Galette
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Galette.
Bei der Herstellung von synthetischen Garnen wird aus der synthetischen Spinnmasse oder Spinnlösung eine Mehrzahl von Fäden ersponnen, welche zusammengebracht und verstreckt werden. Die Verstreckung ist im ganzen Prozess äusserst wichtig, da sie in beträchtlichem Ausmass die mechanischen Eigenschaften des Garnes bestimmt.
Ein bestimmter Typ eines Verstreckgerätes, welches in der synthetischen Garnherstellung verwendet wird, umfasst eine Anzahl von Rollen, genannt Galetten. Nach Verlassen des Erspinnapparates macht das Garn zuerst eine Mehrzahl Umdrehungen um vorheizende Galetten einer ersten Stufe, welche sich mit einer relativ langsameren Geschwindigkeit drehen, und dann eine Mehrzahl von Umdrehungen um Galetten einer Verstreckungsstufe, welche mit einer relativ höheren Geschwindigkeit arbeiten. Anlässlich des überganges von den langsameren Rollen zu den schnelleren, wird das Garn verzogen oder verstreckt. Zusätzlich erhält das Garn auf den Rollen der zweiten Stufe oder in einer nachfolgenden dritten Stufe eine Wärmebehandlung.
Die Notwendigkeit, die Rollen auf kritischen Temperaturen zu halten und mit relativ hohen Geschwindigkeiten zu betreiben, ergibt eine ganze Anzahl von Problemen. Es wurde eine Anzahl Galetten verschiedener Konstruktionen vorgeschlagen, wobei aber jede eine oder mehrere Unzulänglichkeiten aufweist. Beispielsweise umfasst ein spezieller Typ einer Galette eine sich drehende glockenförmige Rolle, welche von einer in der Rolle aufgenommenen ringförmigen festen Heizeinheit geheizt wird. Die Wärmeübertragung in diesem Rollentyp ist extrem schwach, und das Temperatursteuervermögen der Rolle, insbesondere wo die umgebenden Bedingungen variieren, ist minimal. In einer anderen Ausführungsform ist eine feste Rolle mit auf dem Umfang auseinander liegenden, sich longitudinal erstreckenden Patronen- oder Spulenheizelementen versehen.
Auch wenn der Wärme übergang durch das Vorsehen der Heizelemente auf dem Rollenkörper beträchtlich verbessert wird, weist diese Form den Nachteil auf, dass die Gleichförmigkeit der Temperatur peripher rund um die Oberfläche der Rolle fehlt. Überdies ist das Aufpolieren der Rollenoberfläche, welche einen wesentlichen Teil der Rolle bildet, schwierig und zeitraubend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Schaffung einer Galette zugrunde, welche die vorstehend erwähnten und andere Nachteile bekannter Galetten vermeidet, verbesserte Wärmeübertragung, die Fähigkeit von einem von der Rolle entfernten Punkte aus präzise Temperatursteue- rung zu erreichen und aufrechtzuerhalten, Gleichförmigkeit der Rollentemperatur, Bequemlichkeit des Aufpolierens der Rollenoberfläche mit minimalem Zeitaufwand und andere verbesserte Eigenschaften aufweist.
Die erfindungsgemässe Galette, gekennzeichnet durch ein Heizorgan in Form eines Teiles mit einer zylindrischen äusseren Oberfläche und mit der Rolle drehbaren Heizmitteln und durch eine äussere entfernbare zylindrische Hülse, welche sich auf dem Heizorgan befindet, wobei der Temperaturausdehnungskoeffizient des Heiz- organs grösser ist als derjenige der Hülse, so dass die Hülse bei Raumtemperatur auf dem Heizorgan gleitbar angeordnet ist, sich bei Betriebstemperaturen der Rolle jedoch im Haftsitz mit dem Heizorgan befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Galette mittels eines stabförmigen, elektrischen Heizelements, welches in bezug auf die Rolle schraubenförmig gewickelt ist und vorzugsweise während der Herstellung des Heizteils direkt eingegossen wird, geheizt werden. Die Temperatur der Rolle kann mittels eines Widerstandsdrahtfühlers gesteuert werden, welcher schraubenförmig auf das Heizorgan, vorzugsweise auf seine Peripherie und so auf die Berührungsfläche zwischen dem äusseren Mantelgehäuse und dem Heizorgan gewickelt ist. Die Rolle kann eine Nabe umfassen, um von der Welle eines Antriebsmotors frei getragen zu werden, und die Zuleitungen, sowohl der Heizspule oder -schlange als auch des Widerstandsdrahtes, können durch die Motorwelle geführt und über einen Gleitring zur Temperatursteuerung und Heizkraftquelle herausgebracht werden.
