spannten Walzenmantel 6. Ein solcher Hochgeschwindigkeitsspulkopf ist beispielsweise in der EP-374536 A2 beschrieben.

Der Walzenmantel ist gemäß der Erfindung ein Verbundkörper und besteht aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunstharzrohr 7 (Polyester- oder Epoxy-Harz) und einer auf geschrumpften, dünnen Nickelhülse 8 mit einer verschleißarmen Kon taktfläche, die durch Plasmabeschichtung aufgetragen ist. Die beiden aus Aluminum-Magnesium-Silizium-Legierung bestehenden Endflansche 2, 3 haben jeweils einen ersten axialen Umfangsbereich 21, 31, der in den Walzenmantel 6 axial bis zu einem Anschlag 22, 32 hineingepreßt und mit der Innenfläche des Rohres 7 verbunden, beispielsweise verklebt ist. Hierzu ist der Durchmesser der Umfangsbereiche 21, 31 der Flansche 2, 3 mit geringem Übermaß bis auf den Rohrinnendurch messer abgedreht. Ein zweiter Umfangsbereich 23, 33 erstreckt sich von dem Anschlag 22 bzw. 32 axial nach außen und umgibt ringförmig die Lagerzapfen 4, 5. Dieser Umfangsbereich hat einen kreiszylindrischen Außendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des Kunststoff rohres 7 ist, so daß im Bereich der Anschläge 22, 32 ein stufenloser Übergang von dem Außendurchmesser des Rohres 7 auf den Außen durchmesser des Flansches 2, 3 im zweiten Umfangsbereich 23, 33 erfolgt. Dadurch liegt die Hülse 8 über ihre gesamte Länge an dem Rohr 7 und der Umfangsfläche der an beiden Enden des Rohres angrenzenden Flansche 2, 3 an und wird durch diese Flächen abgestützt.

Zum Aufziehen der dünnwandigen Hülse 8 auf die Kontaktwalze 1 weist der zweite Umfangsbereich 23 des Flansches 2 umfangsverteilte Radialbohrungen 24 auf, die in den Ringraum 25 des Flansches 2 münden, der zwischen Lagerzapfen 4 und dem Umfangsbereich 23 der Flansches 2 gebildet ist. Mit einem nicht dargestellten Adapter, der durch Rundschnurdichtungen am Umfang gegen den Innenrand 26 des Umfangsbereiches 23 des Flansches abgedichtet ist, wird Druckluft zugeführt, die durch die Bohrungen 24 aus dem Ringraum 25 ab strömt. Die über eine kurze axiale Fase des Flansches 2 auf dessen Umfangsbereich 23 aufgeschobene Hülse wird elastisch radial aufgewei tet, sobald die Bohrungen 24 abgedeckt sind. Auf dem zwischen Flansch 2, 3 und Rohroberfläche 7 ausgebildeten Luftpolster läßt die Hülse sich dann in die gewünschte Endlage verschieben. Bei Abnahme des Adapters vom Flansch 2 wird die elastische Radialdehnung der Hülse 8 rückgängig gemacht und die Hülse 8 haftet mit einer sich durch die festgelegten Toleranzen ergebenden Vorspannung auf ihren Stützflächen.

Wegen der hohen Drehzahlen der Kontaktwalze während ihres Betriebs einsatzes wird die Kontaktwalze 1 ausgewuchtet. Dazu können am Boden der Ringräume 25 beider Flansche 2, 3 Materialausnehmungen (Bohrungen) vorgesehen werden oder es können an den Innenrändern 26 der Flansche 2, 3 Zusatzgewichte angebracht werden, deren Lage sich aus einer Anzeige auf der Wuchtmaschine ergibt.

Bezugszeichenliste

1 Kontaktwalze
2 Flansch
3 Flansch
4 Lagerzapfen
5 Lagerzapfen
6 Walzenmantel
7 Kunststoffrohr, Rohr
8 Hülse
21 erster Umfangsbereich (Flansch 2)
22 Anschlag
23 zweiter Umfangsbereich (Flansch 2)
24 Radialbohrung
25 Ringraum
26 Innenrand
31 erster Umfangsbereich (Flansch 3)
32 Anschlag
33 zweiter Umfangsbereich (Flansch 3).

Claims

1. Kontaktwalze (1) in einem Hochgeschwindigkeitsspulkopf zum Aufwickeln von endlosen Filamenten, bei dem die Walze in Oberflächenkontakt mit einer Spulenhülse oder einer sich bilden den Spule steht und an ihren beiden Enden drehbar in einem Changiergehäuse gelagert ist und wobei die Walze aus zwei Endflanschen (2, 3) mit Lagerzapfen (4, 5) und einem dünnen, zwischen den Endflanschen (2, 3) einge spannten, im Querschnitt kreiszylindrischen Walzenmantel (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel (6) ein Verbundkörper aus einem faser verstärkten Kunststoffrohr (7) einerseits und einer dünnwandigen Hülse (8) andererseits ist, wobei die die Arbeitsfläche der Walze (1) bildende Hülse (8) über das Kunststoffrohr (7) geschoben ist.

2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in dem Rohr hochfeste Aramidfasern sind.

3. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in dem Rohr Kohlenstoffasern sind.

4. Walze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Stapelfasern mit einer Stapellänge zwischen 5 und 50 mm sind, die in den Kunststoff eingemischt und gemein sam mit dem Kunststoff ausgepreßt und geformt sind.

5. Walze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Endlosfilamenten oder aus Endlosfilamenten hergestellten Flächengebilden eingebracht sind.

6. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitigen Flansche (2, 3) aus Metall, vorzugsweise Leicht metall und insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.

7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (2, 3) zwei Umfangsbereiche (21, 23; 31, 33) aufweisen, mit einem ersten Umfangsbereich (21; 31) der in dem Rohr (7) steckt und einem anschließenden, zweiten Umfangsbereich (23; 33) der kreiszylindrisch ausgebildet ist und dessen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Rohres (7) ist und der einen axialen Anschlag (22, 32) für das Rohr (7) bildet, und daß die Hülse (8) sich axial über den Bereich des Rohres (7) und des zweiten Umfangsbereichs (23; 33) der Flansche (2, 3) erstreckt.

8. Walze nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) ein nahtlos hergestelltes, metallisches Rohr mit einer Wanddicke zwischen 150 und 500, insbesondere zwischen 150 und 250 µm ist.

9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Hülse (8) eine Arbeits- oder Kontaktfläche aus einem verschleißarmen Werkstoff aufgebracht ist.

10. Walze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits- oder Kontaktfläche durch Plasmabeschichtung, Elek tronenimplantation, galvanische Beschichtungsverfahren oder der gleichen auf eine metallische Hülse (8) aufgebracht ist.

11. Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Umfangsbereich (23) des Flansches (2) den Lagerzapfen (4) auf einer Teillänge umgibt und daß im Ringraum (25) begin nende Radialbohrungen in der Umfangsfläche des zweiten Um fangsbereiches (23) des Flansches (2) enden.