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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstützvorrichtung zur Abstützung eines Spulenkörpers, welcher Spulenkörper einen im Wesentlichen konischen inneren Hohlraum aufweist, dessen Längsachse mit der Längsachse des Spulenkörpers zusammenfällt, wobei der Spulenkörper dazu vorgesehen ist, um seine Längsachse in Rotation versetzt zu werden.
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Der Spulenkörper ist dabei an seinen beiden Stirnenden vorzugsweise mit zwei Flanschen versehen und bildet gemeinsam mit diesen eine Spule zur Aufnahme einer Wicklung aus einem strangförmigen Gut, beispielsweise eine Draht- oder Kabelwicklung.
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Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel einer Bewicklung einer derartigen Spule mit einem Kabel beschrieben, wobei die Rotationsachse der Spule bei der Bewicklung vertikal verläuft. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr kann die Erfindung für jede Art der Bewicklung einer derartigen Spule mit einem beliebigen strangförmigen Material eingesetzt werden. Die Rotationsachse der Spule kann bei der Bewicklung auch horizontal oder in einer anderen Richtung verlaufen.
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Spulen der beschriebenen Art sind beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder auch aus Karton oder Pappe hergestellt. Es kann sich um Mehrweg- oder auch um Einwegspulen handeln.
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Spulen der genannten Art werden eingesetzt, um das Kabel nach seiner Produktion in einer Spulmaschine auf die Spule aufzuwickeln und somit den Transport und die Weiterverarbeitung des Kabels zu ermöglichen. Die Produktion des Kabels kann mit einer sehr hohen Produktionsgeschwindigkeit erfolgen, beispielsweise mit bis zu 2400 m/min. Je nach Durchmesser des Spulenkörpers kann sich dadurch ebenfalls eine sehr hohe Drehzahl der Spule bei deren Bewicklung mit dem Kabel ergeben.
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Das spätere Abziehen des Kabels von der Spule erfolgt dagegen im Allgemeinen „über Kopf“, d. h. bei stillstehender Spule in Richtung der Längsachse der Spule, wobei der Flansch an dem Ende des konischen Spulenkörpers mit dem kleineren Durchmesser vorher abgenommen wurde.
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Bei den genannten hohen Drehzahlen beim Bewickeln der Spule können infolge von Unwuchten sowohl in der Spule selbst als auch in der aufgebrachten Kabelwicklung hohe Fliehkräfte auftreten. Diese können zu Schwingungen in der Spule und im Spulenträger führen, welche die Qualität der Kabelwicklung beeinträchtigen und zu Störungen im Produktionsablauf sowie im schlimmsten Falle zu einem Spulenbruch führen können.
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Es ist daher notwendig, die Spule während ihrer Rotation mechanisch abzustützen.
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In der
WO 2005/070802 A1 werden am Beispiel des bekannten NPS-Systems der Anmelderin mehrere Ausführungsmöglichkeiten für Trägersysteme für derartige Spulen gezeigt, welche zur Abstützung der Spulen dienen. Hierbei wird die Spule in der Spulmaschine mittels zweier Spulenaufnahmeeinrichtungen aufgenommen, welche die Flansche der Spule zentrieren und diese an ihren Stirnseiten abstützen.
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Als Möglichkeit zur Abstützung des Spulenkörpers nennt die
WO 2005/070802 A1 zum einen das Aufsetzen der zu bewickelnden Spule auf einen Trägerkörper, insbesondere auf eine Trägerspule höherer Festigkeit. Als alternativer Trägerkörper wird zum anderen ein längsgestreckter Körper mit mehreren zylinderförmigen bzw. kegelförmigen Abschnitten genannt, welche den zu bewickelnden Spulenkörper in seinem Inneren an mehreren Stellen, insbesondere in Bereichen am ersten und zweiten Ende des zu bewickelnden Spulenkörpers, berühren bzw. abstützen und tragen.
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Aufgrund der im Lauf der Zeit immer weiter gesteigerten, oben genannten hohen Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 2400 m/min und den damit verbundenen, ebenfalls genannten Problemen sind die soeben beschriebenen Abstützmöglichkeiten für den Spulenkörper nicht mehr ausreichend.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abstützung eines Spulenkörpers bei seiner Rotation weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Abstützvorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Kombination einer Abstützvorrichtung mit einem Spulenkörper gemäß Anspruch 15, einem Verfahren zum Abstützen eines Spulenkörpers gemäß Anspruch 16 und durch eine Einsetzvorrichtung zum Einsetzen einer Abstützvorrichtung in einen Spulenkörper gemäß Anspruch 17 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die erfindungsgemäße Abstützvorrichtung zur Abstützung eines Spulenkörpers geht aus von einem Spulenkörper, der einen im Wesentlichen konischen inneren Hohlraum aufweist, dessen Längsachse mit der Längsachse des Spulenkörpers zusammenfällt. Der Spulenkörper ist dazu vorgesehen, um seine Längsachse in Rotation versetzt zu werden. Die Abstützvorrichtung ist dazu vorgesehen, in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzt zu werden.
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Der Begriff „konisch“ soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sowohl den geometrischen Begriff „kegelförmig“ als auch „kegelstumpfförmig“ umfassen.
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Die erfindungsgemäße Abstützvorrichtung weist wenigstens ein Abstützelement auf, das bei in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzter Abstützvorrichtung den Spulenkörper zwischen den beiden axialen Endbereichen des Spulenkörpers nach radial innen hin abstützt.
