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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Aufziehen einer Kardiergarnitur auf eine Walze
mit einer Walzenantriebseinheit und einer auf die Kardiergarnitur
einwirkenden Bremseinrichtung zum Erzeugen einer Aufwickelvorspannung
in dem Bereich der Kardiergarnitur zwischen Walze und Bremseinrichtung.
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Garnierte Kardierwalzen werden dadurch
erzeugt, dass auf einen Walzengrundkörper eine Art Sägezahndraht
aufgewickelt wird. Der Sägezahndraht
liegt flach auf einer Vorlagespule auf. Von dieser Vorlagespule
zieht die Vorrichtung die Kardiergarnitur ab. Der Sägezahndraht
wird mit seinem freien Endbereich an einem Außenumfangstück des Walzengrundköpers befestigt
und dabei im Abstand zum Walzengrundkörper durch eine Bremseinrichtung
hindurchgeführt.
Der Walzengrundkörper
wird über
einen geregelten Antriebsmotor angetrieben. Die Bremseinrichtung
besteht aus seitlich auf den Sägezahndraht
mit Federdruck aufdrückenden Bremsbacken,
so dass immer eine bestimmte Vorspannung zwischen der Bremseinrichtung
und dem Walzengrundkörper
in der Kardiergarnitur beim Aufwickelvorgang vorhanden ist. Diese
Vorrichtung wird auch bei der Anmelderin schon seit Jahren verwendet
und hat sich gut bewährt.
Dennoch bestehen Bestrebungen, auch hier eine Verbesserung zu bewirken.
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Des Weiteren ist aus der
DE 100 61 286 eine Aufziehvorrichtung
bekannt, bei der Bremsrollen zum Einsatz kommen, die ein kontrolliertes
Bremsen ermöglichen.
Zwar stellt diese Vorrichtung schon eine beträchtliche Verbesserung dar.
Jedoch sollen die Forderungen, insbesondere an die Qualitätsüberwachung
weiter verbessert werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung zum Aufziehen einer Kardiergarnitur der Eingangs
genannten Art bereitzustellen, die eine verbesserte Überwachung
zumindest einer Aufziehbedingung zulässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass eine Kraftmesseinrichtung vorgesehen ist, die die Krafteinwirkung
auf eine Anbringstelle der Bremseinrichtung im Wesentlichen längs zu einer
Aufziehrichtung der Kardiergarnitur messbar ausgestaltet ist. Aufgrund
der Tatsache, dass in Aufziehrichtung der Kardiergarnitur gesehen,
die Vorspannungskraft aufgebracht wird, erfolgt gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Kraftmessung genau in diese Richtung oder parallel
zu dieser. Die gemessene Kraft gibt daher unmittelbaren Aufschluss
auf die auf die Kardiergarnitur aufgebrachte Vorspannung wieder.
Es sind keine Umrechnungen, wie bei indirekter Bestimmung über Stromaufnahme
des die Walze antreibenden Motors etc. erforderlich. Kraftmesseinrichtungen
sind in vielerlei Form im Handel erhältlich, so dass diese für die unterschiedlichsten
Anbringungsorte verwendet werden können. Die Bremseinrichtung
muss an irgendeiner Stelle befestigt werden, z.B. an einem Maschinengestell.
Auf die Anbringstelle der Bremseinrichtung wirken Kräfte, die
bei geeigneter Konstruktion den Vorspannkräften entsprechen. Die Kräfte an dieser
Anbringstelle werden dann über
die Kraftmesseinrichtung gemessen. Die gemessenen Werte geben dann
einen sehr guten Aufschluss über
die gewünschte
Vorspannung, mit der die Kardiergarnitur aufgewickelt wird. Unter
den Wortlauf des Anspruchs sollen auch Konstruktionen fallen, die
lediglich eine Kraftkomponente der Vorspannkraft messen; jedoch
auf Grund der bekannten Winkellage zur Aufziehrichtung ebenfalls
als eine unmittelbare Kraftanzeigevariante anzusehen sind. Die Kraftmessung
sollte bevorzugt in einer lotrechten Ebene erfolgen, in der die
Längsachse
des Teilstückes
der Kardiergarnitur in der Bremseinrichtung verläuft, oder im wesentlichen parallel
zu dieser.
