Schaftantrieb für eine Webmaschine

Die Erfindung betrifft einen Schaftantrieb für eine Webmaschine mit ein oder mehreren Webschäften.

Webmaschinen sind in der Regel mit mehreren Webschäften versehen, die durch rechteckige, vertikal stehende Rahmen gebildet werden. In den Webschäften sind Litzen gehalten, mit denen die im Großen und Ganzen horizontal verlaufenden Kettfäden geführt und zur Fachbildung vertikal bewegt werden. Üblicherweise vollführen die Webschäfte dabei eine auf und ab schwingende Bewegung, die durch einen so genannten Schaftantrieb bzw. eine Schaftmaschine erzeugt wird. Der Schaftantrieb ist ein Getriebe mit dem aus einer drehenden Antriebsbewegung die hin und her gehende Bewegung des Schafts abgeleitet wird, wobei dieser dann im Wesentlichen einer Sinusfunktion folgt.

Ausgehend von diesem Grundprinzip sind aus dem Stand der Technik verschiedene Abwandlungen bekannt. Z.B. offenbart die DE 69702039 T2 einen Schaftantrieb, der eine Kupplungseinrichtung aufweist, um eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Schafts bedarfsweise auslösen zu können. Es sind dabei Mittel vorgesehen, die dazu dienen, den sich sonst ergebenden Stoß beim Ein- und Ausrasten der Kupplung zu mindern.

Die DE 103 43 377 B3 offenbart einen Schaftantrieb, der sich wahlweise aktivieren und deaktivieren lässt, wobei der Webschaft bei deaktiviertem Antrieb in einer seiner Totlagen eine Schwingung vollführt. Mit dieser Maßnahme werden die auf den Webschaft einwirkenden Beschleunigungskräfte minimiert.

Des Weiteren offenbart die DE 195 38 018 A1 einen Schaftantrieb mit einem Modulationsgetriebe. Dieses dient dazu, die Verharrungszeit der Webschäfte in ihren Extremalhublagen (Totlagen) zu verzögern. Damit soll insbesondere für breite Gewebe der auf die Drehung der Antriebswelle bezogene Fachstillstandswinkel zum Schusseintrag vergrößert werden. Dadurch soll das Webfach länger offen stehen.

Ein solches Modulationsgetriebe ist aufwändig. Außerdem zeigt sich, dass die Kurvenscheiben und das Modulationsgetriebe insgesamt ein relativ großes Bauvolumen beanspruchen. Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Schaftantrieb zu schaffen.

Aus der US-A-1923048, der US-A-495453, der US-A-2089069, der US-A-770495 und der US-A-1651120 sind Schaftantriebe bekannt, die jeweils ein Unrundstirnradgetriebe enthalten. Z.B. dient das Unrundstirnradgetriebe zum Antrieb eines Musterzylinders mit nichtkonstanter Drehzahl. Zumindest im Falle der US-A-1651120 dient das Unrundstirnradgetriebe dazu, dem Webschaft eine gewünschte Bewegung mit verlängerter Schusseintragzeit zu erteilen.

Diese Aufgabe wird mit dem Schaftantrieb nach Anspruch 1 gelöst:

Der erfindungsgemäße Schaftantrieb weist einen Antriebsstrang auf, der aus Antriebswelle, Abtrieb und dazwischen angeordnetem Getriebe gebildet ist. Das Getriebe enthält ein Unrundzahnradgetriebe, das ein nichtkonstantes Übersetzungsverhältnis aufweist. Das Übersetzungsverhältnis ist von der Winkelposition der Antriebswelle abhängig. Das Unrundzahnradgetriebe enthält vorzugsweise wenigstens zwei Zahnräder mit nichtkonstantem Radius, wobei diese Zahnräder in ständigem kämmenden Eingriff miteinander stehen. Jede gleichmäßige Umdrehung der Eingangswelle verursacht somit eine nichtgleichförmige Drehung der nächsten, von dem Unrundzahnradgetriebe angetriebenen Welle. Das Unrundzahnradgetriebe erzeugt dadurch eine Drehzahlmodulation, wobei die Periode der Modulation auf eine Umdrehung der Eingangswelle festgelegt ist. Außerdem ist die erzeugte Drehzahlmodulation durch die Form der Zahnräder des Unrundzahnradgetriebes vorgegeben. Sie kann jedenfalls an dieser Stelle des Antriebsstrangs nicht weiter beeinflusst werden.