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Hierdurch besteht zum einen die Möglichkeit, den Spulenkörper im Gegensatz zu einer Abstützung nur an dessen axialen Endbereichen zusätzlich auch zwischen diesen Endbereichen abzustützen, wodurch der axiale Abstand zwischen benachbarten Abstützstellen verringert und dadurch die Abstützung verbessert wird. Als Abstützstellen werden hierbei sowohl die beiden axialen Endbereiche des Spulenkörpers als auch diejenigen Bereiche des Spulenkörpers angesehen, an denen die Abstützelemente den Spulenkörper abstützen.
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Außerdem wird der Spulenkörper nicht nur entlang der Umfangswand, welche den konischen Hohlraum umgibt, sondern auch nach radial innen hin abgestützt, wodurch insbesondere die durch Unwuchten entstehenden Fliehkräfte wirksam abgestützt werden können. Die Abstützung zwischen den axialen Endbereichen des Spulenkörpers nach radial innen hin wirkt somit als zusätzliche Versteifung im Inneren des Hohlraums des Spulenkörpers und bewirkt damit eine besonders gute Abstützung des Spulenkörpers.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung besteht darin, dass diese, vorzugsweise vor Beginn der Bewicklung der Spule, ohne Werkzeugeinsatz in den Spulenkörper eingesetzt und, vorzugsweise nach Abschluss der Bewicklung der Spule, auch wieder ohne Werkzeugeinsatz aus dem Spulenkörper herausgenommen und wiederverwendet werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung stützt das wenigstens eine Abstützelement bei in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzter Abstützvorrichtung den Spulenkörper im Bereich der Mitte der axialen Ausdehnung des Spulenkörpers ab. Auf diese Weise beträgt der maximale axiale Abstand zwischen benachbarten Abstützstellen nur noch etwa die halbe axiale Länge des Spulenkörpers, wodurch die Abstützung weiter verbessert wird. Ist mehr als ein Abstützelement vorgesehen, so lässt sich der maximale axiale Abstand zwischen benachbarten Abstützstellen entsprechend weiter verringern.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Abstützvorrichtung dazu vorgesehen, entlang der Längsachse des Spulenkörpers von dem Ende des konischen inneren Hohlraums des Spulenkörpers mit dem größeren Durchmesser aus in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzt zu werden. Hierdurch ergibt sich eine einfache und für den Benutzer intuitive Möglichkeit der Einsetzung der Abstützvorrichtung in den Spulenkörper.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Abstützvorrichtung eine Welle auf, und wenigstens ein Abstützelement, vorzugsweise jedes der Abstützelemente, ist eine auf der Welle in Form eines orthogonalen Flansches angeordnete Scheibe mit einer im Wesentlichen konischen Außenwandfläche. Dies führt zu einem mechanisch sehr einfachen Aufbau der Abstützvorrichtung mit lediglich zwei zueinander beweglichen Teilen, wobei die Scheibe an ihrem äußeren Rand auf den Spulenkörper wirkende Kräfte aufnimmt und nach radial innen zu der Welle hin ableitet, wobei die Welle wiederum die Scheibe in axialer Richtung abstützt. Hierdurch wird eine innere Versteifung des Spulenkörpers sowohl in radialer als auch in axialer Richtung realisiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung entspricht die Neigung der konischen Außenwandfläche der Scheibe im Wesentlichen der Neigung des konischen inneren Hohlraums des Spulenkörpers. Weiterhin fallen bei in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzter Abstützvorrichtung die Längsachse des Spulenkörpers und die Längsachse der Welle der Abstützvorrichtung zusammen, und die Scheibe stützt den Spulenkörper durch eine axiale Verspannung der Außenwandfläche der Scheibe mit einer Innenwandfläche des Hohlraums des Spulenkörpers ab. Durch die gleiche Neigung der Außenwandfläche der Scheibe und des Hohlraums des Spulenkörpers entspricht die Verbindung zwischen der Scheibe und dem Spulenkörper derjenigen eines in einen Innenkonus eingesetzten Außenkonus mit gleicher Neigung, wodurch sich eine sehr feste reibschlüssige Verspannung und damit einhergehend eine entsprechend gute Abstützwirkung ergibt. Die Stärke der Verspannung kann weiterhin durch die beim Einsetzen der Abstützvorrichtung in den Spulenkörper aufgebrachte Kraft eingestellt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Scheibe auf der Welle axial verschiebbar gelagert. Hierdurch wird bewirkt, dass die Bewegung der Scheibe in axialer Richtung, welche zu der Verspannung mit dem Spulenkörper führt, von der Einsetzbewegung der Abstützvorrichtung in den Spulenkörper zumindest teilweise entkoppelt ist, wodurch auch die Stärke der Verspannung der Abstützvorrichtung mit dem Spulenkörper ggf. unabhängig von dieser Einsetzbewegung eingestellt werden kann. Die Scheibe ist auf der Welle vorzugsweise durch ein lineares Gleitlager gelagert, welches spielfrei ist oder nur ein minimales Spiel aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das lineare Gleitlager so ausgestaltet, dass die Scheibe axial verschiebbar, aber drehfest auf der Welle gelagert ist. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine, insbesondere durchgehende, in Längsrichtung verlaufende Außenverzahnung der Welle, d. h. eine Vielkeilform, und eine entsprechende Innenverzahnung in einer inneren Öffnung der Scheibe. Alternativ kann die axial verschiebbare, aber drehfeste Lagerung der Scheibe auf der Welle durch eine, insbesondere durchgehende, in Längsrichtung verlaufende Nut in der Welle und eine entsprechende Passfeder in einer inneren Öffnung der Scheibe erfolgen, wobei die Passfeder in der Nut ein Spiel aufweist.