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Eine konstruktiv sehr einfach gestaltete
Variante sieht vor, dass die Bremseinrichtung auf einer im wesentlichen
längs zur
Aufziehrichtung der Kardiergarnitur gegen eine Anschlageinrichtung
bewegbar angeordnete Schlittenkonstruktion angeordnet ist, wobei
die Kraftmesseinrichtung zumindest bei einem Aufziehvorgang die
Abstützkraft
der Schlittenkonstruktion an der Anschlageinrichtung messbar ausgestaltet
ist. Die Schlittenkonstruktion ist bei einer solchen Anordnung bestrebt,
sich durch die Vorspannkraft zu verschieben. Dies wird jedoch durch
die Anschlagkonstruktion verhindert. Die Kraft die dabei die Schlittenkonstruktion
auf die Anschlageinrichtung ausübt,
wird dann gemessen und ist ein unmittelbares Maß für die Vorspannkraft. Zur Ausgestaltung
der Schlittenkonstruktion und der Anschlageinrichtung gibt es die
vielfältigsten
Möglichkeiten.
Die Schlittenkonstruktion könnte
auch gegen eine Feder wirken. Bevorzugt sollte die Schlittenkonstruktion
so ausgeführt
werden, dass außer
der Verschiebekraft möglichst
wenig andere Krafteinflüsse
auf diese wirken. Sollte dies nicht immer gewährleis tet sein, so muss durch
andere Maßnahmen
(z.B. gute Leichtgängigkeit
einer Schlittenführung)
diesem entgegengewirkt werden.
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Als besonders robuste Ausführungsform
gestaltet sich die Verwendung eines DMS-Kraftaufnehmers als Kraftmesseinrichtung.
Dieser DMS-Kraftaufnehmer ist in der Lage, die erforderlichen Kräfte zu übertragen
und dabei zu messen. Darüber
hinaus handelt es sich um ein handelsübliches Produkt, dass für den gewollten
Einsatzzweck sehr leicht und kostengünstig erhaltbar ist.
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Bevorzugt kann zumindest ein Teil
der Kraftmesseinrichtung zwischen der Schlittenkonstruktion und
der Anschlageinrichtung angeordnet sein. Die gesamte Kraft wird
dann durch diesen Teil der Kraftmesseinrichtung hindurch geleitet
und steht für
den Messvorgang zu Verfügung.
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Eine sehr gute Leichtgängigkeit
der Schlittenkonstruktion kann gemäß einer Variante dadurch erzielt
werden, dass die Schlittenkonstruktion mindest eine, auf mindest
einer zylindrischen Stange geführte
Kugelbüchse
umfasst. Bei solchen Kugelbüchsen
mit zugehöriger
Stangenführung
handelt es sich um Standardbauteile, die ebenfalls sehr leicht beziehbar
sind. Darüber
hinaus können
Kugelbüchsen auch
zum gewissen Grad Kippkräfte
ausgleichen, so dass die Schlittenführung nicht zwingend in einer Ebene
mit der Kardiergarnitur verlaufen muss. Die Leichtgängigkeit
der Führung
sorgt dafür,
dass die Kraft möglichst
ohne zusätzlicher
Einflüsse
und Verluste gemessen werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann
die Bremseinrichtung auf die Kardiergarnitur einwirkbare Bremsbacken
umfassen, die zumindest einen Bremsbelag aus einem Keramikwerkstoff
aufweisen. Bislang wurden Hartmetallbremsbacken eingesetzt. Der
Erfinder hat nunmehr erkannt, dass die Verwendung von Keramikwerkstoffen
beim Aufziehvorgang nochmals eine Verbesserung bewirkt. An dieser
Stelle sei angemerkt, dass der Gegenstand des Anspruchs 6 auch unabhängig vom
Anspruch 1 selbstständig
Schutz genießen
könnte.
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Des Weiteren kann eine Aufzeichnungsvorrichtung
vorgesehen sein, die zumindest bereichsweise den durch die Kraftmesseinrichtung
gemessenen Kraftverlauf während
des Aufziehvorgangs aufzeichnend ausgestaltet ist. Hierdurch ist
es möglich, den
Aufzieh vorgang zu dokumentieren und nachzuvollziehen, ob über den
gesamten Aufziehvorgang die notwendige Vorspannung erzeugt wurde.
Hierbei kann es sich um einen Datenlogger handeln, der nach dem
Aufziehungsvorgang abgenommen und an anderer Stelle ausgegeben werden
kann. Dadurch bleibt die Vorrichtung unempfindlich gegenüber dem sehr
stark mit Schmutz behafteten Arbeitsumfeld.
