МАШИНА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНОГО НЕПРЕРЫВНОГО МАТЕРИАЛА
MACHINE FOR TREATMENT OF LONG-LENGTH CONTINUOUS MATERIAL

Настоящее изобретение касается машины для обработки длинномерного непрерывного материала, содержащей установленную возможностью вращения крутильную дугу. Кроме того, изобретение касается способа изготовления такой крутильной дуги.
Машины, содержащие установленную с возможностью вращения крутильную дугу для обработки длинномерного непрерывного материала, известны из уровня техники. Такие машины применяются для обработки проводов, жил, нитей или шнуров с получением кабелей или тросов и называются тростильными или крутильными машинами, принципиально различаются машины одинарной скрутки и двойной скрутки. Ниже изобретение описывается на примере крутильной машины двойной скрутки, но следует указать, что изобретение касается также всех других видов машин, в которых применяется крутильная дуга описанного рода.
Все известные варианты осуществления крутильных машин двойной скрутки похожи тем, что направление длинномерного непрерывного материала осуществляется посредством крутильной или свивочной дуги, что предусмотрены две точки скручивания и происходит вдвое больше кручений, чем оборотов крутильной дуги. В этом отношении ссылка делается на EP 1441063 A1 и WO 95/04185.
Принцип действия описанных крутильных машин двойной скрутки предусматривает, что крутильная дуга вращается вокруг оси. Крутильные машины двойной скрутки применяются преимущественно для изготовления продукции массового производства, такой как, например, электрокабели для автомобильной промышленности, и соответственно имеют чрезвычайно высокую скорость переработки. Одновременно скорость вращения крутильной дуги высока и составляет иногда несколько тысяч оборотов в минуту.
Крутильные машины двойной скрутки часто устанавливаются в производственных линиях, то есть в так называемом поточном производстве. При этом виде обработки необходимы предусмотренные перед крутильной машиной двойной скрутки и/или после нее производственные шаги для изготовления бесконечного продукта. При изготовлении электрокабеля после скрутки, например, осуществляется изоляция кабеля. Если при поточном производстве выпадает только одно звено производственной цепи, то вся производственная линия останавливается, и возникают высокие расходы в связи с простоями. Поэтому предъявляются особые требования к эксплуатационной надежности крутильной машины двойной скрутки.
До сих пор в крутильных машинах двойной скрутки применяются установленные с возможностью вращения крутильные дуги, которые часто состоят из высокопрочного металлического материала, или крутильные дуги, которые выполнены в виде очень дорогостоящего полого профиля, как это, например, описано в US 2006/0196163 A1.
Задачей изобретения является предложить машину для обработки длинномерного непрерывного материала, содержащую установленную с возможностью вращения крутильную дугу, которая повысит эксплуатационную надежность машины, а также способ изготовления предлагаемой изобретением крутильной дуги.
Эта задача решается с помощью машины, содержащей установленную с возможностью вращения крутильную дугу, по п.1 формулы изобретения, а также с помощью способа изготовления такой крутильной дуги по п.11 формулы изобретения. Признаки зависимых пунктов формулы изобретения касаются предпочитаемых усовершенствований предлагаемой изобретением машины.
Машина для обработки длинномерного непрерывного материала имеет установленную с возможностью вращения крутильную дугу. Эта дуга служит для скручивания непрерывного материала и проходит от поверхности поперечного сечения в направлении продольной оси. Крутильная дуга проходит в направлении этой продольной оси по меньшей мере на отдельных участках изогнуто. Крутильная дуга имеет в этом направлении проходящую по существу под прямым углом к этой поверхности поперечного сечения продольную канавку.
Эта продольная канавка по меньшей мере в отдельных областях перекрыта по меньшей мере одним направляющим элементом. В этой крутильной дуге непрерывный материал подвижно направляется в направлении продольной оси. Предлагаемая изобретением крутильная дуга состоит по существу из полимерного материала, предпочтительно упрочненного волокнами.