Das Unrundzahnradgetriebe stellt eine einfache und kostengünstige Lösung dar, um eine wesentlich von der Sinusform abweichende Webschaftbewegung zu erzielen, insbesondere wenn der Webschaft länger als bei einer ungefähren Sinusbewegung in oberer oder unterer Extremlage (Totlage) verweilen und den Übergang zwischen oberer und unterer Totlage schneller als bei einer Sinusbewegung durcheilen soll. Das Unrundzahnradgetriebe ist dabei in der Lage, erhebliche Drehmomente zu übertragen, wobei die Baugröße und der Materialeinsatz gering ist. Dank moderner Fertigungsmethoden (CNC-Fertigung) ist ein Unrundzahnradgetriebe in Serienproduktion kostengünstig. Trotz der längeren Verweilzeit in den Totlagen (Extremalhublagen) und trotz des schnelleren Durchlaufens des Wegs zwischen beiden Extremalhublagen können die Drehmomentanstiege vor und nach den Extremalhublagen minimiert werden. Dabei wird als Bewegungsgesetz für den Schaft, zumindest bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Polynom siebten Grades gewählt. Der Drehmomentanstieg bei Ein- und Ausleitung der Bewegung ist sanft.

Dieser Schaftantrieb eignet sich für Webschäfte, die ein- und auszuschalten sind (Schaftmaschinen), beispielsweise um komplizierte Webbindungen zu erzeugen. Erfindungsgemäß enthält das Getriebe eine Kupplungseinrichtung, die in einer Betriebsposition die Antriebsbewegung ungehindert überträgt und in einer zweiten Betriebsposition die Bewegungsübertragung unterbricht. Durch die Verlängerung der Verweilzeit des Schafts in den Extremalhublagen findet sich dort ein größerer Zeit- bzw. Winkelbereich zum sanften Ein- und Auskuppeln der Kupplungseinrichtung. Das Ein- und Auskuppeln erfolgt dort im Wesentlichen lastfrei bei minimiertem Drehmoment und minimierter Drehgeschwindigkeit der Kupplungselemente. Laststöße und Kupplungsbelastung werden reduziert bzw. minimiert.

Bei einer verbesserten Ausführungsform lässt die Kupplungsanordnung bei Unterbrechung der Antriebsbewegung eine Pendelbewegung des Abtriebs zu oder erzeugt eine solche. Die Pendelbewegung kann einerseits zum Minimieren der Beschleunigungen des Webschafts und andererseits dazu genutzt werden, Synchronphasen zu schaffen, in denen die Kupplung weich ein- und auskuppeln kann.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungseinrichtung zwischen dem Unrundzahnradgetriebe und dem Abtrieb vorgesehen. Das Unrundzahnradgetriebe kann sowohl Bestandteil eines üblichen Schaftantriebs als auch als Vorsatzgetriebe ausgebildet sein. In letzterem Fall ist vorteilhaft, dass vorhandene Schaftantriebe weiter verwendet werden können und dass ein einziges Unrundzahnradgetriebe ausreicht, um eine modulierte Drehbewegung für alle Abtriebe der Schaftmaschine zu erzeugen. In Einzelfällen mag es sinnvoll sein, zwei oder mehrere Unrundzahnradgetriebe vorzusehen, die an ihren Ausgangswellen unterschiedliche Ausgangsbewegungen erzeugen. Bei Schaftmaschinen können diese unterschiedlichen Ausgangsbewegungen zum Antrieb der Kupplungen dienen.

Das Unrundzahnradgetriebe weist vorzugsweise Stirnräder auf, deren Zähnezahlen in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Im bevorzugten Ausführungsfall haben die Zahnräder eine übereinstimmende Zähnezahl. Es ergibt sich somit insgesamt, d.h. im Durchschnitt ein Übersetzungsverhältnis von 1:1, wobei dieses in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehposition der Zahnräder zueinander in jedem Drehwinkel über oder unter Eins liegen kann. In einem einfachen Ausführungsbeispiel haben die Zahnräder elliptische Form. Solche Zahnräder lassen sich leicht auswuchten und steigern bzw. mindern das Übersetzungsverhältnis bei einer Umdrehung der Eingangswelle zwei mal. Ein angeschlossener Exzenter, der den Abtrieb des Schaftantriebs bewegt, kann somit in beiden Extremlagen verzögert werden. Mit dieser Maßnahme lässt sich der Fachstillstandswinkel vergrößern, d.h. die Zeit, in der das Fach zum Schusseintrag offensteht, verlängern.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1

einen Webschaft und einen Schaftantrieb in schema- tisierter Gesamtansicht,

Figur 2

die Schaftmaschine und Webschäfte in ausschnitts- weiser Draufsicht,

Figur 3

den Schaftantrieb nach Figur 1 und 2 in einer sche- matischen Blockdarstellung,

Figur 4

ein Unrundstirnradgetriebe des Schaftantriebs nach Figur 3 in schematisierter Darstellung,