Die Steuerung kann sich an einem von der Rolle entfernten Punkt, beispielsweise in einer Hauptsteuerungskonsole für die Verstreckungsmaschine, befinden.
Das Heizorgan der Rolle kann aus einem inneren rohrförmigen Glied und einem Körperteil bestehen, welcher gegossen wird, indem die innere Hülle als eine Formhälfte benützt wird. Halter oder Anker für das elektrische Heizelement können vor dem Giessen des Heizorgankörpers an der inneren Hülse befestigt werden und das genaue Plazieren der Schlange oder Spule im Gusskörper erleichtern, um Gleichförmigkeit der Beheizung zu gewährleisten.
Die Spule oder Schlange des Widerstandsdrahtwärmefühlers belegt vorzugsweise ein peripheres Band von ziemlich wesentlicher Breite, sagen wir von der Ordnung eines Viertels der Rollenlänge, wodurch eine Temperaturmessung vorgesehen werden kann, welche einen Mittelwert über einen relativ grossen Flächenbereich der Rolle ergibt. Vorteilhafterweise ist das Band, welches durch die Wärmefühlerspule oder -schlange belegt wird, im Bereich derjenigen Stelle angeordnet, an welcher das Garn die Rolle verlässt, denn die maximale Temperatur des Garnes, wenn dieses die Rolle verlässt, ist normalerweise die beste Anzeige der Gesamtheizung.
Ein weiterer Vorteil einer Widerstandsdraht-Heizsteuerung besteht darin, dass diese gegenüber Rauschen, welches an einem Gleitring entsteht, unempfindlich ist, da sie einen ziemlich grossen Strom zieht. Überdies ist der Widerstand des Elements der Temperatur proportional, wodurch ein relativ grosser Steuerbereich vorgesehen werden kann. Im übrigen kann der Widerstandsdrahtfühler bei höheren Betriebstemperaturen benützt werden als andere Fühlertypen, insbesondere Thermistoren.
Die vorliegende Galette bietet zahlreiche Vorteile.
Einerseits ist der Wirkungsgrad des Wärmeüberganges durch Einbau der Heizspule oder -schlange für Drehung mit der Rollenoberfläche bedeutend grösser als in Rollen, bei welchen die Heizspule oder -schlange fest und von der rotierenden Rolle getrennt ist. Der Wärmeübertragungsgrad kann durch den Haftsitz zwischen der Hülse und dem Heizorgan bei Betriebstemperatur weiterhin gesteigert werden, wobei das enge Anliegen der Hülse auf dem Heizorgan guten Kontakt und dadurch guten Wärmeübergang an der Berührungsfläche zwischen der Hülse und dem Heizorgan gewährleistet. Die Schraubenform des Heizelements kann das Erreichen einer gleichförmigen Temperatur über die Rollenperipherie beträchtlich erleichtern.
Im übrigen kann sie einen vorbestimmten Temperaturgradienten longitudinal über die Rollenoberfläche vorsehen, wobei ein gewünschter Gradient durch Variierung des Steigungsmasses der Schraubenlinie erhalten werden kann, wie es erforderlich ist, um den Heizgrad irgendeines gegebenen peripheren Abschnittes der Rolle zu erhöhen oder herabzusetzen. Der Widerstandstemperaturfühler sieht, wie oben erwähnt, eine ausgezeichnete Temperaturermittlung vor, da der Rauscheffekt am Schleifring vernachlässigbar ist. Durch das Anbringen des Fühlerelements über einen ziemlich breiten Bereich der Rolle, kann überdies ein mittlerer Wert vorgesehen werden, welcher gegen vereinzelte Schwankungen oder Abweichungen unempfindlich ist.