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Durch die zwar axial verschiebbare, aber drehfeste Lagerung der Scheibe auf der Welle ergibt sich eine zusätzliche Versteifung der Kombination aus einer Spule und einer darin angeordneten Abstützvorrichtung. Auf diese Weise wird insbesondere einer Torsion der Spule um ihre Längsachse und dadurch bewirkten Torsionsschwingungen entgegengewirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Scheibe auf der Welle gegen eine Federkraft axial verschiebbar gelagert. Durch eine solche nicht starre, sondern elastische Verbindung der Scheibe mit der Welle in axialer Richtung kann erreicht werden, dass die Scheibe bei in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzter Abstützvorrichtung stets in den Hohlraum hineingepresst und damit die Spannkraft zwischen der Abstützvorrichtung und dem Spulenkörper stets aufrechterhalten wird. Gleichzeitig lässt sich die Spannkraft hierdurch regulieren, insbesondere so, dass sie einen bestimmten Wert nicht überschreitet, sodass gewährleistet ist, dass die Abstützvorrichtung sich auch wieder problemlos aus dem Spulenkörper entfernen lässt, insbesondere durch manuelles Herausziehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wirkt die Federkraft in einer Richtung, in welcher das Einsetzen der Abstützvorrichtung in den Hohlraum des Spulenkörpers vorgesehen ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass beim Einsetzen der Abstützvorrichtung in den Spulenkörper automatisch eine Spannkraft aufgebaut wird, die einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Federkraft mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch erzeugt. Somit lassen sich je nach Anwendungsfall verschieden starke Spannkräfte mit verschiedenem konstruktiven Aufwand bereitstellen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Federkraft mechanisch durch eine in axialer Richtung der Welle angeordnete und um die Welle herum verlaufende Druckfeder erzeugt. Dies stellt eine einfache Möglichkeit zur Erzeugung der Spannkraft in axialer Richtung dar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Welle an wenigstens einem Stirnende eine im Wesentlichen konusförmige Vertiefung oder einen im Wesentlichen konusförmigen Vorsprung auf, die bzw. der dazu vorgesehen ist, die Abstützvorrichtung, vorzugsweise gemeinsam mit dem Spulenkörper, zu zentrieren. Auf diese Weise wird nicht nur die Abstützung, sondern auch die Zentrierung des Spulenkörpers mit der eingesetzten Abstützvorrichtung verbessert. Die Zentrierung mithilfe der konusförmigen Vertiefung wird dabei vorzugsweise durch eine Vorrichtung in der Spulenaufnahme der Spulmaschine bewirkt, welche einen entsprechenden konusförmigen Vorsprung in axialer Richtung aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, in die konusförmige Vertiefung im Stirnende der Welle der Abstützvorrichtung einzugreifen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Welle bei in den Hohlraum des Spulenkörpers eingesetzter Abstützvorrichtung gegenüber dem Spulenkörper in eine Richtung, in welcher das Einsetzen der Abstützvorrichtung in den Hohlraum des Spulenkörpers vorgesehen ist, beweglich. Eine solche weitere Bewegung der Welle in die gleiche Richtung wie beim Einsetzen der Abstützvorrichtung in den Spulenkörper erfolgt dann ggf. gegen die Wirkung einer Federkraft. Auf diese Weise können die Welle und mit ihr die Abstützelemente auch nach dem Einsetzen der Spule mit darin eingesetzter Abstützvorrichtung in die Spulmaschine noch weiter in die gleiche Richtung wie beim Einsetzen in den Spulenkörper bewegt werden, wodurch die Klemmung des wenigstens einen Abstützelementes gegen die Innenwand des Hohlraums verstärkt wird. Diese weitere Bewegung der Welle in der Spulmaschine wird dann vorzugsweise durch eine axiale Bewegung einer oder mehrerer Spulenhalterungen bewirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Abstützvorrichtung mehr als ein Abstützelement, insbesondere zwei, drei oder vier Abstützelemente, auf. Hierdurch kann die Abstützwirkung auf einfache Weise erhöht werden, indem, wie bereits erwähnt, der maximale axiale Abstand zwischen benachbarten Abstützstellen weiter verringert werden kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kombination einer erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung mit einem Spulenkörper, welcher Spulenkörper die oben beschriebenen Merkmale aufweist und für die oben beschriebenen Verwendungen vorgesehen ist. Für die Wirkungen und Vorteile dieser Kombination wird auf die obige Beschreibung der erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung verwiesen.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abstützen eines Spulenkörpers mit den oben beschriebenen Merkmalen und für die oben beschriebenen Verwendungen mit den Schritten:
- - Einsetzen einer erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung mit einer Scheibe und einer Welle in den Hohlraum des Spulenkörpers entlang der Längsachse des Spulenkörpers von dem Ende des Hohlraums mit dem größeren Durchmesser aus;
- - axiales Verschieben der Scheibe der Abstützvorrichtung auf der Welle der Abstützvorrichtung bei einer Berührung der Scheibe mit einer Innenwandfläche des Hohlraums des Spulenkörpers;
- - axiales Verspannen der Außenwandfläche der Scheibe der Abstützvorrichtung mit der Innenwandfläche des Hohlraums des Spulenkörpers zwischen den beiden axialen Endbereichen des Spulenkörpers.