Под поверхностью поперечного сечения крутильной дуги следует понимать поверхность, которая расположена по существу перпендикулярно продольной оси крутильной дуги и описывает поперечное сечение крутильной дуги по меньшей мере на отдельных участках. Крутильная дуга проходит под прямым углом к своей поверхности поперечного сечения. Поверхность поперечного сечения может изменяться вдоль продольной оси крутильной дуги.
Под крутильной дугой следует понимать длинномерный, на отдельных участках изогнутый конструктивный элемент. Этот изгиб крутильной дуги может быть образован отдельными перегибами, при этом крутильная дуга между двумя следующими друг за другом перегибами проходит прямо или изогнуто. Под перегибом следует при этом понимать изгиб с относительно малым радиусом изгиба, предпочтительно r<100 мм. Крутильная дуга может в направлении продольной оси иметь непрерывный изгиб в одной области, а в другой области проходить без изгиба, при этом радиус изгиба может варьироваться. Благодаря приданию крутильной дуге описанной формы становится возможным скручивание длинномерного непрерывного материала. Крутильная дуга предпочтительно в области своих концов установлена с возможностью вращения и, таким образом, в частности, обладает возможностью вращения вокруг некоторой оси вращения.
Под продольной канавкой следует понимать выемку в этой крутильной дуге, которая проходит по существу в направлении продольной оси. Продольная канавка предусмотрена для того, чтобы направлять длинномерный непрерывный материал в направлении продольной оси крутильной дуги.
Под направляющим элементом следует понимать конструктивный элемент, который по меньшей мере частично перекрывает эту продольную канавку. Направляющий элемент предусмотрен для того, чтобы надежно направлять длинномерный непрерывный материал в продольной канавке.
Под полимерным материалом, упрочненным волокнами, следует понимать материал, который содержит по меньшей мере некоторую долю матричного материала и некоторую долю упрочняющих волокон.
При этом упрочняющие волокна могут состоять из неорганических материалов, таких как базальт, бор, стекло, керамика или кремневая кислота; из металлических материалов, таких как сталь, алюминий или титан, а также из металлических сплавов; из природных материалов, таких как дерево, лен, пенька или сизаль или предпочтительно из органических материалов, таких как арамид, углерод, полиэстер, нейлон, полиэтилен или плексиглас.
Применяемые упрочняющие волокна могут иметь различные длины волокон. Предпочтительно применяются короткие волокна с длиной волокна от 0,1 до 1 мм, эти упрочняющие волокна могут, в частности, предпочтительно применяться тогда, когда крутильная дуга изготавливается методом литья под давлением. Особенно предпочтительно, в частности, в комбинации с дюропластовым матричным материалом, применяются длинные волокна с длиной от 1 мм до 50 мм. Длинные волокна приводят, в частности, к повышению прочности и жесткости полимерного материала, упрочненного волокнами. Совсем особо предпочтительно применяются бесконечные волокна с длиной свыше 50 мм. Бесконечные волокна применяются, в частности, в виде ровницы или тканей. Полимерный материал, упрочненный бесконечными волокнами, удовлетворяет высочайшим требованиям, в частности, к прочности и жесткости.
За счет ориентации упрочняющих волокон в матричном материале можно, в частности, воздействовать на свойства деформации и/или прочность полимерного материала, упрочненного волокнами. Упрочняющие волокна предпочтительно располагаются в матричном материале неупорядоченно, многонаправленно. Таким образом, получается практически во всех пространственных направлениях жесткий и/или прочный полимерный материал, упрочненный волокнами. Предпочтительно упрочняющие волокна ориентируются соответственно известным нагрузкам крутильной дуги. Таким образом, получается, в частности, многонаправленная или предпочтительно однонаправленная ориентация упрочняющих волокон, так что крутильная дуга в направлении своей основной нагрузки обладает задаваемыми свойствами деформации.
Матричный материал полимерного материала, упрочненного волокнами, в качестве составной части содержит предпочтительно термопластичный полимерный материал, такой как полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полифенилсульфид (ПФС), полисульфон (ПСУ), полиэфиримид (ПЭИ) или политетрафторэтен (ПТФЭ), или предпочтительно дюропластовый полимерный материал, такой как эпоксидная смола (ЭП), ненасыщенная полиэфирная смола (НПС), винилэфирная смола (ВЭ), фенол-формальдегидная смола (ФФ), диаллилфталатная смола (ДАФ), метакрилатная смола (ММА), полиуретан (ПУ) или аминовая смола.