Die Konstruktion der Rolle, insbesondere die relativ dünne Aussenhülle, erleichtert das Anbringen des Temperaturfühlers sehr nahe an der Rollenoberfläche und vorzugsweise in der Nähe des Längenbereichs der Rolle, wo das Garn die Rolle verlässt, und es ist deshalb möglich, den Fühler nicht nur als Element der Heizsteuerung zu benützen, sondern auch als Überwachungsgerät oder Monitor des Rollenbetriebes, wobei das Widerstandselement einen Teil eines Messkreises bilden kann, welcher jederzeit während des Rollenbetriebs eine Temperaturmessablesung oder -wertaufzeichnung vorsieht.
Die Konstruktion der Rolle als aus zwei Teilen bestehend, nämlich dem Heizorgan und der äusseren Hülse, und der Gebrauch von Materialien mit verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten, machen es möglich, die äussere Hülse rasch und leicht auszuwechseln. Dies ist insofern von beträchtlichem Vorteil, als der kostbare Zeitaufwand für das Aufpolieren der Rolle auf ein Minimum reduziert werden kann. Weiterhin gestattet die Gesamtkonstruktion der Rolle, deren Schwerpunkt relativ nahe beim Motor vorzusehen, wodurch Gestaltung und Ausbalancierung für höhere Betriebsgeschwindigkeiten vereinfacht und erleichtert werden. Das Gewicht der Rolle kann relativ niedrig gehalten werden, was einen weiteren Vorteil für den Betrieb mit hoher Geschwindigkeit darstellt.
Vorzugsweise wird der Körper des Heizorgans aus Gussaluminium hergestellt, welches ausser dem leichten Gewicht den Vorteil von hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dort, wo das Heizorgan aus zwei Teilen gebildet ist, kann der innere Teil aus Stahl bestehen, welcher die für eine Hochgeschwindigkeitsrolle nötige Festigkeit ergibt und auch die Verbindung der Rolle mit der Welle mittels einer Nabe, welche an der inneren Hülle des Heizorgans angeschweisst ist, erleichtert. Eine bevorzugte Ausführungsform der Rolle schliesst auch Kühlrippen an der die Rolle tragenden Nabe ein, wodurch Erwärmung der Welle und des Wellenlagers verhindert wird.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Gesamtanordnung einer Galette mit Antriebsmotor und Heizsteuerung, in schematischer Darstellung, und
Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie 2-2, teilweise in Ansicht, gemäss Fig. 1, wobei nur ein Teil des Antriebsmotors dargestellt ist.
Gemäss Fig. 1 ist eine Galette 10 entsprechend ausgebildet, um an einem Ende einer Welle 12 eines Motors 14 angebracht zu werden. Am gegenüberliegenden Ende der Motorwelle 12 befindet sich eine Schleif- oder Gleitringeinheit 16 mit vier Schleif- oder Gleitringen (nicht dargestellt). Davon sind zwei für die Verbindung von Starkstromzuführnngen 18 und 20 von einer Heizkraftquelle 22 mit einem Heizelement der Rolle 10 (weiter unten beschrieben) und zwei für die Verbindung von Eingangszuleitungen 24 und 26 einer Heizsteuerungseinheit 28 mit einem von der Rolle 10 getragenen Temperaturfühler vorgesehen. Die Heizsteuerung 28 ist über Leitungskabel 30 und 32 an die Kraftquelle 22 angeschlossen und steuert, wie im einzelnen weiter unten beschrieben werden wird, die Energiezufuhr zum Heizelement der Rolle 10, um die Rolle auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
Auch wenn in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, dass der Motor von einer festen horizontalen Fläche getragen wird, ist es angezeigt, den Motor in zweckmässiger Weise auf einen Rahmen und hinter eine Platte (nicht dargestellt) zu montieren, während die Rolle 10 vor der Platte zu montieren ist.
