Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Verfestigung und Strukturierung von Vliesen ist es bekannt, eine Faserbahn mit einer Vielzahl von Nadeln zu durchstoßen, wobei die Nadeln in einer oszillie- renden Auf- und Abwärtsbewegung geführt sind. Bei dem Vorgang werden die Nadeln mit einer oszillierenden Vertikalbewegung geführt, um das Fasermaterial in der Faserbahn zu verfestigen. Bei diesem Vorgang wird die Faserbahn mit einem Vorschub stetig vorwärts bewegt. Um insbesondere bei höheren Produktionsgeschwindigkeiten während des Eintauchens der Nadeln keine ungewünschten Relativbewegungen zwischen den Nadeln und den Fasern zu erhalten, die beispielsweise zu einem Verzug oder einer Langlochbildung im vernadelten Material führen, werden die Nadeln mit einer überlagerten horizontalen Bewegung geführt. Eine derartige Vorrichtung zum Vernadeln der Faserbahn ist beispielsweise aus der EP 0 892 102 Al bekannt.

Die bekannte Vorrichtung weist einen Balkenträger auf, an dessen Unterseite zwei nebeneinander angeordnete Nadelbalken zur Aufnahme einer Vielzahl von Nadeln gehalten sind. Der Balkenträger ist beweglich gehalten, wobei ein Vertikalantrieb zur oszillierenden Bewegung des Balkenträgers in einer Auf- und Abwärtsbewe- gung und ein Horizontalantrieb zur oszillierenden Bewegung des Balkenträgers in einer geradlinigen Hin- und Herbewegung vorgesehen sind. Der Vertikalantrieb weist mehrere Exzenterwellen und mehrere durch die Exzenterwellen geführte Pleuelstangen auf, die mit ihren freien Enden an dem Balkenträger angreifen. Der Horizontalantrieb besitzt zumindest einen Horizontallenker, der mit einem Ende mit dem Balkenträger verbunden ist und mit einem gegenüberliegenden Ende einem Exzenterantrieb zugeordnet ist. Um den Hub der Horizontalbewegung des

Balkenträgers verändern zu können, weist die bekannte Vorrichtung verschiedene Verstellmöglichkeiten auf. Bei einer ersten Verstellmöglichkeit wird der Horizontallenker über eine Kipphebelkinematik mit einer an einer Exzenterwelle geführten Pleuelstange gekoppelt. Das freie Ende der Pleuelstange ist lösbar mit der Kipphebelkinematik verbunden, so dass eine Schwingebewegung je nach Lage des Angriffspunktes der Pleuelstange am Kipphebel verstellbar ist. Damit lässt sich jedoch eine Verstellung des Horizontalhubes nur bei stillstehendem Exzenterantrieb ausführen. Zudem ist eine Eingriff und Veränderung der Kinematik erforderlich, welche zur Kraftübertragung an dem Balkenträger angreift.

Bei einer weiteren Ausführung der bekannten Vorrichtung wird die oszillierende Horizontalbewegung über zwei parallel laufende Exzenterantriebe an dem Horizontallenker eingeleitet. Hierbei werden die parallel geführten Pleuelstangen über ein Koppelglied und eine Getriebekinematik mit dem Horizontallenker verbun- den, wobei eine je nach Phasenlage der Exzenterwellen der Exzenterantriebe resultierende Bewegungsamplitude erzeugt wird. Damit lässt sich zwar eine Verstellung des Horizontalhubes während des Betriebes verändern, jedoch nur mit einem erheblichen apparativen Aufwand, der bei Großanlagen zu einem erheblichen Raumbedarf der gesamten Vorrichtung führt. So sind zumindest zwei separate Exzenterantriebe erforderlich, um nur eine horizontale Hin- und Herbewegung am Balkenträger auszuführen.

Die bekannte Vorrichtung basiert somit auf mechanisch sehr aufwändige und teilweise in Betrieb nicht verstellbare Antriebseinrichtungen, um überlagert zu einer Vertikalbewegung den Balkenträger in einer Hin- und Herbewegung mit veränderlichem Horizontalhub zu führen.