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Des Weiteren kann der Datenlogger
mit einem Dynamo verbunden sein, der zumindest während des Aufziehvorgangs von
einem sich drehenden Bestandteil der Vorrichtung angetrieben ist
und der Datenlogger mit Strom versorgbar ausgestaltet ist. Um möglichst
empfindliche elektrische Verbindungen zu einer Auslesevorrichtung
zu vermeiden, ist in vielen Fällen
ein Akkubetrieb des Datenloggers von Vorteil. Allerdings dürften die
meisten Akkumulatoren die doch recht langen Aufziehvorgänge durchhalten
können,
sofern sich das Akkumulatorvolumen in Grenzen halten soll. Hier
kann zusätzlich
eine Unterstützung
z.B. über
einen Dynamo vorgesehen sein. Auch besteht die Möglichkeit, die Stromversorgung
ausschließlich über einen
Dynamo vorzusehen, gegebenenfalls unter Verwendung eines Kondensators
als Pufferspeicher. Zum Antrieben des Dynamos gibt es bei der Aufziehvorrichtung
eine Reihe von Antriebsmöglichkeiten
für den
Dynamo. Bevorzugt erfolgt der Antrieb des Dynamos in möglichst
unmittelbarer Nähe
der Messwerterfassung. Ein Antrieb des Dynamos könnte daher z.B. durch die Kardiergarnitur
führende
Führungsrollen
als Bestandteil oder in der Nähe
der Bremseinrichtung erfolgen.
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Hierzu kann vorgesehen werden, dass
die Aufzeichnungsvorrichtung die Aufziehgeschwindigkeit während des
Aufziehvorganges aufzeichnend ausgestaltet ist. Die Aufziehgeschwindigkeit
ist ein weiterer Verfahrensparameter, der eine entscheidende Rolle
für die
Qualität
der aufgezogenen Kardiergarnitur widerspiegelt. Darüber hinaus
besteht die Möglichkeit, über einen
Temperatursensor auch die Temperatur im Bremsbereich zu erfassen
und diese Daten ebenfalls einfließen zu lassen.
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Wenn gemäß einer Variante die Bremseinrichtung
eine Steuer- und/oder Regeleinheit umfasst, durch die die Bremswirkung
an die Aufwickelvorspannung automatisch anpassbar ist, dann lassen sich
die erfassten Daten für
die Steuerung bzw. Regelung der Bremseinrichtung verwenden. Die
Bremswirkung kann hierdurch immer an die optimalen Betriebsbedingungen
angepasst und ein gutes Aufziehergebnis erreicht werden.
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Darüber hinaus kann die Walzenantriebseinheit
in den Steuer- und/oder Regelkreis der Steuer- und/oder Regeleinheit
eingebunden sein und die Walzenantriebseinheit beim automatischen
Anpassen an die vorbestimmte Aufwickelvorspannung ansteuerbar bzw.
regelbar sein.
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Das Einfließenlassen von Betriebszuständen der
Walzenantriebseinheit, insbesondere der Aufziehgeschwindigkeit in
die Steuer oder Regelung stellt eine Verbesserung der Qualitätssicherung
dar. Hierzu sei auch erwähnt,
dass die Temperatur der Kardiergarnitur im Bremsbereich in die Steuerung bzw.
Regelung einfließen
könnte.
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Im folgenden wir ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Aufwickelvorrichtung in einer Seitenansicht,
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2 eine
Brems- und Führungseinrichtung, wie
sie bei einer Aufwickelvorrichtung gemäß 1 zum Einsatz kommt und
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3 eine
schematische Draufsicht der Brems- und Führungseinrichtung aus 2.
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Die in 1 dargestellte
Aufwickelvorrichtung 1 umfasst im wesentlichen eine Haltestation 2 für eine Vorlagespule 3,
auf der eine sägezahndrahtförmige Kardiergarnitur
flach aufgewickelt ist, eine Brems- und Führungseinrichtung 5 sowie
eine Walze 6. Die Walze 6 wird über einen
Motor 7 und eine Transmissionseinrichtung 8 im
Uhrzeigersinn angetrieben. Der Motor 7 verfügt über eine
Steuer- und Regeleinrichtung 9, wodurch die Geschwindigkeit
der Walze 6 sowie die Drehrichtung gesteuert werden können. Die
Brems- und Führungseinrichtung 5 umfasst
eine Steuer- und Regeleinrichtung 10, die für eine bestimmte
Bremswirkung sorgt. Die Steuer- und Regeleinrichtung 9 und
die Steuer- und Regeleinrichtung stehen miteinander in Wirkverbindung.
In einer weiteren Ausführungsform
können
diese auch als Einheit zum Ansteuern sowohl der Brems- und Führungseinrichtung 5 als
auch des Motors 7 verwendet werden.