Fig. 2 zeigt die Konstruktion der Rolle 10 und benachbarte Teile des Motors mehr im Detail. Der Motor 14 umfasst einen Motorschild 40 mit einem an diesem befestigten Schutzmantel 41. Der Motorschild 40 trägt ein Wellenlager 42, welches seinerseits die Motorwelle 12 trägt. In der Nähe des Endes der Welle 12 befindet sich ein konischer Teil 12a, welcher eine an der Rolle 10 angebrachte Nabe 44 aufnimmt. Die Nabe 44 ist mit einem ringförmigen Flansch 44a ausgebildet, welcher einen Wärmeableiter in Form eines Ringes 46 mit einer Mehrzahl von nach aussen ragenden Kühlrippen 48 trägt, wobei der Ring 46 am Flansch 44a mittels Stellschrauben 49 gesichert ist. Die Nabe weist auch einen auswärts ragenden Flansch 44b mit einer Reihe von Kühlrippen 44c auf, welche in dessen hinterer Fläche gebildet sind.
Die Rippen 48 und 44c leiten Wärme von der Nabe 44 ab und verhindern auf diese Weise die Erwärmung der Welle 12 und senken die Betriebstemperatur des Lagers 42. Die Nabe 44 ist an der Welle mittels einer Mutter 50 befestigt, welche auf einen Gewindeteil 12b am Ende der Motorwelle 12 aufgeschraubt ist.
Der zylindrische Körper der Rolle 10 wird aus einem Heizorgan 54 und einem äusseren Mantelgehäuse oder Hülse 56, welche vom Heizorgan aufgenommen wird, gebildet. Das Heizorgan 54 besteht aus zwei Teilen, einer inneren Hülle 58, welche vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt und über Schweissverbindungen 60 mit dem nach aussen ragenden Flansch 44b der Nabe 44 verbunden ist, und einem Körperteil 62, welcher die innere Hülle 58 umgibt. Die innere Hülle 58 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, konisch ausgebildet, wobei die Wandstärke in Richtung von der Nabe 44 weg abnimmt. Diese Eigenschaft ist jedoch eine Sache der Wahl. Der Körper 62 besteht vorzugsweise aus Aluminium und ist direkt um die Hülle 58 gegossen, wobei die Hülle 58 als eine Formhälfte dient. Danach erfolgt die Bearbeitung des Körpers 62, bis dieser die gewünschten Dimensionen aufweist.
Das Material der Hülle 58 und des Körpers 62 sollte näherungsweise gleiche Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen, damit infolge Wärmeausdehnung der Körper 62 auf der Hülle 58 nicht locker wird.
Die Heizquelle für die Rolle 10 ist ein stabförmiges elektrisches Heizelement 64, welches in den Körperteil 54 eingegossen ist. Vor dem Giessen des Körperteils wird das Heizelement schraubenförmig um die innere Hülle 58 gewickelt und durch Rillen 66a in peripheren Distanzhaltern 66 (in Fig. 2 nur einer dargestellt), welche an der äusseren Fläche der Hülle 58 angeschweisst oder sonstwie in geeigneter Weise befestigt sind, in richtiger Lage festgehalten. Vorzugsweise werden freie Enden 64a des Heizelements 64 mit Zuleitungsdrähten 68 und 69 in Verbindung gebracht, welche sich an diametral gegen überliegenden Stellen in der Nähe des äusseren Endes der Hülle bezüglich des Motors befinden. Das Heizelement ist in einer doppelten Spirale aufgewickelt, welche von den Anschlusspunkten zu einem Punkt in der Nähe der Nabe 44, wo ein 1800-Bogen 64b erscheint, zurückführt.
Die Zuleitungsdrähte 68 und 69 sind mit Anschlussklemmen 70 und 71 einer elektrischen Kupplung 72 verbunden, welche in den Endteil 12b der Motorwelle 12 geschraubt ist. Die Welle 12 weist eine axiale Bohrung 12c auf, in welcher ein Kabel 74 angebracht ist. Das Kabel 74 ist mit der Kupplung 72 verbunden und führt von dort durch den Motor zurück in die Schleifringeinheit 16 (Fig. 1).