Aus der DE 100 43 534 Al ist eine weitere Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn bekannt, bei welcher der Balkenträger durch ein Schwenkrohr gebildet ist, das relativ zu einer Schwenkachse hin- und hergeschwenkt wird. Insoweit wird der Balkenträger über ein Schwenkgetriebe relativ zu der Schwenkachse

verschwenkt. Die Vorrichtung sowie das Schwenkgetriebe sind daher nicht geeignet, um eine geradlinige Hin- und Herbewegung des Balkenträgers in horizontaler Richtung auszufuhren.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn der eingangs genannten Art mit einem möglichst kompakten und im mechanischen Aufbau einfachen Horizontalantrieb auszuführen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Horizontalantrieb mit einer flexiblen und einfachen Hubverstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Getriebekinematik und der Exzenterantrieb an einem Getriebeträger angeordnet sind, welcher zur Einstellung eines Horizontalhubes verstellbar an einem Maschinengestell gehalten ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass zur Einstellung des Horizontalhubes kein Eingriff in die Getriebekinematik oder dem Exzenterantrieb erforderlich ist. Sowohl die Getriebekinematik als auch der Exzenterantrieb sind nur derart auszulegen, dass eine an dem Horizontallenker des Balkenträgers oszillierende Schubkraft erzeugt wird. Die durch die Getriebekinematik und dem Exzente- rantrieb an dem Horizontallenker erzeugte Amplitude der Horizontalbewegung wird ausschließlich durch die Stellung des Getriebeträgers bestimmt. Damit lassen sich auch vorteilhaft Hubverstellungen oder Korrekturen einer Hubeinstellung während des Betriebes ausführen. Die an dem Getriebeträger gehaltene Getriebekinematik sowie der an dem Getriebeträger angeordnete Exzenterantrieb sind in ihrer Relativlage zueinander durch ihre Fixierung am Getriebeträger bestimmt. Lediglich die Relativlagen der Getriebekinematik und des Exzenterantriebes ge-

genüber dem Balkenträger lässt sich durch Verstellung des Getriebeträgers ändern.

Zur Verstellung des Getriebeträgers ist dieser vorzugsweise gemäß einer vorteil- haften Weiterbildung der Erfindung durch ein Getriebeträgerlager drehbar an dem Maschinengestell gelagert. Dabei lässt sich der Getriebeträger mittels einer Fixiereinrichtung in mehrere beliebige Betriebspositionen am Maschinengestell fixieren, so dass in jeder Betriebsposition des Getriebeträgers eine stabile übertragung der Horizontalbewegung auf den Horizontallenker möglich ist.

Um einerseits einen großen Hubbereich des Balkenträgers abdecken zu können und andererseits eine individuelle Einstellung des Horizontalhubes zu ermöglichen, ist der Getriebeträger vorzugsweise um einen Drehwinkel im Bereich von 0° bis 90° schwenkbar ausgeführt. So lässt sich beispielsweise bei der Drehwinkel- einstellung von 90° keine Hubbewegung an dem Horizontallenker erzeugen, so dass der Horizontallenker in dieser Betriebsstellung des Getriebeträgers durch die Getriebekinematik und den Exzenterantrieb zu einer reinen Vertikalbewegung angetrieben wird. Dagegen würde ein Drehwinkel von 0° die Relativlagen der Getriebekinematik und des Exzenterantriebes in Relation zu dem Balkenträger derart verändern, dass der Horizontallenker mit einem maximalen Hub in horizontaler Richtung hin- und herführbar ist.

Die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher der Getriebeträger als ein Gehäuse ausgebildet ist, in welchem zumindest Teile der Getriebekinematik und des Ex- zenterantriebes gekapselt sind, ist bevorzugt eingesetzt, um gleichzeitig die Lager und Drehgelenke der Getriebekinematik sowie des Exzenterantriebes gegenüber der Umgebung abzuschirmen. So lassen sich vorteilhaft Schmiersysteme innerhalb des Gehäuses integrieren.

