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Title:
DEVICE FOR TAKING UP AND UNWINDING A CONTINUOUS MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/138318
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for taking up and unwinding reels containing a continuous material, especially a drawn wire material. Said device comprises a housing (1', 15), a mandrel (2) which is received on the housing side, a disk (4) on the mandrel side, and a swiveling arm (7) which is swiveled to the housing outside the axis (5) of the mandrel and which comprises on the one end a dancer roll (9) guiding the continuous material and on the other end a magnet holder containing at least one magnet (11). The magnet holder can be operatively linked with the disk according to the principle of an eddy current brake when the continuous material is unwound.

Inventors:
KRENGEL MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/DE2008/000797
Publication Date:
November 20, 2008
Filing Date:
May 13, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TRIDELTA MAGNETSYSTEME GMBH (DE)
KRENGEL MARTIN (DE)
International Classes:
B65H59/04; B65H75/44
Domestic Patent References:
WO2000015528A22000-03-23
Foreign References:
DE4418729A11995-01-05
US4327873A1982-05-04
GB795085A1958-05-14
US3778005A1973-12-11
DE534277C1931-09-25
GB1593348A1981-07-15
DE2139420A11973-02-15
Attorney, Agent or Firm:
CICHY, Wolfgang (Schwelm, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Aufnahme und zum Abwickeln von, Endlosmaterial, insbesondere gezogenem Drahtmaterial, beinhaltenden Spulen, mit einem Gehäuse (1 ',15), einem gehäuseseitig gelagerten Dorn (2), einer dornseitig vorgesehenen Scheibe (4) sowie einem gehäuseseitig außerhalb der Dornachse (5) schwenkbar gelagerten Schwenkarm (7), der einenends eine das Endlosmaterial führende Tänzerrolle (9) und anderenends einen mindestens einen Magneten (11) beinhaltenden Magnethalter aufweist, wobei der Magnethalter beim Abwickeln des Endlosmaterials nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse mit der Scheibe (4) in Wirkverbindung bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (2) im Bereich des Gehäuses (1 ',15) mehrere Lager (3) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (7) auf einer parallel zur Dornachse (5) mit vorgebbarem Abstand dazu verlaufenden Welle (6) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (10) des Magnethalters (11) gekrümmt ausgebildet ist, die Scheibe (4) beidseitig umschließt und scheibenseitig im Bereich eines jeden Schenkels (11 ',11") mindestens ein Dauermagnet (13) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (13) ein Nd Fe B-Magnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (4) außerhalb des Gehäuses (1 J ) mit dem Dorn (2) drehbar auf selbigem befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (4) auf der dem Spulenaufnahmebereich abgewandten Seite des Gehäuses (V) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (4) sowie der Magnethalter (11) integraler Bestandteil des Gehäuses (15) sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (4) samt Magnethalter (11) zwischen zwei Lagern (3) des Doms (2) innerhalb des Gehäuses (15) positioniert sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder, insbesondere eine Torsionsfeder (14) im Bereich der Lagerung des Schwenkarmes (7) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere Druckluft beaufschlagter Rollmembranzylinder (16) zum Einsatz gelangt, der an einem Befestigungsarm (17) abgestützt ist und über einen Stift (18) auf die Achse (19) des Schwenkarms (7) einwirkt.

13. Verfahren zur Regelung der Zugkraft bei der Verarbeitung von aufgewickelten Endlosmaterial, insbesondere gezogenem Drahtmaterial, indem das Wickelgut aufgespannt und das Endlosmaterial über ein von der Wickelachse (5) entferntes bewegliches Führungselement (9) geführt wird, wobei zur Aufrechterhaltung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Zugspannung beim Abwickeln des Endlosmaterials das Wickelgut durch Erzeugung eines

berührungslosen Bremsmomentes in seiner Umfangsgeschwindigkeit verändert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment durch Induktion von elektrischen Strömen in einer, insbesondere aus Aluminium bestehenden, Scheibe erzeugt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine dauermagnetische Bremse eingesetzt wird.

Description:

Vorrichtung zur Aufnahme und zum Abwickeln von Endlosmaterial

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und zum Abwickeln von, Endlosmaterial, insbesondere gezogenem Drahtmaterial, beinhaltenden Spulen.

