DE69208964T2

DE69208964T2 - Führungsbogen

Info

Publication number: DE69208964T2
Application number: DE69208964T
Authority: DE
Inventors: Marc Derdeyn
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2012-07-08
Also published as: EP0525856B1; JPH05192730A; EP0525856A1; US5509260A; BR9202802A; DE69208964D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Führungsbogen oder einen Flügel bzw. Flyer für ein längliches Element in einer Zwirn- oder Wickelvorrichtung sowie eine Zwirn- oder Wickelvorrichtung mit einem derartigen Führungsbogen oder Flügel.
Im folgenden wird nur der Begriff "Führungsbogen" verwendet. Dieser Begriff bezieht sich auch auf den sogenannten Flyer. Ein Führungsbogen wird verwendet, um ein längliches Element in einer Zwirnvorrichtung oder einer Wickelvorrichtung zu führen.
Der Begriff "Zwirnvorrichtung" bezieht sich sowohl auf eine zum Verzwirnen bzw. Verdrillen verwendete Vorrichtung, als auch auf eine zum Aufzwirnen bzw. Aufdrehen verwendete Vorrichtung. Ein Doppeldrahtzwirnmaschine oder eine Bündelmaschine sind im Begriff "Zwirnvorrichtung" enthalten. Der Begriff "Wickelvorrichtung" bezieht sich sowohl auf eine zum Aufwickeln verwendete Vorrichtung, als auch auf eine zum Abwickeln verwendete Vorrichtung.
Der Begriff "längliches Element" bezieht sich auf Drähte, Filamente, Garne, Corde, Kabel oder Litzen. Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung bezieht sich der Begriff "längliches Element" insbesondere auf metallische längliche Elemente, wie beispielsweise Eisendrähte, Stahlcorde oder Kupferkabel.
Der Wunsch nach einem hohen Ausstoß bei der Produktion führt dazu, daß der Führungsbogen bei den genannten Vorrichtungen oftmals mit hohen Drehgeschwindigkeiten rotiert. Als Folge werden auf die Führungsbögen starke Zentrifugalkräfte ausgeübt, die die Konstruktion der Führungsbögen als solche und deren Befestigung am Rest der Vorrichtung kritisch machen. Eine weitere nachteilige Folge der Zentrifugalkräfte ist, daß axiale Kräfte auf die Lager der Vorrichtung ausgeübt werden können. Dies verringert die Lebensdauer der Lager und erhöht die Wartungs- und Ersatzkosten beträchtlich.
Noch ein weiterer Nachteil des Vorhandenseins der Führungsbögen ist, daß während der Rotation der Führungsbögen eine Menge Geräusche erzeugt werden.
Die Verringerung des Gewichts der Führungsbögen dadurch, daß sie aus einem Material gefertigt werden, das wesentlich leichter als Stahl ist, beispielsweise aus Kohlenstoffaser oder einem Verbundwerkstoff, hat zu Führungsbögen geführt, denen die notwendige Festigkeit und Steifigkeit fehlt.
Die US-A-3 793 819 offenbart einen Führungsbogen für ein längliches Element in einer Zwirnvorrichtung. Der Führungsbogen ist aus zwei Streifen aufgebaut, einem Außenstreifen und einem Innenstreifen. Beide Streifen sind aus einem faserverstärkten synthetischen Material hergestellt, das dem Führungsbogen sowohl eine verjüngte Form gibt, als auch äußeren Kräften widersteht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Gewicht der Führungsbögen zu verringern.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die auf die Führungsbögen ausgeübten Zentrifugalkräfte zu verringern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die durch das Vorhandensein des Führungsbogens verursachten Energieverluste während der Rotation zu senken.
Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Pegel der während der Rotation des Führungsbogens erzeugten Geräusche zu senken.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Führungsbogen für ein längliches Element in einer Zwirn- oder Wickelvorrichtung vorgesehen. Der Führungsbogen ist zumindest teilweise aus einem lasttragenden Material gefertigt. Der Führungsbogen umfaßt einen Kern und einen Mantel. Der Kern ist aus dem lasttragenden Material gefertigt, um den äußeren Kräften zu widerstehen und um dem Führungsbogen die erforderliche Festigkeit zu verleihen. Als Beispiel kann der Kern aus Kohlenstoffaser gefertigt sein. Der Mantel ist aus einem synthetischen Material gefertigt, um dem Querschnitt des Führungsbogens eine Form, z.B. eine stromlinienförmige Gestalt, zu geben oder um das teurere Kernmaterial vor Beschädigungen zu schützen, die durch mögliche Brüche des länglichen Elements verursacht werden. In dieser Weise wurden die Funktionen des Flügels, d.h. die lasttragende Funktion und die gestaltgebende Funktion, aufgeteilt.
Der Begriff "stromlinienförmig" bezieht sich auf einen minimalen dimensionslosen Driftbeiwert, der kleiner als 0,40, vorzugsweise kleiner als 0,30 ist. Der dimensionslose Driftbeiwert wird nachfolgend definiert. Der minimale dimensionslose Driftbeiwert ist der Driftbeiwert des Führungsbogens, wenn dieser Führungsbogen relativ zur Bewegungsrichtung so angeordnet ist, daß er einen minimalen Strömungswiderstand hat.
Der Führungsbogen kann - zumindest teilweise - aus einem Material mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 4 kg/dm³ gefertigt sein. Beispiele eines solchen Materials sind Aluminium, Kohlenstoffaser oder faserverstärkte Verbundmatenahen.
Vorzugsweise sind an der Unterseite des Führungsbogens Öffnungen im Mantel vorgesehen. Dies erleichtert die Verdrahtung der Vorrichtung.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wickel- oder Zwirnvorrichtung vorgesehen, die wenigstens einen Führungsbogen umfaßt, wie er oben beschrieben ist. Die Zwirnvorrichtung kann eine Doppeldrahtzwirnmaschine oder eine Bündelmaschine sein.
Vorzugsweise ist der Führungsbogen relativ zu seiner Bewegungsrichtung so angeordnet und weist der Führungsbogen ein derartiges Querschnittsprofil auf, daß der dimensionslose Driftbeiwert CD kleiner als 0,20 ist, z.B. kleiner als 0,15 oder kleiner als 0,10. Je kleiner der Driftbeiwert ist, desto geringer sind die Strömungsverluste während der Rotation des Führungsbogens.
Vorzugsweise ist der Führungsbogen relativ zu seiner Bewegungsrichtung so angeordnet und weist der Führungsbogen ein derartiges Querschnittsprofil auf, daß der dimensionslose Auftriebsbeiwert CL negativ ist. Ein negativer Auftriebsbeiwert ruft eine Auftriebskraft FL hervor, die der Zentrifugalkraft entgegengerichtet ist. Als Folge kann die Auftriebskraft die Zentrifugalkraft zumindest teilweise kompensieren.
Die Begriffe Driftbeiwert und Auftriebsbeiwert sind in der Fachwelt wohlbekannt; um jedoch allen Zweifeln aus dem Weg zu gehen, sind nachfolgend ihre Formeln angegeben:
FD = CD x A x 1/2 v²
FL = CL x A x 1/2 v²
wobei FD die Driftkraft ist;
FL die Auftriebskraft ist;
CD der dimensionslose Driftbeiwert ist;
CL der dimensionsiose Auftriebsbeiwert ist;