Die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher die Getriebekinematik durch eine Schwinge gebildet ist, hat den besonderen Vorteil, dass der Horizontallenker un-

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mittelbar über ein Drehgelenk mit dem Exzenterantrieb koppelbar ist, so dass zur Kraftübertragung keine weiteren Getriebeglieder erforderlich sind. Hierzu weist die Schwinge zwei Koppeldrehgelenke auf, die mit dem Exzenterantrieb und dem Horizontallenker verbunden sind. Mit einem Ende wird die Schwinge durch ein Gestelldrehgelenk an dem Getriebeträger gehalten. Somit lassen sich vorteilhaft auch schnelle Horizontalbewegungen des Balkenträgers sicher ausführen, die insbesondere hohe Durchlaufgeschwindigkeiten der Faserbahn und damit hohe Produktionsleistungen ermöglichen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Horizontallenker mit seinem Ende in einem mittleren Bereich des Balkenträgers angeordnet und durch ein Drehgelenk mit dem Balkenträger verbunden. Damit lassen sich unabhängig von der Vertikalbewegung des Balkenträgers die zur horizontalen Auslenkung eingebrachten Schub- und Zugkräfte unmittelbar an dem Balkenträger ein- bringen. Eine auf den Balkenträger wirkende Belastung durch Biegemomente lässt sich dadurch vermeiden.

Im besonderen Maße ist die Lage des Horizontallenkers dazu geeignet, eine Führung des Balkenträgers in Längsrichtung wahrzunehmen. Hierzu ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Horizontallenker im Wesentlichen parallel zu einer Querseite des Balkenträgers angeordnet und mit einer versteifenden Formgebung ausgeführt, so dass der Balkenträger in Längsrichtung geführt ist. So lässt sich beispielsweise die Vorrichtung auch mit nicht aktiviertem Horizontalantrieb sicher betreiben. In diesem Fall würde der Balkenträger nur durch den Vertikalantrieb zu einer Auf- und Abwärtsbewegung angetrieben.

Bei Ausbildung des Exzenterantriebes durch eine angetriebene Exzenterwelle oder alternativ durch eine angetriebene Kurbelwelle und einer mit der Welle verbundene Pleuelstange, die mit ihrem freien Ende an dem Koppeldrehgelenk gehal- ten ist, lässt sich die Auslenkung des Balkenträgers im wesentlichen durch Druckkräfte in der Pleuelstange und dem Horizontallenker einleiten. Die Wahl, ob der

Exzenterantrieb mit einer Exzenterwelle oder mit einer Kurbelwelle auszubilden ist, wird im Wesentlichen durch die Größe der translatorischen Bewegung durch den Exzenterantrieb bestimmt. So lassen sich größere translatorische Bewegungen bevorzugt durch eine Kurbelwelle erzeugen.

Um eine qualitativ hochwertige Vernadelung der Faserbahn zu erhalten, werden die Nadeln in Vertikalrichtung vorzugsweise gemäß der Weiterbildung der Erfindung mit einem Vertikalantrieb angetrieben, welcher durch zwei Exzenterantriebe gebildet ist, die jeweils eine Exzenterwelle oder Kurbelwelle und eine mit der Welle verbundene Pleuelstange aufweisen. Die Pleuelstangen sind mit ihren freien Enden über Drehgelenke mit dem Balkenträger verbunden. Ein derartiger Vertikalantrieb bietet eine hohe Flexibilität in Einstellung und Führung des Nadelbalkens, um unterschiedliche Vliesbahnen mit unterschiedlichen Fasern produktspezifisch zu vernadeln.

Um insbesondere die Vertikalbewegung und die Horizontalbewegung aufeinander abzustimmen, werden die Exzenter oder Kurbelwellen des Horizontalantriebes und die Exzenter oder Kurbelwellen des Vertikalantriebes synchron mit gleichen Drehzahlen angetrieben. Damit ist die Möglichkeit gegeben, dass die in der Fa- serbahn eingetauchten Nadeln durch den Balkenträger in Laufrichtung der Faserbahn bewegt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend in der Fig. 1 dargestellt.