Da das Heizelement 64 schraubenförmig um das Heizorgan gewickelt ist, ist Gleichförmigkeit der Temperatur in peripherer Richtung sichergestellt.
Ein gewünschter Temperaturgradient kann in Längsrichtung bis zu einem gewissen Punkt durch Variierung des Steigungsmasses der Schraubenlinie, wie gewünscht, hergestellt werden. Andererseits kann das Steigungsmass einen gewissen Wert, welcher vom Abstand der äusseren Fläche der Hülse zum Heizelement abhängt, nicht überschreiten, ohne dass dabei abwechselnd wärmere und kältere Umfangsbereiche längs der Rolle entstehen.
Das Heizorgan 54 trägt auch ein Wärmefühlelement in Form einer Widerstandsdrahtspule oder -schlange 78, welche in eine in die äussere Fläche des Heizorgankörperteiles 62 eingelassene Schraubennut 80 eingefügt ist.
Die Widerstandsdrahtspule oder -schlange reicht über einen peripheren Bereich von relativ beträchtlicher Breite, sagen wir von der Grössenordnung eines Viertels der totalen Länge der Rolle 10, und liegt dem äusseren Ende der Rolle 10 benachbart. Wie weiter unten beschrieben werden wird, wird das auf der Rolle zu bearbeitende Garn in der Nähe des inneren Rollenendes (des dem Motor 14 benachbarten Endes) der Rolle zugeführt und macht mehrere Umdrehungen in Schraubenform längs der Rolle nach aussen, wo es dieselbe in der Nähe des äusseren Endes verlässt. So ist die Widerstandsdrahtspule oder -schlange in einem Bereich der Rolle 10 angebracht, in welchem das Garn diese verlässt.
Die Enden der Widerstandsdrahtspule oder -schlange 78 sind durch die Hülle 58 geführt und mit Anschlussklemmen 82 und 83 der Kupplung 72 über Zuleitungen 84 und 85 verbunden, welche ihrerseits mittels des Kabels 74, der Schleifringeinheit 16 und Zuleitungen 24 und 26 mit der Heizsteuerung 28 (Fig. 1) gekoppelt sind.
Die äussere Hülse 56, welche vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht und verchromt ist, weist an ihrem inneren Ende bezüglich des Motors 14 einen Umfangswulst oder -flansch 56a auf, und an ihrem äusseren Ende ist ein Enddeckel 88, beispielsweise durch Verschweissung, befestigt, wobei der Enddeckel und damit die Hülse mittels Schrauben 90 am Körperteil 62 des Heizorgans 54 angeschraubt sind. Wenn auch die Schrauben 90 dazu dienen, die äussere Hülse 56 bei Raumtemperatur am Heizorgan 54 zu befestigen, besteht die primäre Art, in welcher diese festgehalten wird, in einem Haftsitz, welcher bei Betriebstemperatur durch Expansion der Teile der Rolle 10 gebildet wird.
Insbesondere weist das für die Hülse 56 ausgewählte Material einen etwas geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die Materialien des Heizorgans 54, und das Heizorgan und die Hülse sind so dimensioniert, dass der Mantel 56 bei Raumtemperatur über die äussere Oberfläche des Heizorgankörpers 62 geschoben oder gestülpt werden kann. Beim Erwärmen dehnt sich jedoch das Heizorgan stärker aus als die Hülse, wodurch dieses mit der Hülse in engen Kontakt gerät und ein Haftsitz zwischen diesen beiden Teilen vorgesehen wird.
Dadurch, dass die Rolle 10 aus zwei oder präziser ausgedrückt, aus drei Teilen besteht, ergeben sich eine ganze Anzahl bemerkenswerter Vorteile. Als erstes wird das Gewicht der Rolle 10 ohne Festigkeitseinbusse minimal gehalten, wobei die innere Hülle 58 des Heizorgans und die äussere Hülse 56 aus Stahl bestehen und für Festigkeit sorgen, und der Körper 62, welcher aus Aluminium besteht, für hohe Wärmeleitfähigkeit und geringes Gewicht sorgt.