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Von der auf einem Lagerbock 11 angeordneten
Vorlagespule 3 wird die sägezahndrahtförmige Kardiergarnitur 4 abgewickelt,
dann durch die Brems- und Führungseinrichtung 5 hindurchgeführt und
auf den Außenumfang
der Walze 6 aufgewickelt. Die Kardiergarnitur 4 verläuft dann
nach dem Aufwickelvorgang schraubenförmig am Außenumfang der Walze 6 um.
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Die Brems- und Führungseinrichtung 5 ist
in der 1 schematisch
als Kasten dargestellt. Anhand der 2 und 3 wird dieses im größeren Detail näher erläutert.
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Die Brems- und Führungseinrichtung 5 soll im
Zusammenspiel mit der Walze 6 und hier insbesondere über den
Walzenantrieb, den Motor 7, eine Vorspannung in dem Bereich 12 der
Kardiergarnitur 4 aufbringen. Diese Vorspannung sorgt für ein gleichmäßiges und
dauerhaftes Aufwickeln bzw. Aufziehen der Kardiergarnitur 4.
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Die in 2, 3 dargestellte Brems- und
Führungseinrichtung 5 umfasst
einen Aufzieharm 13, der an seinem einen Ende eine Laufführung 14 aufweist, die
auf einem Läuferrohr 15 axial
verschiebbar angeordnet ist. Hierdurch lässt sich der Aufzieharm 13 entsprechend
der jeweils aufzuwickelnden Position auf der Walze 6 nachführen.
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Am gegenüberliegenden Ende weist der
Aufzieharm 13 einen Führungsfinger 16 auf,
der für
eine genaue Platzierung der Kardiergarnitur 4 auf der Walze 6 sorgt.
Der Führungsfinger 16 weist
selbst ein Langloch 17 auf, dass wiederum ein Langloch 18 am Ende
des Aufzieharms 13 kreuzt, so dass über eine Verschraubung 19 eine
Einstellung des Führungsfingers 16 erfolgen
kann. In der Nähe
der Läuferführung 14 ist
die eigentliche Bremseinheit 20 angeordnet. Die Bremseinheit 20 weist
zwei relativ zueinander verschiebbare Bremsbacken 21 auf,
die jeweils einen Bremsbelag aus einem Keramikwerkstoff aufweisen. Eine
der beiden Bremsbacken 21 ist über eine Feder 22 und
einen Einstellmechanismus 23 verstellbar ausgeführt, so
dass die Bremskraft verstellt werden kann. Nachfolgend den Bremsbacken 21 ist
eine sogenannte Richteinheit 24 als Bestandteil der Bremseinheit 20 vorgesehen.
Diese Richteinheit 24 weist auf einer Seite drei Richtrollen 25 mit
vertikalen Drehachsen und zwei gegenüberliegende Andrückrollen 26 mit
ebenfalls vertikalen Drehachsen auf. Die Andrückrollen 26 sind über die
Einstellschrauben 27 auf die Richtrollen 25 zu-
oder wegbewegbar angeordnet. Hierdurch erhält die Garnitur eine gewünschte Ausrichtung
nach Durchlaufen der erhält
die Garnitur eine gewünschte
Ausrichtung nach Durchlaufen der Bremsbacken 21.
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Die gesamte Bremseinheit 20 ist
auf einer Schlittenkonstruktion 28 angeordnet. Die Schlittenkonstruktion 28 umfasst
einen Schlitten 29, der an seiner Unterseite einen Kugelbüchsenfortsatz 30 aufweist.
In dem Kugelbüchsenfortsatz 30 ist
eine Kugelbüchse 31 angeordnet,
die auf einer zylindrischen Führungsstange 32 axial
verschiebbar angeordnet ist. Die Verschiebbarkeit des Schlittens 29 über die Kugelbüchse 31 und
die Führungsstange 32 erfolgt im
wesentlichen parallel zur durch die Bremseinheit 20 geführten Kardiergarnitur.
Die Führungsstange 32 ist
in einer Anschlagskonstruktion 33 angeordnet, so dass der
Verschiebeweg des Schlittens 29 begrenzt ist. Zwischen
dem Kugelbüchsenfortsatz 30 und
einer Anschlagfläche
der Anschlagskonstruktion 33 ist ein DMS-Kraftaufnehmer 34 angeordnet.