Der DE 699 14 314 T2 ist eine Vorrichtung zum Regulieren der Spannung, um fadenförmiges Material, das von einer Spule abgezogen wird, zu entnehmen, umfassend einen Befestigungsträger, eine Spindel, die die Spule aufnimmt und im Bezug auf den Befestigungsträger drehbar befestigt ist, einen Steuerarm, der drehbar auf einer Welle in wirkender Beziehung zu der Spindel befestigt ist, ein Bremselement an dem Steuerarm zum selektiven Verzögern der Drehung der Spindel, eine Führungswalze, die drehbar an dem Steuerarm angebracht ist, über den das von der Spule abgezogene fadenförmige Material geführt wird. Eine schwenkbare Verbindung zwischen der Führungswalze und dem Steuerarm stellt eine Spannungsentlastung durch Schwenken der Führungswalze in die Ablaufrichtung des fadenförmigen Materials bereit, wenn die Spannung in dem fadenförmigen Material einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, einerseits, eine Vorrichtung zur Aufnahme und zum Abwickeln von, Endlosmaterial, insbesondere gezogenem Drahtmaterial, beinhaltenden Spulen bereit zu stellen, die einfach aufgebaut ist und wobei ein im Wesentlichen verschleißfreier und wartungsfreier Betrieb der Vorrichtung, unabhängig von der Art des Endlosmaterials, gegeben ist.

Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Regelung der Zugkraft bei der Verarbeitung von aufgewickeltem Endlosmaterial vorgeschlagen werden, das, unabhängig von der änderung des Wickelradius, beim Abwickeln des Endlosmaterials eine im Wesentlichen gleichmäßige Zugspannung im Endlosmaterial gewährleistet.

Dieses Ziel wird erreicht durch eine Vorrichtung zur Aufnahme und zum Abwickeln von, Endlosmaterial, insbesondere gezogenem Drahtmaterial, beinhaltende, Spulen, mit einem Gehäuse, einem gehäuseseitig gelagerten Dorn, einer

dronseitig vorgesehenen Scheibe sowie einem gehäuseseitig außerhalb der Dornachse schwenkbar gelagerten Schwenkarm, der einenends eine das Endlosmaterial führende Tänzerrolle und andemends einen, mindestens einen Magneten beinhaltenden, Magnethalter aufweist, wobei der Magnethalter beim Abwickeln des Endlosmaterials nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse mit der Scheibe in Wirkverbindung bringbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Ziel wird auch erreicht durch ein Verfahren zur Regelung der Zugkraft bei der Verarbeitung von aufgewickeltem Endlosmaterial, insbesondere gezogenem Drahtmaterial, indem das Wickelgut aufgespannt und das Endlosmaterial über ein von der Wickelachse entferntes bewegliches Führungselement geführt wird, wobei zur Erzeugung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Zugspannung beim Abwickeln des Endlosmaterials das Wickelgut durch Erzeugung eines berührungslosen Bremsmomentes in seiner Umfangsgeschwindigkeit verändert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindungsgegenstand kann im Wesentlichen bei allen bekannten Endlosprodukten eingesetzt werden, wobei er jedoch bevorzugt für gezogene Endlosprodukte, wie beispielsweise Drahtcords, eingesetzt wird. Drahtcord wird beispielsweise bei der Herstellung von Reifen zur Erzeugung der Karkassen eingesetzt, indem in einem Gatter mehrere, Spulen aufnehmende, Vorrichtungen eingesetzt werden und die Endlosprodukte in Richtung des Produktionsbereiches der Karkasse abgewickelt werden. Hierbei ist es zwingend notwendig, dass sich auch bei reduzierendem Wickeldurchmesser der Spulen und somit sich erhöhender Umfangsgeschwindigkeit, stets die gleiche Zugspannung im

Endlosmaterial gegeben ist. Dies wird durch den Erfindungsgegenstand gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Magnetbremse arbeitet nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse, deren Funktionsweise gewährleistet, dass ein berührungsloses Bremsmoment, das durch Induktion von elektrischen Strömen in einer Bremsscheibe entsteht gebildet wird. Nach der Lenzschen Regel sind die entstehenden Ströme und die damit verbundenen Magnetfelder dem Magnetfeld des erregenden Dauermagneten entgegengerichtet und erzeugen auf diese Art die berührungslose Bremswirkung.