Im weiteren erleichtert die Konstruktion den Einbau und das Auswechseln der Hüllenoberfläche, wenn dies notwendig werden sollte, so dass es unnötig ist, im Falle von Beschädigung ihrer Oberfläche eine ganze Rolle zu ersetzen. Überdies kann die äussere Hülse 56 eine relativ geringe Wandstärke aufweisen, wodurch ermöglicht wird, dass diese ohne speziell hohe Rundungstoleranzforderungen gefertigt werden kann, da es genügen wird, die Form des Körpers 54 nach dem Einbau anzupassen. Die Wirksamkeit der Wärmeübertragung in der Rolle 10 wird durch den Umstand gesteigert, dass der überwiegende Teil des wärmeleitenden Weges vom Heizelement 64 zur Oberfläche der Rolle 10 durch Aluminium oder anderes Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit führt, wobei die äussere Hülle, wie vorstehend erwähnt, relativ dünn ist.
Der Schwerpunkt der Rolle 10 ist relativ nahe beim inneren Ende der Rolle (bezüglich des Motors 14), so dass diese in Verbindung mit ihrem leichten Gewicht dem Betrieb mit hoher Geschwindigkeit besser angepasst ist.
Im Betrieb werden normalerweise zwei Rollen des m der Zeichnung veranschaulichten Typs miteinander gebraucht. Diese sind in Abstand voneinander montiert, wobei ihre Achsen nicht ganz parallel zueinander angeordnet sind, so dass das Garn, welches einige Umdrehungen um diese macht und den Zwischenraum zwischen diesen überspannt, von den inneren Enden der Rollen gegen die äusseren Enden geführt ist. Die Rollenoberflächen werden durch Beheizung auf einer genau überwachten Temperatur gehalten, indem die Energiezufuhr von der Heizkraftquelle 22 zur Heizspule 64 gesteuert wird, wobei die der Spule zugeführte Energie Signalen durch die Zuleitungen 30 und 32, welche von der Heizsteuerung 28 erhalten werden, proportional ist (....proportional in response to signals...).
Die Heizsteuerung 28 erhält ihrerseits von der Widerstandsdrahtspule oder -schlange 78 über die Leiter 24, 26, die Schleifringeinheit 16, das Kabel 74 und die Zuleitungen 84 und 85 zur Rollentemperatur proportionale Signale. Es soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass der Temperaturfühler an der Berührungsfläche zwischen dem Heizorgan 54 und der äusseren Hülse 56 der Rolle und in einem Rollenbereich, in welchem das Garn diese verlässt, angeordnet ist.
Demzufolge steht die durch den Fühler 78 wahrgenommene Temperatur in engem Zusammenhang mit der Garntemperatur, bei welcher das Garn die Rolle verlässt.
Überdies ist diese Temperatur ein Mittelwert über einen relativ breiten Abschnitt der Rolle. Die Anordnung und Überdeckung des Fühlers 78 sehen ein rasches Ansprechen und sehr genaue Kontrolle oder Steuerung vor. In der Praxis kann die Rollentemperatur innerhalb eines Bruchteils eines Grades einer vorbestimmten gewünschten Temperatur aufrechterhalten werden. Überdies kann die vom Fühler 78 erhaltene Temperaturanzeige auch als Monitorwert gebraucht werden, und der (für den Widerstand kennzeichnende) Strom, welcher einem Anzeige- oder Aufzeicbnungsgerät zugeführt wird, kann für eine kontinuierliche Ablesung oder Aufzeichnung der Rollentemperatur benützt werden.
Auswechslung der Hülse 56, falls diese beschädigt werden sollte, kann rasch und leicht erfolgen, wenn die Rolle sich auf Raumtemperatur befindet, indem die Schrauben 90, welche den Enddeckel 88 am Heizorgan festhalten, entfernt und die Hülle und der Deckel einfach längs vorn Ende des Heizorgans 54 abgestreift werden.
Nach Aufschieben einer Ersatzhülse 56 und Anbringen der Schrauben ist die Rolle betriebsbereit, und Wiedererwärmung der Rolle 10 auf Betriebstemperatur erzeugt automatisch einen Haftsitz zwischen der Hülle und dem Heizorgan, infolge Wärmeausdehnung dieser Teile.