Объемная доля упрочняющих волокон относительно матричного материала предпочтительно выбирается в зависимости от ожидаемой нагрузки и допустимой деформации крутильной дуги. В частности, высокая доля длинных волокон приводит к повышению жесткости и прочности. Предпочтительно полимерный материал, упрочненный волокнами, содержит долю волокон от 3 до 95 объемных %, предпочтительно от 60 до 80 объемных % и особенно предпочтительно от 65 до 70 объемных %.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления крутильная дуга состоит из полимерного материала, не упрочненного волокнами.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления поверхность поперечного сечения крутильной дуги имеет первую и вторую ось. Предпочтительно эта первая и эта вторая оси находятся под прямым углом друг к другу. В частности, эта первая и эта вторая оси по существу являются двумя полуосями эллипса. Предпочтительно поверхность поперечного сечения по существу симметрична относительно первой оси и/или относительно второй оси. Предлагаемая изобретением крутильная дуга благодаря своей поверхности поперечного сечения, в частности, в двух направлениях под прямым углом к направлению продольной оси, имеет по существу одинаковый коэффициент сопротивления воздуха и может при этом, в частности, применяться независимо от направления вращения. Тем самым уменьшается риск ошибок при применении крутильной дуги и вместе с тем, в частности, повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления крутильная дуга имеет продольную канавку. Конфигурация этой продольной канавки частично определяется поверхностью поперечного сечения продольной канавки, которая предпочтительно лежит в одной общей плоскости с поверхностью поперечного сечения крутильной дуги. Предпочтительно поверхность поперечного сечения продольной канавки пересекает первую ось поверхности поперечного сечения крутильной дуги и, в частности, симметрична относительно второй оси поверхности поперечного сечения крутильной дуги. В частности, благодаря этой конфигурации длинномерный непрерывный материал защищается во время вращательного движения, поэтому он, в частности, только в небольшой степени подвержен действию внешних нагрузок, таких как, например, воздушные течения. Благодаря этой защите непрерывного материала, в частности, повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления поверхность этой продольной канавки по меньшей мере в отдельных областях имеет покрытие. Предпочтительно продольная канавка по меньшей мере в отдельных областях снабжена уменьшающим износ и/или увеличивающим трение покрытием. Благодаря увеличению трения до µ>0,1 на поверхности продольной канавки, в частности, обеспечивается возможность крепления с защитой от скольжения на поверхности продольной канавки антифрикционного материала. Благодаря этому креплению с защитой от скольжения, в частности, повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки. Предпочтительно поверхность продольной канавки по меньшей мере в отдельных областях снабжена уменьшающим износ и/или трение покрытием. Благодаря уменьшающему трение покрытию, в частности, обеспечивается возможность скольжения длинномерного непрерывного материала с коэффициентом трения µ<0,1 в продольной канавке. Благодаря этому низкому коэффициенту трения повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В другом предпочтительном варианте осуществления поверхность продольной канавки не снабжена никаким покрытием.
В другом предпочтительном варианте осуществления поверхность этой продольной канавки снабжена пластиной скольжения. В частности, пластина скольжения состоит из материала, уменьшающего трение и/или износ. Предпочтительно эта пластина скольжения снижает коэффициент трения между длинномерным непрерывным материалом и пластиной скольжения до µ<0,1.