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Für die Wirkungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wiederum auf die obige Beschreibung der erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung verwiesen.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Einsetzvorrichtung zum Einsetzen einer erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung mit einer Scheibe und einer Welle in einen Spulenkörper mit den oben beschriebenen Merkmalen und für die oben beschriebenen Verwendungen durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Einsetzvorrichtung aufweist:
- - eine Greifeinrichtung zum Greifen der Abstützvorrichtung, vorzugsweise an der Welle der Abstützvorrichtung,
- - eine Verfahreinrichtung zum Bewegen der Abstützvorrichtung in eine Position außerhalb des Spulenkörpers, in der die Längsachse des Spulenkörpers und die Längsachse der Welle der Abstützvorrichtung zusammenfallen,
- - eine Einführ- und Verspanneinrichtung zum Einführen der Abstützvorrichtung in den Hohlraum des Spulenkörpers entlang der Längsachse des Spulenkörpers, wodurch die Scheibe der Abstützvorrichtung bei einer Berührung der Scheibe mit einer Innenwandfläche des Hohlraums des Spulenkörpers auf der Welle der Abstützvorrichtung axial verschoben und dadurch die Außenwandfläche der Scheibe der Abstützvorrichtung mit der Innenwandfläche des Hohlraums des Spulenkörpers zwischen den beiden axialen Endbereichen des Spulenkörpers axial verspannt wird.
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Die Einsetzvorrichtung erlaubt es, das Einsetzen der erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung in den Spulenkörper zu automatisieren und damit in einen vollautomatischen Ablauf der Bewicklung der Spule in einer Spulmaschine zu integrieren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Dabei zeigen:
- 1 eine Spulmaschine mit eingesetzter Spule;
- 2a eine teilweise mit einem Kabel bewickelte Spule in der Seitenansicht;
- 2b die Spule aus 2a von unten gesehen;
- 3 die Spule aus 2a und 2b ohne Kabelwicklung in einer perspektivischen Ansicht;
- 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
- 5a-c den Vorgang der Aufnahme einer Spule mit eingesetzter Abstützvorrichtung gemäß 4 in eine Spulmaschine gemäß 1 zu verschiedenen Zeitpunkten im Querschnitt;
- 6 einen Spulenwechselbereich einer Spulenzuführung zu einer Spulmaschine zum manuellen Einsetzen der Spulenabstützungen in die Spulen;
- 7 einen Spulenwechselbereich wie in 6 mit einer Einsetzvorrichtung zum automatischen Einsetzen der Spulenabstützungen in die Spulen;
- 8 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abstützvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
- 9a-c den Vorgang der Aufnahme einer Spule mit eingesetzter Abstützvorrichtung gemäß 8 in eine Spulmaschine gemäß 1 zu verschiedenen Zeitpunkten im Querschnitt.
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In den 1, 2a, 2b und 3 sind Spulen 6 gezeigt, wie sie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Eine solche Spule 6 besteht aus einem konischen Spulenkörper 1 mit einem ebenfalls konischen inneren Hohlraum 4, wobei mit den beiden Stirnseiten des Spulenkörpers 1 ein oberer Flansch 2 bzw. ein unterer Flansch 3 verbunden sind. Diese Verbindung kann fest und sogar einstückig sein oder als lösbare Verbindung, beispielsweise als eine Rast- oder Bajonettverschlussverbindung, ausgebildet sein. Die Spule 6 ist dafür vorgesehen, um ihre Längsachse in Rotation versetzt zu werden, um ein Kabel K auf den Spulenkörper 1 aufzuwickeln, wie in 2a und 2b dargestellt. Die beiden Flansche 2 und 3 verhindern dabei, dass die Wicklungen des Kabels K vom Spulenkörper 1 bei der Bewicklung der Spule 6 abrutschen.
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1 zeigt eine Spulmaschine 7 in einer herkömmlichen Bauweise, welche zum Bewickeln von Spulen 6 der soeben beschriebenen Art verwendet wird.
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Die Spule 6 wird senkrecht, d. h. mit vertikaler Längsachse, von der Spulmaschine 7 aufgenommen. Dafür wird die Spule 6 mit ihrem unteren Flansch 3 zunächst auf eine untere Spulenhalterung 10 der Spulmaschine 7 gestellt, wobei die untere Spulenhalterung 10 in den unteren Flansch 3 der Spule 6 eingreift. Sodann fährt ein Stempel 8 der Spulmaschine 7, an dessen unterem Ende eine obere Spulenhalterung 9 befestigt ist, nach unten, sodass die obere Spulenhalterung 9 in den oberen Flansch 2 eingreift. Durch einen (nicht dargestellten) Motor werden die untere Spulenhalterung 10 und damit auch die Spule 6 und die obere Spulenhalterung 9 in Rotation versetzt, um das Kabel K auf die Spule 6 aufzuwickeln.
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Weitere Details des Aufbaus und der Funktionsweise der Spulmaschine 7 sind im Kontext der vorliegenden Erfindung nicht relevant und werden daher auch nicht beschrieben.
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Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten des Kabels K (beispielsweise bis zu 2400 m/min) muss auch die Spulmaschine 7 mit entsprechend hohen Drehzahlen betrieben werden. Wie in den 2a und 2b dargestellt, werden bei der Bewicklung der Spule 6 mit dem Kabel K auf den Spulenkörper 1 sowohl eine im Querschnitt tangential wirkende Zugkraft Fw des Kabels K als auch eine durch Unwuchten bewirkte, im Querschnitt radial nach außen wirkende Zentrifugalkraft Fz ausgeübt. Diese Kräfte führen zu einer Verformung des Spulenkörpers 1 und damit zu Schwingungen bis hin zu einem Bruch des Spulenkörpers 1.