Figur 5

eine Kupplungseinrichtung für den Schaftantrieb nach Figur 3 in Prinzipdarstellung und

Figur 6

ein Diagramm, das den Hub des Schafts in Abhängig- keit von dem Drehwinkel der Antriebswelle veran- schaulicht.

In Figur 1 ist ein Webschaft 1 veranschaulicht, dem eine Schaftmaschine 2 zugeordnet ist und die diesen über ein Gestänge, welches als Hebelgetriebe 3 ausgebildet ist, antreibt. Wie Figur 2 erkennen lässt, sind parallel zu dem Webschaft 1 weitere Webschäfte 1a, 1b usw. vorgesehen, die ebenfalls von der Schaftmaschine 2 angetrieben sind. Die Anordnung ist insoweit auf herkömmliche Weise getroffen. Die Webschäfte, die dazu dienen, Litzen 4 wie durch einen Pfeil 5 angedeutet auf und ab zu bewegen, werden durch das Hebelgetriebe 3 auf und ab bewegt. Dazu wird die von einer als Abtrieb dienenden Schwinge 6 der Schaftmaschine 2 vollführte schwingende Bewegung (Pfeil 7) durch das Hebelgetriebe 3 in die vertikal gerichtete Schaftbewegung umgesetzt, wozu ein Lenker 8, Winkelhebel 9, 10 und eine Verbindungsstange 11 dienen.

Wie Figur 2 erkennen lässt, weist die Schaftmaschine 2 als Abtrieb zum Antrieb der weiteren Webschäfte 1a, 1b Schwingen 6a, 6b auf, die über Kupplungseinrichtungen 12, 12a, 12b von einer Welle 13 angetrieben sind. Die Welle 13 ist von einem Unrundzahnradgetriebe 14 in eine nichtgleichförmige Umdrehung d.h. eine Drehung mit modulierter Winkelgeschwindigkeit versetzt. Das Unrundzahnradgetriebe 14 wird über eine Antriebswelle 15 von einer durch einen Elektromotor gebildeten Antriebsquelle 16, welche ein Teil einer Webmaschine sein kann, vorzugsweise gleichförmig drehend angetrieben. Das Unrundzahnradgetriebe 14 bildet zusammen mit den Kupplungseinrichtungen 12, 12a, 12b ein Getriebe 17, dessen Abtrieb durch die Schwingen 6, 6a, 6b gebildet wird.

Der so aufgebaute Antriebsstrang ist in Figur 3 nochmals schematisch für einen einzigen Abtrieb veranschaulicht. Über die Kupplungseinrichtung 12 wird eine Exzenterwelle 18 mit einem Exzenter 19 angetrieben, der über ein Pleuel 20 die nicht weiter veranschaulichte Schwinge 6 antreibt. Die Kupplungseinrichtung 12 weist mindestens einen Eingang in Form von einer Eingangswelle 22 auf. Die Eingangswelle 22 vollführt eine Drehung mit modulierter Drehzahl, dabei aber nicht wechselndem Richtungssinn. Die Kupplungseinrichtung 12 kann in einer Schaltstellung diese Drehbewegung an die Exzenterwelle 18 weitergeben.

Es ist auch möglich, dass die Kupplungseinrichtung mehrere Eingangswellen 22, 21 aufweist. Dabei können alle Eingangswellen jeweils an das Unrundzahnradgetriebe 14 angekoppelt sein und jeweils mit der modulierten Drehzahl angetrieben werden (siehe Figur 3). Es ist aber auch möglich, dass z.B. die Eingangswelle 21 direkt über die Antriebswelle 15 von der Antriebsquelle 16 gesteuert wird.

Die Eingangswelle 22 rotiert vorzugsweise ungleichförmig, ohne Richtungsumkehr. Durch nicht weiter dargestellte Mittel, beispielsweise Exzenter oder Kurven/Kurvenfolgermittel, wird diese Drehbewegung in eine hin und her drehende Bewegung umgesetzt. In der in Figur 3 veranschaulichten Schaltstellung bzw. Kupplungsposition gibt die Kupplungseinrichtung 12 diese Drehpendelbewegung an die Exzenterwelle 18 weiter.