Beim Abwickeln von Endlosmaterial wird die Zugspannung im Endlosmaterial durch mehrere Einflussgrößen beeinflusst.

Zunächst ergibt sich eine änderung der Zugkraft über die änderung des Wickelradius. Daneben gibt es Spannungsspitzen durch unebene Oberflächen des möglicherweise verdrillten Endlosmaterials. Zusätzlich ergibt sich auf der nicht spielfreien Spindelaufhängung und deren Drehbewegung eine etwa sinusförmige Schwingung im Endlosmaterial.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt nun wie folgt allen genannten Einflussgrößen entgegen und zwar ähnlich einem PID-Regler, wie er in der Regelungstechnik verwendet wird.

Die änderung des Wickelradius hat eine Zunahme der Abrollgeschwindigkeit des Endlosmaterials zur Folge, der die Magnetbremse entgegenwirkt, so dass das Bremssystem mit zunehmender Abrollgeschwindigkeit stärker bremst. Die Spannungsspitzen werden durch das abgewickelte Endlosmaterial kompensiert, beispielsweise durch eine Feder (Torsionsfeder), die in die Lagerung des Schwenkarmes integriert ist. Die auftretenden Schwingungen werden durch mehr oder weniger starkes Eintauchen des Magnethalters in den Bereich der Aluminiumscheibe gesteuert und über den Schwenkarm ausgeglichen.

Durch das Zusammenspiel der genannten Regelmechanismen wird sich, unabhängig vom Winkelradius, im Endlosmaterial eine konstante Zugkraft ergeben.

Die Gehäusekonstruktion kann prinzipiell jeder Anschlussform und Spulenform angepasst werden, so dass sie problemlos auch durch andersartige ausgebildete Vorrichtungen ausgetauscht werden kann.

Als Vorteile dauermagnetischer Bremsen sind vor allem der verschleißfreie, berührungslose, wartungsfreie und stromausfallsichere Betrieb sowie die nahezu unbegrenzte Lebensdauer der verwendeten magnetisierten Komponenten zu nennen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 bis 3 verschiedene Ansichten bzw. Schnitte einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung als Prinzipskizze;

Figuren 4 und 5 alternative Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Ansichten.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen als Prinzipskizzen verschiedene Ansichten bzw. Schnitte (A-A, B-B) der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 beinhaltet ein Gehäuse 1', das einen Dorn 2 gehäuseseitig aufnimmt, wobei der Dorn 2 im Bereich zweier Lager 3 gelagert ist. In diesem Beispiel ist außerhalb des Gehäuses 1' eine aus Aluminium bestehende Scheibe 4 (Wirbelstromscheibe) fest auf dem Dorn 2 angeordnet und somit mit selbigem um die Drehachse 5 drehbar. Außerhalb der Drehachse 5 des Doms 2 ist am Gehäuse 1' eine Welle 6 positioniert, die einen Schwenkarm 7 trägt. Der Schwenkarm 7 wirkt im Bereich seines einen Endes 8 mit einer drehbeweglich

gelagerten Tänzerrolle 9 zusammen und weist im Bereich seines anderen Endes 10 einen gekrümmt ausgebildeten Magnethalter 11 auf. Der Magnethalter 11 verfügt über zwei Schenkel 11', 11" und kann in den Bereich der Scheibe 4 eintauchen.

Die nicht weiter dargestellte, das Endlosmaterial beinhaltende Spule, wird auf dem Dorn 2 aufgebracht, wobei das Endlosmaterial anschließend über die Tänzerrolle 9 geführt und ihre weitere Verwendung zugeführt wird. Hier kann beispielsweise ein Drahtmaterial zu einer Reifenkarkasse verarbeitet werden. Die Tänzerrolle 9 ist - wie bereits angesprochen - um die Achse 12 drehbeweglich am Schwenkarm 7 gelagert. Ein jeder Schenkel 11', 11" des Magnethalters 11 trägt mehrere NdFeB- Dauermagnete 13, so dass der Dorn 2, respektive die darauf angeordnete Spule, nach dem Prinzip einer Wirbelstromanordnung betätigbar ist. Diese Funktionsweise gewährleistet ein berührungsloses Bremsmoment, das durch Induktion von elektrischen Strömen in der Aluminiumscheibe 4 entsteht.