Предпочтительно пластина скольжения состоит из металлического материала. Благодаря пластине скольжения, в частности, предотвращается повреждение структуры крутильной дуги вследствие износа, обусловленного скольжением сматываемого длинномерного непрерывного материала, и вместе с тем уменьшение конструктивной прочности. Благодаря пластине скольжения, таким образом, в частности, повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления крутильная машина двойной скрутки имеет крутильную дугу, снабженную направляющим элементом из уменьшающего износ и/или трение материала. Предпочтительно этот направляющий элемент изготовлен из металлического или предпочтительно из керамического материала. В частности, направляющий элемент содержит по меньшей мере некоторую долю карбида кремния, предпочтительно оксида алюминия, и особенно предпочтительно оксида циркония. Благодаря обладающему низким износом уменьшающему трение направляющему элементу, в частности, повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки, так как, в частности, длинномерный непрерывный материал при скольжении через направляющий элемент нагревается только в небольшой степени. Другим преимуществом этого варианта осуществления по сравнению с другими является то, что непрерывный материал в меньшей степени испытывает нагрузку и растягивается.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления направляющий элемент закреплен разъемным образом на этой крутильной дуге с помощью крепежного элемента. Предпочтительно направляющий элемент закреплен посредством штифта, предпочтительно посредством заклепки и особенно предпочтительно посредством винта. Предпочтительно направляющий элемент закреплен с помощью 1-4 крепежных элементов, предпочтительно с помощью 2-3, и особенно предпочтительно с помощью 2 крепежных элементов, таких как, например, винтовое соединение. Благодаря разъемному соединению между направляющим элементом и крутильной дугой направляющий элемент может просто и надежно заменяться, и таким образом предотвращается его дальнейшее применение вопреки сильному износу. Благодаря этому повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки. В другом варианте осуществления изобретения направляющий элемент соединен с крутильной дугой неразъемным соединением.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления направляющий элемент перекрывает продольную канавку в отдельных областях так, что в этой перекрытой области образуется общая поверхность поперечного сечения по существу с замкнутой выемкой для направления непрерывного материала. Благодаря этой конфигурации выемки для направления непрерывного материала может предотвращаться незапланированный выход непрерывного материала из продольной канавки. В частности, благодаря надежному направлению непрерывного материала в продольной канавке повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления по меньшей мере одно из крепежных средств не выступает наружу за общую поверхность поперечного сечения. Предпочтительно крепежное средство вводится через направляющий элемент в крутильную дугу и по окончании крепления направляющего элемента больше не выступает за него наружу. Предпочтительно крепежный элемент представляет собой винт, а направляющий элемент имеет выемку для помещения крепежного средства. Благодаря расположению выемки в направляющем элементе крутильная дуга в меньшей степени ослабляется, чем при расположении выемки в крутильной дуге. Поэтому конструктивная прочность крутильной дуги уменьшается в меньшей степени.
Предпочтительно крепежное средство вводится через крутильную дугу в направляющий элемент и по окончании крепления направляющего элемента больше не выступает за крутильную дугу наружу. В одном из предпочтительных вариантов осуществления крепежное средство представляет собой винт, а крутильная дуга имеет выемку для помещения головки винта, и направляющий элемент имеет резьбовой участок. При этом, в частности, благодаря высокой прочности направляющего элемента образуется обладающее особенно высокой несущей способностью винтовое соединение и повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления направляющие элементы расположены таким образом, что непрерывный материал по меньшей мере на двух следующих друг за другом направляющих элементах отклоняется на одинаковый угол, чтобы, в частности, следовать ходу продольной канавки. Предпочтительно благодаря такому способу расположения направляющих элементов несколько, а по меньшей мере два направляющих элемента испытывают по существу одинаковую нагрузку. Предпочтительно одинаковая нагрузка конструктивно одинаковых направляющих элементов обусловливает аналогичный износ, так что при контроле одного направляющего элемента можно делать заключение о состоянии износа нескольких направляющих элементов, и вместе с тем может упрощаться замена. В частности, благодаря упрощенной замене направляющих элементов повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки. Благодаря такому способу расположения направляющих элементов возможно применение меньшего количества направляющих элементов, за счет этого, с одной стороны, уменьшается количество изнашивающихся деталей, с другой стороны, удлиняется свободный, не перекрытый участок между направляющими элементами. При скольжении длинномерного непрерывного материала по продольной канавке и/или по направляющему элементу от непрерывного материала и/или от поверхностей скольжения могут отсоединяться частицы и откладываться на крутильной дуге, в частности, на крутильной дуге откладывается медная и оловянная пыль. Возникающий вследствие вращательного движения воздушный поток на свободных, не перекрытых участках крутильной дуги может предпочтительным образом удалять эти частицы. Таким образом, благодаря описанному способу расположения направляющих элементов повышается эксплуатационная надежность крутильной машины двойной скрутки.