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Aus diesem Grunde sieht die Erfindung vor, dass vor der Aufnahme der Spule 6 in die Spulmaschine 7 eine Abstützvorrichtung 11 in die Spule 6 eingesetzt wird.
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4 zeigt eine solche erfindungsgemäße Abstützvorrichtung 11 in einer ersten Ausführungsform. Diese weist eine Welle 12 auf, welche, wenn die Abstützvorrichtung 11 in die Spule 6 eingesetzt und diese in der Spulmaschine 7 aufgenommen ist, vertikal steht. Die Begriffe „oben“ und „unten“ beziehen sich im Folgenden auf diese vertikale Orientierung. Am unteren Ende der Welle 12 ist ein Abschlussflansch 24 angeordnet und mit einem weiteren Flansch der Welle 12 verschraubt.
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Etwa in der Mitte der vertikalen Ausdehnung der Welle 12 ist eine Scheibe 13 angeordnet, welche sich ebenfalls flanschartig in einer zu der Welle 12 orthogonalen Ebene erstreckt. Die Scheibe 13 weist einen äußeren Ring mit einer konischen Außenwandfläche 14 auf. Die Welle 12 verläuft durch eine innere Bohrung der Scheibe 13, sodass die Scheibe 13 auf der Welle 12 axial beweglich aufgenommen ist. Die axiale Bewegung der Scheibe 13 auf der Welle 12 erfolgt entgegen der Wirkung einer Druckfeder 15. Die Druckfeder 15 ist als Spiralfeder ausgebildet und verläuft um die Welle 12 herum. Die Druckfeder 15 ist an ihrem unteren Ende mit einem inneren Ring der Scheibe 13 und an ihrem oberen Ende mit einem Federanschlag 16 verbunden, welcher als ein auf der Welle 12 festgeklemmter Ring ausgebildet ist, oder stützt sich jeweils dagegen ab. Unterhalb der Scheibe 13 ist ein Scheibenanschlag 17 (siehe 5a) angeordnet, welcher ebenfalls als ein auf der Welle 12 festgeklemmter Ring ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Scheibe 13 im unbelasteten Zustand durch die Druckfeder 15 in einer Position etwa in der Mitte der vertikalen Ausdehnung der Welle 12 gehalten und ist gegen die Federkraft der Druckfeder 15 auf der Welle 12 nach oben verschiebbar.
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In der oberen und in der unteren Stirnfläche der Welle 12 ist jeweils eine konusförmige Zentrieröffnung 18, 19 eingebracht, wovon in 4 nur die obere Zentrieröffnung 18 sichtbar ist (vgl. auch 5a-c).
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Im Folgenden wird die Verwendung der Abstützvorrichtung 11 zum Abstützen des Spulenkörpers 1 bei einer Rotation der Spule 6 in der Spulmaschine 7 beschrieben.
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Zu diesem Zweck wird die Abstützvorrichtung 11 vor der Aufnahme der Spule 6 in die Spulmaschine 7 vertikal in den Spulenkörper 1 eingesetzt, und zwar von der Seite des Spulenkörpers 1 mit dem größeren Durchmesser aus, d. h. in 3 von oben. Das Einsetzen erfolgt entlang der Längsachse des Spulenkörpers 1, sodass die Längsachse der Welle 12 der Abstützvorrichtung 11 und die Längsachse des Spulenkörpers 1 zusammenfallen. Die Abstützvorrichtung 11 wird so weit in den Spulenkörper 1 eingeführt, bis der Abschlussflansch 24 der Welle 12 auf dem inneren Teil des unteren Flansches 3 der Spule 6 aufsetzt.
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Die konische Außenwandfläche 14 der Scheibe 13 ist so gestaltet, dass sie die gleiche Neigung hat die die Innenwandfläche 5 des Hohlraums 4 des Spulenkörpers 1. Weiterhin entspricht der mittlere Durchmesser der Außenwandfläche 14 der Scheibe 13 ungefähr dem Durchmesser der Innenwandfläche 5 des Hohlraums 4 in der Mitte der vertikalen Ausdehnung des Spulenkörpers 1. Somit lässt sich die Abstützvorrichtung 11 zunächst so weit in den Spulenkörper 1 einsetzen, dass die Scheibe 13 sich etwa in der Mitte der vertikalen Ausdehnung des Spulenkörpers 1 befindet, ohne dass die Scheibe 13 die Innenwandfläche 5 des Hohlraums 4 des Spulenkörpers 1 berührt.
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Wird die Abstützvorrichtung 11 weiter nach unten bewegt, so wird die konische Außenwandfläche 14 der Scheibe 13 in die ebenfalls konische Innenwandfläche 5 des Hohlraums 4 hineingepresst und mit dieser verspannt. Dies erfolgt entgegen der Kraft der Druckfeder 15, wodurch die Spannkraft nur langsam zunimmt und einen bestimmten, durch die Federkonstante der Druckfeder 15 einstellbaren Wert nicht überschreitet, wenn der Abschlussflansch 24 der Welle 12 auf dem unteren Flansch 3 der Spule 6 aufsetzt. Damit ist gewährleistet, dass sich die Abstützvorrichtung 11 später ohne übermäßigen Kraftaufwand wieder aus der Spule 6 herausziehen lässt.