In Fig. 1 ist das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vernadeln einer Faserbahn schematisch gezeigt. Die Vorrichtung weist einen Balkenträger 2 auf, der an seiner Unterseite zwei Nadelbalken 1.1 und 1.2 hält. Jeder der Nadelbalken 1.1 und 1.2 hält an seiner Unterseite ein Nadelbrett 3 mit einer Vielzahl von Nadeln 4. Den Nadelbrettern 3 mit den Nadeln 4 ist eine Bettplatte 24 und ein Abstreifer 25 zugeordnet, wobei zwischen der Bettplatte 24 und dem

Abstreifer 25 eine Faserbahn 26 mit im wesentlichen konstanter Vorschubgeschwindigkeit geführt wird. Die Bewegungsrichtung der Faserbahn 26 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.

An dem Balkenträger 2 greift ein Vertikalantrieb 6 an. Durch den Vertikalantrieb 6 wird der Balkenträger 2 in vertikaler Richtung oszillierend bewegt, so dass die Nadelbalken 1.1 und 1.2 mit den Nadelbrettern 3 eine Auf- und Abwärtsbewegung ausführen. Der Vertikalantrieb 6 ist durch zwei parallel angeordnete Exzenterantriebe 9.1 und 9.2 gebildet. Die Exzenterantriebe 9.1 und 9.2 weisen zwei parallel nebeneinander angeordnete Kurbelwellen 8.1 und 8.2 auf, die oberhalb des Balkenträgers 2 angeordnet sind. Die Kurbelwellen 8.1 und 8.2 sind jeweils mit einer Pleuelstange 7.1 und 7.2 verbunden. Die Pleuelstangen 7.1 und 7.2 sind mit ihren freien Enden über zwei Pleueldrehgelenke 28.1 und 28.2 mit dem Balkenträger 2 verbunden. Die Kurbelwelle 8.1 bildet mit der Pleuelstange 7.1 und die Kurbelwelle 8.2 mit der Pleuelstange 7.2 jeweils einen der Exzenterantriebe 9.1 und 9.2, um den Balkenträger 2 in einer Auf- und Abwärtsbewegung zu führen. Die Kurbelwellen 8.1 und 8.2 sind in einem Maschinengestell 29 drehbar gelagert und mit einem hier nicht dargestellten Antrieb verbunden. Die Kurbelwellen 8.1 und 8.2 werden gleich - oder gegensinnig synchron angetrieben, so dass der Balkenträger 2 zumindest annähernd parallel geführt ist.

Zur Einleitung einer horizontalen Bewegung des Balkenträgers 2 und damit der Nadelbalken 1.1 und 1.2 greift ein Horizontallenker 10 über ein Balkendrehgelenk 27 an dem Balkenträger 2 an. Mit seinem gegenüberliegenden freien Ende ist der Horizontallenker 10 mit einem Horizontalantrieb 5 gekoppelt. Das Balkendrehgelenk 27 zur Anbindung des Horizontallenkers 10 ist in dem mittleren Bereich des Balkenträgers 2 angeordnet. Die Pleueldrehgelenke 28.1 und 28.2 zur Anbindung des Vertikalantriebes 6 liegen symmetrisch zu dem Balkendrehgelenk 27, so dass unabhängig von der Vertikalbewegung des Balkenträgers die zur horizontalen Auslenkung eingebrachten Schub- und Zugkräfte unmittelbar an dem Balkenträ-

ger 2 wirken. Es lassen sich somit Belastungen durch Biegemomente an dem Balkenträger 2 vermeiden.

Das gegenüberliegende Ende des Horizontallenkers 10 ist über eine Getriebeki- nematik 11 mit einem Exzenterantrieb 12 gekoppelt. Der Horizontallenker 10 ist horizontal ausgerichtet, wobei das Balkendrehgelenk 27 am Balkenträger 2 auf einer horizontalen Gerade geführt ist. Die Anlenkung des Balkenträgers 2 erfolgt daher immer vom gleichen Punkt aus.