-5-

A die Fläche des betrachteten Profils ist;
das spezifische Gewicht des Fluids ist;
v die Relativgeschwindigkeit des Profils relativ zum Fluid ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen:
Figur 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Führungsbogens zeigt;
Figur 2 einen Querschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Führungsbogens zeigt;
Figur 3 eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen Führungsbogens zeigt;
Figur 4 eine Gesamtansicht einer Doppeldrahtzwirnmaschine zeigt.
Der in Figur 1 dargestellte Führungsbogen 1 führt einen Stahlcord 3. Der Führungsbogen 1 umfaßt einen Kern 5 und einen Mantel 7. Der Kern 5 ist aus Kohlenstoffaser gefertigt und der Mantel 7 aus einem Synthetikmaterial gefertigt, das um den Kern 5 stranggepreßt bzw. extrudiert worden ist und dem Führungsbogen 1 im Querschnitt ein stromlinienförmiges Profil verleiht. Derjenige Teil des Kohlenstoffaser-Kerns 5, der mit dem Stahlcord in Kontakt steht, ist mit einer Schicht 9 eines geeigneten Hartmetalls beschichtet worden.
Der Führungsbogen rotiert in der Richtung v und eine Zentrifugalkraft FC wird auf den Führungsbogen 1 ausgeübt. Die weiteren Kräfte, die auf den Führungsbogen 1 ausgeübt werden, sind die Driftkraft FD sowie die Auftriebskraft FL. Auf dem Gebiet der Aerodynamik ist es allgemein bekannt, daß die Größe dieser zwei Kräfte FD und FL vom Querschnittsprofil des Führungsbogens 1 und von der Richtung des Profils bezüglich der Bewegungsrichtung v abhängt. Diese Richtung kann durch den Winkel α charakterisiert werden. Das Querschnittsprofil des Bogens und der Winkel α sollten so gewählt werden, daß die Driftkraft FD minimal wird. Das Querschnittsprofil des Bogens und der Winkel α sollten außerdem so gewählt werden, daß die Auftriebskraft FL einen anderen Richtungssinn als die Zentrifugalkraft FC hat, da im Gegensatz zu Flugzeugen hier kein Auftrieb des Bogens erwünscht ist. Für den Fall, daß dies nicht möglich ist, sollten das Querschnittsprofil des Bogens und der Winkel α so gewählt werden, daß die Auftriebskraft FL so klein wie möglich ist.
Figur 2 stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Kern 5 ist von einem Mantel 7 umschlossen, der dem Führungsbogen 1 das stromlinienförmige Profil verleiht. Der Mantel 7 ist in solcher Weise ausgeführt, daß er schnell ersetzt werden kann.
Figur 3 zeigt eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen Führungsbogens. Die Unterseite des Mantels 7 des Führungsbogens 1 ist mit Öffnungen 11 versehen, die die Verdrahtung des Bogens 1 erleichtern.
Beispielhaft zeigt Figur 4 eine Gesamtansicht einer Doppeldrahtzwirnmaschine 13 mit zwei erfindungsgemäßen Führungsbögen 1. Die Verdrahtung der Doppeldrahtzwirnmaschine 13 ist derart, daß eine 2 + 1-Stahlcordkonstruktion hergestellt wird.
Die Doppeldrahtzwirnmaschine 13 umfaßt zwei Halbwellen 15, die mittels Lagern in einem Gehäuse 17 gehalten sind. Die zwei Halbwellen 15 sind durch die beiden Führungsbögen 1 verbunden. Ein Muldenteil 19 ist stationär an den beiden Halbwellen 15 angebracht. Die beiden Halbwellen 15 werden mittels eines Elektromotors 21 angetrieben. Die Funktionsweise der Doppeldrahtzwirnmaschine ist wie folgt: Zwei Stahlfilamente 23 werden von zwei Lieferspulen 25 gezogen, durch eine Verteilscheibe 27 geführt und laufen an einem Verbindungspunkt 29 zusammen. Sie werden weiter durch die erste Halbwelle 15 und über eine erste Führungsrolle 31 geführt, wo sie eine erste Verdrehung erfahren. Die Filamente 23 werden dann über den Führungsbogen 1 zu einer ersten Umkehrrolle 32 geführt, wo die Filamente 23 eine zweite Verdrehung erfahren. Innerhalb des Rotors der Doppeldrahtzwirnmaschine wird ein drittes Filament 33 von einer Spule 35 gezogen und mit den Filamenten 23 zusammengebracht. Das Ganze wird zu einer zweiten Umkehrrolle 32 geführt, wo die Filamente 23 teilweise aufgedreht werden und wo das Filament 33 ein erstes Mal um die Filamente 23 gedreht wird. Die Filamente 23, 33 werden über den zweiten Führungsbogen 1 zu einer zweiten Führungsrolle 31 geführt, wo die Filamente 23 vollständig aufgedreht werden und wo das Filament 33 ein zweites Mal um die Filamente 23 gedreht wird. Der fertige Cord 37 gelangt dann durch die Halbwelle 15 und wird auf die Spule 39 aufgewickelt. Herkömmliche Rotationsgeschwindigkeiten der Führungsbögen 1 liegen zwischen 3000 und 6000 U/min.

Claims

1. Führungsbogen (1) für ein längliches Element in einer Zwirn- oder Wickelvorrichtung (13), wobei der Führungsbogen zumindest teilweise aus einem lasttragenden Material gefertigt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Führungsbogen einen Kern (5) und einen Mantel (7) umfaßt, wobei der Kern aus dem lasttragenden Material gefertigt ist, um den äußeren Kräften zu widerstehen und um dem Führungsbogen die erforderliche Festigkeit zu verleihen, wobei der Mantel aus einem synthetischen Material gefertigt ist, um dem Querschnitt des Führungsbogens eine Form zu geben, wobei sich das synthetische Material von dem lasttragenden Material unterscheidet.

2. Führungsbogen nach Anspruch 1, bei dem der Führungsbogen zumindest teilweise aus einem Material mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 4 kg/dm³ gefertigt ist.

3. Führungsbogen (1) nach Anspruch 1, bei dem an der Unterseite des Führungsbogens Öffnungen (11) im Mantel (7) vorgesehen sind.

4. Führungsbogen nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil der Länge des Führungsbogens einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.

5. Zwirn- oder Wickelvorrichtung (13), umfassend einen Führungsbogen (1), wobei der Führungsbogen zumindest teilweise aus einem lasttragenden Material gefertigt ist,

dadurch gekennzeichnet,

6. Zwirn- oder Wickelvorrichtung (13) nach Anspruch 5, bei der der Führungsbogen relativ zu seiner Bewegungsrichtung so angeordnet ist und bei der das Querschnittsprofil des Führungsbogens so gewählt ist, daß der dimensionslose Driftbeiwert CD kleiner als 0,20 ist.

7. Zwirn- oder Wickelvorrichtung (13) nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Führungsbogen relativ zur Bewegungsrichtung so angeordnet ist und bei der das Querschnittsprofil des Führungsbogens so gewählt ist, daß der dimensionslose Auftriebsbeiwert CL negativ ist.

8. Zwirn- oder Wickelvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Vorrichtung eine Doppeldrahtzwirnmaschine ist.