Die Eingangswelle 22 und die Eingangswelle 21 werden über das Unrundzahnradgetriebe 14 angetrieben. Dieses enthält wenigstens zwei Stirnräder 23, 24, die zentrisch an ihren jeweiligen Wellen befestigt sind und einen nichtkonstanten Radius aufweisen. Die Stirnräder 23, 24 sind in Figur 4 veranschaulicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sie etwa elliptisch, wobei sie so ausgebildet sind, dass sie in ständigem kämmenden Eingriff miteinander stehen. Sie weisen übereinstimmende Zähnezahl auf und legen somit ein durchschnittliches Übersetzungsverhältnis von 1:1 fest. Durch die wechselnden Durchmesser erzwingt jedoch die gleichmäßige Rotation des Stirnrads 23 eine fortwährend beschleunigte und verzögerte Drehung des Stirnrads 24. Pro Umdrehung des Stirnrads 24 wird dieses zwei mal beschleunigt und zwei mal verzögert, wobei die Beschleunigung und Verzögerung bei symmetrischer Zahnradausbildung in beiden Beschleunigungs/Verzögerungsphasen identisch abläuft. Dies führt zu symmetrischen Bewegungsgesetzen für den Schaft (abgesehen von Verzerrungen, die durch das Hebelgetriebe 3 und das Pleuel 20 entstehen). Die Stirnräder 23, 24 können jedoch auch mehr oder weniger asymmetrisch ausgebildet sein, um bei einer Volldrehung im 180° Abstand zwei unterschiedliche Bewegungsmodulationen zu erzeugen.

Zur Vergleichmäßigung der Drehung der Antriebswelle 15 ist diese vorzugsweise mit einer Schwungmasse 25 versehen, so dass Lastschwankungen weitgehend von der Antriebsquelle 16 fern gehalten und die Antriebsquelle 16 gleichmäßig belastet wird.

Figur 5 veranschaulicht eine mögliche Ausführungsform der Kupplungseinrichtung 12. Zur vollständigeren Beschreibung derselben sowie wegen alternativen Ausführungsformen wird auf die DE 103 43 377 B3 verwiesen. Die Kupplungseinrichtung 12 weist einen von der Eingangswelle 21 angetriebenen Nocken 26 auf, der mit einem Kurvenfolger 27 einen Pendelantrieb 28 bildet. Der Kurvenfolger 27 ist mit einer Kupplungsscheibe 29 verbunden, die eine hin und her drehende Bewegung ausführt. Hingegen führt eine weitere, zu der Kupplungsscheibe 29 konzentrisch angeordnete Kupplungsscheibe 30 eine von der Eingangswelle 22 vorgegebene Drehbewegung aus. Die Kupplungsscheibe 30 ist mit der Eingangswelle 22 fest verbunden. Die Exzenterwelle 18 ist mit einer Scheibe 31 verbunden, die den Abtrieb der Kupplungseinrichtung 12 bildet. Die Scheibe 31 trägt eine Schaltklinke 32, die alternativ mit der Kupplungsscheibe 29 oder mit der Kupplungsscheibe 30 in Eingriff zu bringen ist. Dazu dienen Schalthebel 33, 34, die schwenkbar gelagert sind und über einen Auswahlfinger 35 von einem Betätigungshebel 36 bewegt werden. Dieser wird durch Elektromagnete 37, 38 zur Aktivierung entweder des Schalthebels 33 oder des Schalthebels 34 hin und her geschwenkt. Federn 39, 40 spannen die Schalthebel 33, 34 in gewünschter Richtung vor.

Die insoweit beschriebene Schaftmaschine 2 arbeitet wie folgt:

In Betrieb wird davon ausgegangen, dass die Antriebswelle 15 gleichförmig rotiert. Somit führen die Eingangswellen 21, 22 in Folge des zwischengeschälteten Unrundzahnradgetriebes eine Drehbewegung aus, die pro Umdrehung beschleunigt, verzögert, wieder beschleunigt und wieder verzögert wird. Wenn davon ausgegangen wird, dass die Kupplungseinrichtung 12 die Eingangswelle 22 fortwährend mit der Exzenterwelle 18 verbindet, ergibt dies an der Schwinge 6 bzw. an dem Webschaft 1 eine Bewegung, die durch die in Figur 6 gezeichnete Kurve I charakterisiert wird. Die Kurve I veranschaulicht den Hub des Webschafts 1 in Abhängigkeit von der Drehung der Antriebswelle 15. Unter Vernachlässigung der von dem Hebelgetriebe 3 und gegebenenfalls dem Pleuel 20 hervorgerufenen Verzerrung des Bewegungsgesetzes würde sich bei gleichförmiger Drehung der Eingangswelle 22 eine Schaftbewegung gemäß Kurve II ergeben. Dies wäre der Fall, wenn die Stirnräder 23, 24 als gewöhnliche Stirnräder mit konstantem Radius ausgebildet wären. Die Kurve II entspricht einer Sinusfunktion. Wie ersichtlich, verzögert jedoch das Unrundzahnradgetriebe 14 die Bewegung der Eingangswelle 22 in Bezug auf die Bewegung der Antriebswelle 15 jeweils dann, wenn sich der Webschaft 1 in seinem oberen oder seinem unteren Umkehrbereich befindet.. Im Übergang zwischen beiden Umkehrbereichen beschleunigt das Unrundzahnradgetriebe 14 die Eingangswelle 22 gegenüber der Antriebswelle 15 und verzögert die Eingangswelle 22 in den Endbereichen. Mit anderen Worten, während der oberen und unteren Umkehrbereichen des Webschafts 1 dreht die Eingangswelle 22 deutlich langsamer als die Antriebswelle 15 während sie ansonsten deutlich schneller dreht. Der Webschaft 1 verharrt dadurch über einen längeren Winkelbereich der Drehung der Antriebswelle 15 im oberen und unteren Umkehrbereich, wodurch die Zeit für den Schusseintrag steigt. Dies hat insbesondere bei breiten Webmaschinen und hohen Maschinengeschwindigkeiten Bedeutung.

Außerdem kann iim oberen und im unteren Umkehrbereich auf Pendelbetrieb umgeschaltet werden, wozu die Kupplungseinrichtung 12 dient. Dieser Vorgang ist detailliert in der DE 103 43 377 B3 beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird. Durch die Kombination der Kupplungseinrichtung 12 mit dem Unrundzahnradgetriebe 14 wird im oberen oder unteren Umkehrbereich des Webschafts 1 ein weiches Umschalten erreicht. Der Webschaft 1 kann beliebig lange im Pendelbetrieb verharren und ohne Reduktion der Drehzahl der Antriebswelle 15 wieder aktiviert, d.h. eingeschaltet werden. Das Umschalten der Schaltklinke 32 erfolgt dann in einem Moment, in dem die Kupplungsscheiben 29, 30 kurzzeitig weitgehend synchron laufen.

Die erfindungsgemäße Schaftmaschine 1 kombiniert eine herkömmliche Schaftmaschine 2 mit einem Unrundzahnradgetriebe 14 zur gezielten Verlängerung der Verharrungszeiten des Webschafts 1 im oberen oder unteren Umkehrbereich und zur Reduktion auftretender Beschleunigungen. Dies ermöglicht eine Steigerung der Webgeschwindigkeit bzw. der Webbreiten. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist zusätzlich eine Kupplungseinrichtung 12 vorgesehen, die dem Webschaft 1 in Ruhephasen, d.h. wenn keine Fachbildung vorgenommen werden soll, eine Pendelbewegung mit einem Hub von wenigen Millimetern bis Zentimetern erteilt. Durch die schwingende Bewegung des Webschafts 1 im oberen oder unteren Umkehrbereich können die Beschleunigungsbelastungen des Webschafts 1 weiter reduziert werden.

Bezugszeichenliste:

1, 1a, 1b

Webschaft

2

Schaftmaschine

3

Gestänge, Hebelgetriebe

4

Litzen

5

Pfeil

6, 6a, 6b

Abtrieb, Schwinge

7

Pfeil

8

Lenker

9, 10

Winkelhebel

11

Verbindungsstange

12, 12a, 12b

Kupplungseinrichtungen

13

Welle

14

Unrundzahnradgetriebe

15

Antriebswelle

16

Antriebsquelle

17

Getriebe

18

Exzenterwelle

19

Exzenter

20

Pleuel

21, 22

Eingangswellen

23, 24

Stirnräder

25

Schwungmasse

26

Nocken

27

Kurvenfolger

28

Pendelantrieb

29, 30

Kupplungsscheibe

31

Scheibe

32

Schaltklinke

33, 34

Schalthebel

35

Schaltfinger

36

Betätigungshebel

37, 38

Elektromagnete

39, 40

Federn

I, II

Kurven