Die Getriebekinematik 11 weist eine Schwinge 17 auf, die über ein erstes Koppeldrehgelenk 18.1 am freien Ende mit dem Exzenterantrieb 12 und mit einem zweiten Koppeldrehgelenk 18.2 im mittleren Bereich mit dem Horizontallenker 10 verbunden ist. Der Exzenterantrieb 12 weist hierzu eine Pleuelstange 21 auf, die mit einem freien Ende an dem Koppeldrehgelenk 18.1 angeordnet ist und am gegenüberliegenden Ende an einer Kurbelwelle 20 geführt ist. Die Kurbelwelle 20 ist an einem Kurbellager 22 gelagert, wobei das Kurbellager 22 an einem Getriebeträger 13 ausgebildet ist. Die Kurbelwelle 20 wird über einen hier nicht dargestellten Antrieb angetrieben.

Die Schwinge 17 ist mit ihrem gegenüberliegenden Ende über ein Gestelldrehgelenk 19 an dem Getriebeträger 13 gehalten. Der Getriebeträger 13 ist über ein Getriebeträgerlager 14 drehbar mit dem Maschinengestell 23 verbunden. An einem Schwenkende des Getriebeträgers 13 ist eine Fixiereinrichtung 15 an dem Maschinengestell 23 vorgesehen, durch welche der Getriebeträger 13 in einer von mehreren Betriebsstellungen fixierbar ist. Die Fixiereinrichtung 15 lässt sich beispielsweise durch eine Führungsbahn 30 und einem Arretierungsmittel 31 ausbilden, um den Getriebeträger 13 in beliebiger Winkellage relativ zum Getriebeträgerlager 14 im Maschinengestell 23 zu fixieren.

Durch Verstellung des Getriebeträgers 13 am Maschinengestell 23 werden die Relativlagen der Getriebekinematik 11 und des Exzenterantriebes 12 gegenüber

dem Balkenträger 2 verändert. Damit ändert sich auch die Lage der Schwinge 17 in Relation zu dem Horizontallenker 10, so dass die durch den Exzenterantrieb 12 an der Schwinge 17 erzeugte Schwingenbewegung je nach Stellung der Schwinge 17 mit unterschiedlicher Amplitude auf den Horizontallenker 10 übertragen wird. Je nach Stellung des Getriebeträgers 13 und damit je nach Lage der Schwinge 17 in Relation zu dem Horizontallenker 10 lassen sich Hübe in Horizontalbewegung beliebig einstellen. So wird der Getriebeträger 13 bevorzugt um einen Drehwinkelbereich des Drehwinkels α von 0° bis 90° verstellt. Damit lässt sich erreichen, dass die Schwinge 17 in einem Extrem keine Hubbewegung in horizontaler Rich- tung auf den Horizontalträger überträgt. In dieser Stellung ist die Schwinge 17 im Wesentlichen mit dem Horizontallenker 10 ausgerichtet. Der Getriebeträger ist in dem Fall auf einen Drehwinkel α von 90° eingestellt. In einer zweiten Extremstellung, bei welcher die Schwinge im Wesentlichen orthogonal zu dem Horizontallenker 10 steht, wird ein maximaler Hub der Horizontalbewegung an dem Balken- träger 2 eingestellt. Diese Einstellung der Schwinge lässt sich durch Einstellung des Getriebeträgers 13 auf einen Drehwinkel α von 0° erreichen. In der Fig. 1 ist eine Zwischenlage dargestellt, wobei der Drehwinkel mit dem Bezugszeichen α eingetragen ist.

Unabhängig von der Stellung des Getriebeträgers 13 bleibt die an der Schwinge 17 eingeleitete Bewegungsamplitude durch die Pleuelstange 21 und die Kurbelwelle 20 am Koppeldrehgelenk 18.1 unverändert. Lediglich die übertragung der Bewegungsamplitude der Schwinge 17 auf den Horizontallenker 10 im Koppeldrehgelenk 18.2 ändert sich.