В предлагаемом изобретением способе изготовления крутильной дуги, в частности для применения в крутильной машине двойной скрутки, сначала изготавливается предлагаемая изобретением крутильная дуга из полимерного материала, в частности, упрочненного волокнами, на которой затем устанавливается направляющий элемент.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа изготовления этот способ включает в себя, в частности, шаги первичного формообразования и отверждения или, соответственно, охлаждения этой крутильной дуги. В частности, под первичным формообразованием следует понимать помещение полимерного материала, упрочненного волокнами, в форму, которая предпочтительно по существу представляет собой негативную форму крутильной дуги. Предпочтительно матричный материал и упрочняющие волокна вместе, в частности, в процессе литья под давлением, помещаются в эту негативную форму. Предпочтительно матричный материал и упрочняющие волокна помещаются в негативную форму отдельно друг от друга.
Под отверждением или, соответственно, охлаждением следует понимать, что крутильная дуга, в частности, по окончании этого процесса по существу обладает желаемыми механическими свойствами, в частности, в отношении ее жесткости и прочности.
Под креплением направляющего элемента следует понимать, что он с геометрическим замыканием соединяется с крутильной дугой, например, с помощью крепежного элемента, или что он неразъемным образом соединяется с крутильной дугой. Предпочтительно под крепежным элементом следует понимать заклепку или винт. Предпочтительно направляющий элемент крепится на крутильной дуге с помощью двух крепежных элементов, особенно предпочтительно с помощью двух винтов.
Другие преимущества, признаки и возможности применения настоящего изобретения содержатся в последующем описании в связи с фигурами. Показано:
фиг.1: крутильная дуга 1 для применения в крутильной машине двойной скрутки, причем она имеет несколько направляющих элементов 2,
фиг.2: поверхность 4 поперечного сечения крутильной дуги 1 с первой осью 5 и второй осью 6,
фиг.3: общая поверхность 4 поперечного сечения, снабженная выемкой 6 для направления непрерывного материала, при этом поперечное сечение 10 продольной канавки является ее частью, и два крепежных элемента 15.
На фиг.1 изображена крутильная дуга 1 для применения в крутильной машине двойной скрутки. На крутильной дуге 1 закреплены направляющие элементы 2. Крутильная дуга 1 проходит в направлении продольной оси 3, под прямым углом к своей поверхности 4 поперечного сечения (не изображена) и имеет в средней области изгиб. Крутильная дуга 1 в области своих концов оперта с возможностью вращения и может вращаться вокруг оси 13 вращения.
На фиг.2 изображена поверхность 4 поперечного сечения крутильной дуги 1. Поверхность 4 поперечного сечения имеет первую ось 5 и вторую ось 6. Относительно этих двух осей 5 и 6 поверхность 4 поперечного сечения симметрична. Изображенная поверхность 4 поперечного сечения имеет по существу эллиптическую основную форму.
На фиг.3 изображена общая поверхность поперечного сечения крутильной дуги, которая состоит из поверхности 4 поперечного сечения крутильной дуги и поверхности поперечного сечения направляющего элемента 2. Направляющий элемент 2 перекрывает в изображенной плоскости поверхность 10 поперечного сечения продольной канавки, так что образуется замкнутая выемка 12 для направления непрерывного материала. Поверхность продольной канавки 11 в отдельных областях покрыта пластиной 8 скольжения. Направляющий элемент 2 имеет две резьбовые области 7 для помещения крепежных винтов 15. Крепежные винты 15 вводятся через крутильную дугу 1 в направляющий элемент 2 и соединяются с ним, при этом головки крепежных винтов 15 по существу помещаются в выемки 9 в крутильной дуге 1. Поверхность 10 поперечного сечения продольной канавки пересекает первую ось 5 и симметрична относительно второй оси 6. Благодаря этой конфигурации поверхности 10 поперечного сечения продольной канавки непрерывный материал (не изображен) лежит в продольной канавке, будучи хорошо защищен при вращательном движении от внешних воздействий, таких как, например, воздушные течения.