Dieser DMS-Kraftaufnehmer 34 ist in der Lage, die Verschiebekraft
der Bremseinheit 20, mit der dieser gegen die Anschlagskonstruktion 32 gerückt wird,
zu messen. Der DMS-Kraftaufnehmer 34 ist fest mit der Anschlagkonstruktion 33 verbunden,
während
sich ihr Schlitten an der Anschlagkonstruktion abstützt. Des Weiteren
ist der DMS-Kraftaufnehmer 34 mit den Steuer- und Regeleinrichtungen 9 und 10 gekoppelt, so
dass zumindest eine Anzeige vorhanden ist, die dem Bediener mitteilt,
ob die gewünschte
Vorspannung eingehalten wird. In einer weiteren Ausgestaltung könnte auch
eine Aufzeichnungseinrichtung vorgesehen sein, die entsprechend
den Kraftverlauf dokumentiert. Auch besteht die Möglichkeit
die Aufziehgeschwindigkeit ebenfalls festzuhalten.
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Im Folgenden wird die Wirkungs- und
Funktionsweise der Aufziehvorrichtung näher erläutert. Die Kardiergarnitur 4 wird
von der Vorlagespule abgezogen und durch die Bremseinheit 20 hindurchgeführt. Hierbei
wird die Kardiergarnitur zwischen den Bremsbacken 21 eingefädelt und
durch die Richteinheit 24 hindurchgeführt. Anschließend wird
der Führungsfinger 16 so
eingestellt, dass er an der Walze 6 mit der Kardiergarnitur 4 in
Eingriff kommt, und zwar genau an der Stelle, wo diese auf die Walze 6 auftrifft.
Der Anfang der Kardiergarnitur 4 wird dann mit der Walze 6 verbunden,
bevorzugt verschweißt.
Anschließend wird über den
Einstellmechanismus 23 die Bremskraft eingestellt. Über die
Einstellschrauben 27 wird die Richteinheit 24 in
die richtige Position gebracht.
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Wird die Vorrichtung nunmehr durch
Antreiben der Walze 6 über
den Motor 7 in Bewegung gesetzt, so gleitet die Kardiergarnitur 4 durch
die entsprechend eingestellten Bremsbacken 21 hindurch. Da
dies mit Reibung erfolgt, wird auf die Schlittenkonstruktion 28 eine
Kraft ausgeübt,
durch die die Schlittenkonstruktion 20 verschoben werden
soll. Allerdings steht der Schlitten unmittelbar mit der Anschlagkonstruktion 33 unter
der Zwischenschaltung des DMS-Kraftaufnehmers in Anschlag. Die Kraft wird
gemessen und ist ein direktes Maß für die Vorspannkraft im Abschnitt 12 der
Kardiergarnitur 4. Durch ein einfache Anzeige könnte nunmehr
indiziert werden, ob sich die Vorspannkraft im richtigen Wertebereich
befindet. Ist dies nicht der Fall muss über den Einstellmechanismus 23 die
Bremskraft gelöst oder
fester angezogen werden.
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Die Verstellung der Bremsbacken 21 könnte auch
automatisch erfolgen, dann ließe
sich die Verstellung der Bremsbacken 21 in einen Regelkreis
einbinden. Bestandteil dieses Regelkreises könnte auch ein Temperatursensor
sein, der die Temperatur der Kardiergarnitur im Bereich der Bremsbacken 21 misst.
Dieser überwacht
dann, ob eine unzulässige Erwärmung der
Kardiergarnitur, stattgefunden hat.
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Bei Verwendung einer Aufzeichnungseinrichtung
könnten
für jeden
Aufziehvorgang ein Aufziehprotokoll erstellt werden, anhand dessen
nachher ersichtbar wird, ob eine ordnungsgemäße Aufziehung erfolgt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann
als Aufzeichnungseinrichtung auch ein Datenlogger vorgesehen sein,
der in der Brems- und Führungseinrichtung 5 integriert
ist. Dieser zeichnet z.B. den Kraftverlauf während des Aufziehvorgangs auf und
kann nach dem Aufziehvorgang entnommen und an anderer Stelle ausgelesen
werden. Bevorzugt kann der Datenlogger hierzu einen Akkubetrieb
aufweisen. Zur Unterstützung
kann gemäß einer
weiteren Variante aber auch vorgesehen sein, dass eine Stromversorgung über einen
Dynamo erfolgt, der ebenfalls Bestandteil der Brems- und Führungseinrichtung 5 sein
kann. Ein Antrieb des Dynamos könnte
z.B. über
die Richtrollen 25 und Andrückrollen 26 erfolgen.
Aber auch andere bevorzugt sich drehende Teile der Aufziehvorrichtung,
insbesondere der Brems- und Führungseinrichtung 5,
sind hierzu geeignet. Über
einen Dynamo kann auch die komplette Stromversorgung ohne Akkubetrieb
des Datenloggers erfolgen. Die Zwischenschaltung eines Speicherkondensators
wäre ebenfalls
denkbar.