Bei sich änderndem Wickelradius der Spule wird das Endlosmaterial mit höherer Abrollgeschwindigkeit über die Tänzerrolle 9 geführt, wobei die Zugspannung im Endlosmaterial verändert wird. Zur Erhaltung einer gleichmäßigen Zugspannung, auch bei sich änderndem Wickelradius, wirkt die Wirbelstrombremse dem dadurch entgegen, dass das Bremssystem mit zunehmender Abrollgeschwindigkeit des Endlosmaterials stärker bremst. Spannungsspitzen durch das abgewickelte Endlosmaterial kompensiert eine Feder, insbesondere eine Torsionsfeder 14, die in die Lagerung des Schwenkarmes 7 integriert ist. Die auftretende Schwingung wird durch mehr oder weniger starkes Eintauchen des Magnethalters 11 in die Scheibe 4 über den Schwenkarm 7 ausgeglichen.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine mögliche konstruktive Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wesentlicher Unterschied zu den Figuren 1 bis 3 ist, dass die Wirbelstromscheibe 4 und der Magnethalter 11 innerhalb eines, in diesem Beispiel aus AI-Druckguß bestehenden mehrteiligen Gehäuse 15 eingesetzt sind.

Die Funktionsweise entspricht im Wesentlichen der Figur 1. Die Wirbelstromscheibe kann auch aus einem anderen Material, wie beispielsweise Kupfer, bestehen. Anstelle der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Torsionsfeder kann z.B. auch ein Rollmembranzylinder 16 verwendet werden, der sich an einem Befestigungsarm 16 abstützt, druckluftbeaufschlagt ist und über einen Stift 18 an der Achse 19 des Schwenkarmes 7 angreift. Innerhalb des Gehäuses 15 sind Lager 3 vorgesehen.

Das Regelverfahren der Bremse läuft in der Form ab, dass zunächst die eine Drahtrolle auf die abbremsbare Welle aufgebracht wird und die Drähtrolle mit einem Mitnehmer verbunden wird, dergestalt, dass die Rolle ohne die Welle nicht frei drehen kann.

Nun wird der Draht über die beweglich angeordnete Umlenkrolle geführt. Die Umlenkrolle wird durch Federkraft (Figuren 1 bis 3) oder mittels Druckluft (Figuren 4, 5) und einem Rollmembranzylinder in einer bestimmten einstellbaren Position gehalten. Durch eine starre Verbindung der Drehachse mit einem Bremssystem ist jeder Position der Umlenkrolle eine fest definierte Bremskraft zugeordnet. Der Abspulvorgang startet und die Umlenkrolle stellt sich auf eine Position ein und es ergibt sich eine Zugspannung im Draht.

ändert die Umlenkrolle nun ihre Position während des Abspulens (durch Verhaken des Drahtes oder weniger feste Wicklung), ändert sich auch die Bremskraft, aber die Zugspannung im Draht bleibt unverändert. Kehrt die Umlenkrolle in die ursprüngliche Position zurück, wird die Drahttrommel wieder gebremst wie zu Anfang. Zusätzlich kann sich nun auch die Drehzahl ändern. Bei einem normalen Bremssystem würde sich dadurch nicht zwingend eine änderung der Bremskraft ergeben, wohl aber eine änderung der Zugspannung durch den Zusammenhang zwischen Umdrehungsgeschwindigkeitsänderung und der Masseträgheit der Drahttrommel. Durch das besondere Bremssystem (Wirbelstrombremse) kommt nun noch die Drehzahlabhängigkeit hinzu, die durch die Umlenkrolle ausgeregelt wird. Dadurch ist die Bremse in der Lage, Schwankungen in der Drehzahl

selbständig auszuregeln, ohne dass sich dadurch die Zugkraft ändert.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

V Gehäuse

2 Dorn

3 Lager

4 Aluminiumscheibe

5 Drehachse (Dornachse)

6 Welle

7 Schwenkarm

8 Ende

9 Tänzerrolle

10 Ende

11 Magnethalter

11' Schenkel

11" Schenkel

12 Achse

13 Magnet (Dauermagnet)

14 Torsionsfeder

15 Gehäuse

16 Rollmembranzylinder

17 Befestigungsarm

18 Stift

19 Achse