Um während der oszillierenden Bewegung des Balkenträgers 2 in horizontaler Richtung eine Veränderung des Hubes vornehmen zu können, wird die Fixiereinrichtung 15 am Maschinengestell 23 gelöst und der Getriebeträger 13 wird durch Drehung um das Getriebeträgerlager 14 in eine neue Betriebsposition versetzt. So lassen sich der in Fig. 1 dargestellten Stellung heraus größere oder kleinere Hübe an dem Balkenträger 2 einstellen. Um den jeweiligen Hub zu vergrößern, würde

das Schwenkende des Getriebeträgers 13 im Uhrzeigersinn verstellt. Für einen kleineren Hub in horizontaler Richtung würde das Schwenkende des Getriebeträgers 13 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt.

Unabhängig von der Einstellung des Getriebeträgers 13 bleibt eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung des Horizontallenkers 10 über den gesamten Verstellbereich des Getriebeträgers 13 erhalten. Der Horizontallenker 10 ist somit besonders geeignet, um die Führung des Balkenträgers in Längsrichtung auszuführen. Hierzu besitzt der Horizontallenker 10 eine versteifende Formgebung, die in diesem Ausführungsbeispiel nicht näher dargestellt ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Getriebeträger 13 als ein Gehäuse 16 ausgebildet, in welchem die Teile der Getriebekinematik 11 und des Exzenterantriebes 12 im Wesentlichen gekapselt sind. Damit lassen sich ins- besondere die Drehgelenke und Lager der Getriebekinematik 11 und des Exzenterantriebes 12 mit einem Schmiersystem verbinden, das innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet ist und somit gegenüber der Umgebung insbesondere gegenüber einer Faserbahn abgeschirmt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Vertikalantrieb sowie der Horizontalantrieb durch Exzenterantriebe gebildet, bei welchem die oszillierenden Bewegungen durch Kurbelwellen erzeugt werden. Selbstverständlich lassen sich derartige Exzenterantriebe auch durch drehbar gelagerte Exzenterwellen ausbilden, die am Umfang mit einem Pleuel- knöpf einer Pleuelstange verbunden sind. Für die Erfindung ist es zudem unerheblich, in welche Art und Weise der Exzenterantrieb und die Getriebekinematik des Horizontalantriebes ausgebildet sind. Wesentlich hierbei ist, dass beide Einheiten an einem verstellbaren Getriebeträger gehalten sind, der an dem Maschinengestell in verschiedene Betriebspositionen zur Veränderung einer durch die Getriebeki- nematik abgegebene Bewegungsamplitude.

An dieser Stelle sei auch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass an dem Balkenträger gleichzeitig mehrere Horizontalantriebe und auch mehrere Vertikalantriebe gleichzeitig angreifen können. So besteht auch die Möglichkeit, den Balkenträger durch mehrere Getriebeträgermodule zu bilden, denen jeweils eine Antriebseinheit bestehend aus einem Vertikalantrieb und einem Horizontalantrieb zugeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1.1 , 1.2 Nadelbalken

2 Balkenträger

3 Nadelbrett

4 Nadel

5 Horizontalantrieb

6 Vertikalantrieb

7.1 , 7.2 Pleuelstange

8.1 , 8.2 Kurbelwelle

9.1 , 9.2 Exzenterantrieb

10 Horizontallenker

11 Getriebekinematik

12 Exzenterantrieb

13 Getriebeträger

14 Getriebeträgerlager

15 Fixiereinrichtung

16 Gehäuse

17 Schwinge

18. 1, 18.2 Koppeldrehgelenk

19 Gestelldrehgelenk

20 Kurbelwelle

21 Pleuelstange

22 Kurbellager

23 Maschinengestell

24 Bettplatte

25 Abstreifer

26 Faserbahn

27 Balkendrehgelenk

8.1, 28.2 P leueldrehgelenk9 Maschinengestell0 Führungsbahn1 Arretierungsmittel