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Sodann wird die Spule 6 mit eingesetzter Abstützvorrichtung 11 wie oben beschrieben in der Spulmaschine 7 aufgenommen. Dieser Vorgang ist im Detail in den 5a-c dargestellt.
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In 5a ist die Spule 6 bereits zwischen der oberen Spulenhalterung 9 und der unteren Spulenhalterung 10 der Spulmaschine 7 positioniert, wird von diesen jedoch noch nicht ergriffen.
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In 5b wird die Spule 6 auf die untere Spulenhalterung 10 abgesetzt. Dadurch greift die untere Spulenhalterung 10 mit einem konvexen, konischen Vorsprung in eine entsprechende konkave, konische Vertiefung des unteren Flanschs 3 der Spule 6 ein, und die Zentrierspitze 21 der unteren Spulenhalterung 10 greift in die untere Zentrieröffnung 19 der Welle 12 ein, sodass sowohl die Spule 6 als auch die Abstützvorrichtung 11 durch die untere Spulenhalterung 10 zentriert werden.
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Durch das Absetzen der Spule 6 auf die untere Spulenhalterung 10 entsteht ferner ein Reibschluss zwischen mehreren O-Ringen 25a, 25b, welche auf der Oberseite der unteren Spulenhalterung 10 in ringförmigen Nuten eingelassen sind und über die Oberseite der unteren Spulenhalterung 10 herausstehen, und der Unterseite des unteren Flanschs 3 der Spule 6.
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In 5c wird die Spule 6 zusätzlich von der oberen Spulenhalterung 9 ergriffen, welche auf den oberen Flansch 2 der Spule 6 abgesenkt wird. Analog zu 5b greifen dadurch auch die obere Spulenhalterung 9 in den oberen Flansch 2 der Spule 6 sowie die Zentrierspitze 20 der oberen Spulenhalterung 9 in die obere Zentrieröffnung 18 der Welle 12 ein, sodass sowohl die Spule 6 als auch die Abstützvorrichtung 11 durch die obere Spulenhalterung 9 zentriert werden. Durch den Anpressdruck der oberen Spulenhalterung 9 und der unteren Spulenhalterung 10 von beiden axialen Seiten der Spule 6 verstärkt sich außerdem der Reibschluss durch die O-Ringe 25a, 25b. Durch diesen Reibschluss wird die Spule 6 im nachfolgenden Betrieb der Spulmaschine 7 bei der gemeinsamen Rotation der Spulenhalterungen 9, 10 mitgenommen und dadurch selbst in Rotation versetzt. Der rotierende Spulenkörper 1 nimmt wiederum über einen Reibschluss die in seinem Hohlraum 4 festgeklemmte Scheibe 13 mit.
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In dem in die Spule 6 eingesetzten Zustand der Abstützvorrichtung 11 wirkt die Scheibe 13 als zusätzliche Versteifung in Form einer kreisscheibenförmigen Rippe etwa in der Mitte der vertikalen Ausdehnung des Spulenkörpers 1. Die Welle 12 wird wiederum über ihre Zentrieröffnungen 18, 19 mit den Zentrierspitzen 20, 21 der oberen und der unteren Spulenhalterung 9, 10 spielfrei verbunden. Das Gleitlager, durch das die Scheibe 13 auf der Welle 12 gelagert ist, ist vorzugsweise ebenfalls spielfrei. Dadurch ergibt sich insgesamt eine starre, spielfreie Verbindung der Abstützvorrichtung 11 gegenüber der Spulmaschine 7 und somit eine sehr gute Abstützung des Spulenkörpers 1 von innen.
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Die 6 und 7 zeigen einen Spulenwechselbereich einer Spulenzuführung zu einer Spulmaschine 7 zum manuellen bzw. automatischen Einsetzen von Spulenabstützungen 11 in die Spulen 6. Die Ansichten des Spulenwechselbereichs in den 6 und 7 sind aus verschiedenen Richtungen dargestellt.
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Die in beiden Fällen weitgehend identische Spulenzuführung weist ein erstes Förderband 104 auf, auf dem leere Spulen 6 der Spulmaschine 7 zugeführt werden, und ein zweites Förderband 105, auf dem die in der Spulmaschine 7 bewickelten Spulen 6 wieder abtransportiert werden. Die Spulen 6 stehen dabei senkrecht auf den Förderbändern 104, 105, wobei das Ende des konischen Spulenkörpers 1 mit dem größeren Durchmesser nach oben zeigt, also in derselben Orientierung, wie die Spulen 6 auch von der Spulmaschine 7 aufgenommen werden.
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Die eigentliche Zuführung der leeren Spulen 6 zu der Spulmaschine 7 bzw. die Abführung der vollen Spulen 6 von der Spulmaschine 7 wird durch eine Spulenwechselvorrichtung 106 vorgenommen, welche eine Schwenkgabel aufweist, auf der zwei Spulen 6 auf zwei Spulenaufnahmeplätzen stehen können. Durch Verschwenken, Absenken und Anheben der Schwenkgabel werden die Spulen 6 zwischen den Förderbändern 104, 105 einerseits und der Spulmaschine 7 andererseits übergeben. Weitere Details zu einer Spulenwechselvorrichtung dieser Art finden sich beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung
WO 2013/135329 A1 der Anmelderin.
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Vor der Zuführung der leeren Spulen 6 zu der Spulmaschine 7 wird in jede Spule 6 eine Abstützvorrichtung 11 eingesetzt. Dies kann wahlweise manuell (6) oder automatisch (7) erfolgen.
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Bei der in 6 dargestellten manuellen Einsetzung einer Abstützvorrichtung 11 in eine Spule 6 steht ein Bediener am Ende der Förderbänder 104, 105. Der Bediener stellt per Hand jeweils eine leere Spule 6 auf das erste Förderband 104 und setzt dann in der oben beschriebenen Weise in den Spulenkörper 1 eine Abstützvorrichtung 11 ein, welche er aus einem Vorratsregal 108 für die Spulenabstützungen 11 entnimmt. Umgekehrt entnimmt der Bediener aus jeder auf dem zweiten Förderband 105 ankommenden, bewickelten Spulen 6 zunächst die Abstützvorrichtung 11, verstaut diese in dem Vorratsregal 108 und entfernt dann die bewickelte Spule 6 von dem zweiten Förderband 105.
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Bei der in 7 dargestellten automatischen Einsetzung einer Abstützvorrichtung 11 in eine Spule 6 wird der Einsetzvorgang dagegen durch eine Einsetzvorrichtung 100 vorgenommen, welche in 7 jedoch nicht in allen Details dargestellt ist. Die Einsetzvorrichtung 100 weist eine Verfahreinrichtung 102 in Form eines horizontal angeordneten Portals auf, auf welchem eine vertikal bewegliche Einführ- und Verspanneinrichtung 103 hin- und herfahren kann. Die Einführ- und Verspanneinrichtung 103 lässt sich auf diese Weise über jedem der zwei Spulenaufnahmeplätze der oben genannten Schwenkgabel der Spulenwechselvorrichtung 106 positionieren, auf denen während des laufenden Betriebs der Spulmaschine 7 eine leere Spule 6 und eine bewickelte Spule 6 stehen. Auf einem unteren Flansch der Einführ- und Verspanneinrichtung 103 ist eine Greifeinrichtung 101 angeordnet, welche das obere Ende der Welle 12 einer Abstützvorrichtung 11 umfassen und greifen kann.
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Stehen nun eine bewickelte Spule 6 mit eingesetzter Abstützvorrichtung 11 sowie eine leere Spule 6 ohne eingesetzte Abstützvorrichtung 11 auf den beiden Spulenaufnahmeplätzen, so fährt die Einführ- und Verspanneinrichtung 103 auf der Verfahreinrichtung 102 mittig über die bewickelte Spule 6, senkt sich bis auf die Höhe des oberen Endes der Welle 12 der in der bewickelten Spule 6 eingesetzten Abstützvorrichtung 11 ab, ergreift das Ende der Welle 12, hebt sich wieder an, fährt mittig über die leere Spule 6, senkt sich wieder ab und setzt dadurch die ergriffene Abstützvorrichtung 11 in die leere Spule 6 ein und verspannt sie mit dem Spulenkörper 1 der leeren Spule 6.
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Auf diese Weise wird die Abstützvorrichtung 11 jeweils von einer bewickelten Spule 6 in eine leere Spule 6 umgesetzt. Der gesamte Vorgang des Einsetzens und Entnehmens der Abstützvorrichtung 11 in eine bzw. aus einer Spule 6 lässt sich damit auf einfache und effiziente Weise automatisieren.
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8 zeigt eine erfindungsgemäße Abstützvorrichtung 11 in einer zweiten Ausführungsform. Im Folgenden werden nur die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform der Abstützvorrichtung gemäß den 4 und 5 beschrieben, wobei für gleiche oder entsprechende Komponenten auch die gleichen oder entsprechende Bezugszeichen verwendet werden.
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Die Abstützvorrichtung 11 weist in diesem Fall zwei Scheiben 13a, 13b als Abstützelemente auf, welche auf der Welle 12 der Abstützvorrichtung 11 übereinander und jeweils axial beweglich angeordnet sind.
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Entsprechend ist für jede der beiden Scheiben 13a, 13b jeweils eine Druckfeder 15a, 15b vorgesehen, welche als Spiralfeder ausgebildet ist und um die Welle 12 herum verläuft. Jede Druckfeder 15a, 15b ist an ihrem unteren Ende mit einem inneren Ring der jeweiligen Scheibe 13a, 13b und an ihrem oberen Ende mit einem Federanschlag 16a, 16b verbunden, welcher als ein auf der Welle 12 festgeklemmter Ring ausgebildet ist, oder stützt sich jeweils dagegen ab. Unterhalb der jeweiligen Scheibe 13a, 13b ist ein Scheibenanschlag 17a, 17b angeordnet, welcher ebenfalls als ein auf der Welle 12 festgeklemmter Ring ausgebildet ist.
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Die beiden Scheiben 13a, 13b unterteilen die Welle 12 in drei Abschnitte, deren Länge im unbelasteten Zustand der Scheiben 13a, 13b jeweils annähernd ein Drittel der Länge der Welle 12 beträgt. Auf diese Weise wird auch der maximale axiale Abstand zwischen benachbarten Abstützstellen auf etwa ein Drittel der Länge der Welle 12 verringert und dadurch die Abstützung weiter verbessert.
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Im Unterschied zu der Abstützvorrichtung gemäß den 4 und 5 weist die Welle 12 der Abstützvorrichtung 11 keine glatte, zylindrische Oberfläche auf, sondern ist eine Vielkeilwelle mit einer umlaufenden, in axialer Richtung nahezu vollständig durchgehenden Außenverzahnung. Die inneren Ringe der Scheiben 13a, 13b weisen entsprechende Innenverzahnungen auf (nicht dargestellt), durch welche die Scheiben 13a, 13b mit der Welle 12 drehfest, aber axial beweglich verzahnt sind. Hierdurch kann sich auch der Spulenkörper 1 nicht gegenüber der Welle 12 verdrehen, wodurch die Steifigkeit der Kombination aus Spule 6 und Abstützvorrichtung 11 und damit die Wirkung der Abstützung weiter erhöht wird. Alternativ kann die Verdrehsicherung auch durch eine Längsnut in der Welle 12 und entsprechende Passfedern in den inneren Ringen der Scheiben 13a, 13b, welche in der Nut mit einem Spiel laufen, erreicht werden.
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Weiterhin weist die Abstützvorrichtung 11 im Unterschied zu der Abstützvorrichtung gemäß den 4 und 5 am unteren Ende der Welle 12 keinen Abschlussflansch auf, sodass an dieser Stelle keine direkte Verbindung zwischen der Abstützvorrichtung 11 und der Spule 6 herstellbar ist. Dafür erfolgt eine zusätzliche drehfeste Verbindung zwischen der Welle 12 und der unteren Spulenhalterung 10 durch die Außenverzahnung der Welle 12 und eine entsprechende Innenverzahnung in einer Aufnahmeöffnung in dem konvexen, konischen Vorsprung der unteren Spulenhalterung 10.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch in der Ausführung gemäß den 8 und 9 ein Abschlussflansch am unteren Ende der Welle 12 vorgesehen werden kann, der hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktion dann dem Abschlussflansch 24 in der Ausführung gemäß den 4 und 5 entspricht.
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Umgekehrt kann auch in der Ausführung gemäß den 4 und 5 der Abschlussflansch 24 weggelassen und eine zusätzliche Verbindung zwischen der Welle 12 und der unteren Spulenhalterung 10 hergestellt werden. Eine Drehfestigkeit dieser Verbindung lässt sich durch einen Reibschluss erreichen, wofür das untere Ende der Welle 12 sowie die Aufnahmeöffnung in der unteren Spulenhalterung 10 vorzugsweise beide leicht konisch ausgeführt sind.
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Die Zentrierspitze 21 ist in der unteren Spulenhalterung 10 in axialer Richtung federgelagert. Hierdurch ist es möglich, in einem bestimmten Bereich einen Längenausgleich infolge von geringfügigen Abweichungen in der axialen Länge der Spulen vorzunehmen.
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Schließlich erfolgt die Zentrierung der Welle 12 an ihrem oberen Ende gegenüber der Abstützvorrichtung in 4 in umgekehrter Weise, indem die Welle 12 an ihrem oberen axialen Ende keine Zentrieröffnung aufweist, sondern eine obere Zentrierspitze 22, und die obere Spulenhalterung 9 keine Zentrierspitze aufweist, sondern eine Zentrieröffnung 23.
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Die 9a bis 9c beschreiben wiederum den Vorgang der Aufnahme der Spule 6 mit eingesetzter Abstützvorrichtung 11 in der Spulmaschine 7, welcher weitgehend analog zur ersten Ausführungsform der Abstützvorrichtung erfolgt (vgl. die 5a-c).
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Im Unterschied zu der Abstützvorrichtung gemäß 4 wird jedoch die Welle 12, welche sich wegen des fehlenden unteren Abschlussflansches axial gegenüber dem Spulenkörper 1 bewegen kann, durch die vertikale Bewegung der oberen Spulenhalterung 9 nach unten gedrückt. Dadurch bewegen sich auch die Federanschläge 16a, 16b sowie die Scheibenanschläge 17a, 17b nach unten, und die Spannscheiben 13 werden mittels der Druckfedern 15a, 15b nach unten gedrückt und an ihren konischen Außenwandflächen 14a, 14b gegen die Innenwandfläche 5 des Hohlraums 4 im Spulenkörper 1 geklemmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spulenkörper
- 2
- oberer Flansch
- 3
- unterer Flansch
- 4
- Hohlraum
- 5
- Innenwandfläche des Hohlraums
- 6
- Spule
- 7
- Spulmaschine
- 8
- Stempel
- 9
- obere Spulenhalterung
- 10
- untere Spulenhalterung
- 11
- Abstützvorrichtung
- 12
- Welle
- 13, 13a, 13b
- Scheibe
- 14, 14a, 14b
- Außenwandfläche der Scheibe
- 15, 15a, 15b
- Druckfeder
- 16, 16a, 16b
- Federanschlag
- 17, 17a, 17b
- Scheibenanschlag
- 18
- obere Zentrieröffnung der Welle
- 19
- untere Zentrieröffnung der Welle
- 20
- Zentrierspitze der oberen Spulenhalterung
- 21
- Zentrierspitze der unteren Spulenhalterung
- 22
- obere Zentrierspitze der Welle
- 23
- Zentrieröffnung der oberen Spulenhalterung
- 24
- Abschlussflansch der Welle
- 25a, 25b
- O-Ring
- K
- Kabel
- 100
- Einsetzvorrichtung
- 101
- Greifeinrichtung
- 102
- Verfahreinrichtung
- 103
- Einführ- und Verspanneinrichtung
- 104
- erstes Förderband
- 105
- zweites Förderband
- 106
- Spulenwechselvorrichtung
- 107
- Bediener
- 108
- Vorratsregal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/070802 A1 [0009, 0010]
- WO 2013/135329 A1 [0062]