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.
Galette
The present invention relates to a godet.
In the production of synthetic yarns, a plurality of threads are spun from the synthetic spinning mass or spinning solution, which threads are brought together and drawn. The drawing is extremely important in the entire process, as it determines the mechanical properties of the yarn to a considerable extent.
One type of drawing device used in synthetic yarn manufacture includes a number of rolls called godets. After exiting the spinning apparatus, the yarn first makes a plurality of revolutions around preheating godets of a first stage, which rotate at a relatively slower speed, and then a plurality of revolutions around godets of a drawing stage, which operate at a relatively higher speed. On the occasion of the transition from the slower rolls to the faster ones, the yarn is warped or stretched. In addition, the yarn receives a heat treatment on the rolls of the second stage or in a subsequent third stage.
The need to maintain the rollers at critical temperatures and operate them at relatively high speeds creates a number of problems. A number of godets of various constructions have been proposed, each having one or more shortcomings. For example, one particular type of godet comprises a rotating bell-shaped roller which is heated by an annular fixed heating unit housed in the roller. The heat transfer in this type of roller is extremely weak and the temperature controllability of the roller, especially where the ambient conditions vary, is minimal. In another embodiment, a fixed roller is provided with circumferentially spaced longitudinally extending cartridge or coil heating elements.
Even if the heat transfer is considerably improved by the provision of the heating elements on the roller body, this form has the disadvantage that the uniformity of the temperature peripherally around the surface of the roller is lacking. Moreover, polishing the roller surface, which forms an essential part of the roller, is difficult and time consuming.
It is an object of the present invention to provide a godet which avoids the aforementioned and other disadvantages of known godets, improved heat transfer, the ability to achieve and maintain precise temperature control from a point remote from the roll, uniformity of roll temperature, convenience of buffing of the roller surface with minimal expenditure of time and other improved properties.
The godet according to the invention, characterized by a heating element in the form of a part with a cylindrical outer surface and heating means rotatable with the roller and by an external removable cylindrical sleeve which is located on the heating element, the temperature expansion coefficient of the heating element being greater than that of the Sleeve, so that the sleeve is slidably arranged on the heating element at room temperature, but is in a tight fit with the heating element at operating temperatures of the roller.
In a preferred embodiment, the godet can be heated by means of a rod-shaped, electrical heating element which is wound helically with respect to the roll and which is preferably cast in directly during the manufacture of the heating part. The temperature of the roller can be controlled by means of a resistance wire sensor which is wound helically onto the heating element, preferably onto its periphery and thus onto the contact surface between the outer casing and the heating element. The roller can comprise a hub to be freely carried by the shaft of a drive motor, and the leads, both the heating coil or coil and the resistance wire, can be passed through the motor shaft and brought out via a slip ring for temperature control and heating power source.
The control can be located at a point remote from the roll, for example in a main control console for the drawing machine.
The heating element of the roller may consist of an inner tubular member and a body part which is cast using the inner shell as a mold half. Holders or armatures for the electrical heating element can be attached to the inner sleeve prior to casting of the heater body and facilitate precise placement of the coil or coil in the cast body to ensure uniformity of heating.
The coil or coil of the resistance wire heat sensor preferably occupies a peripheral band of fairly substantial width, say of the order of a quarter of the roll length, which allows a temperature measurement to be provided which gives an average over a relatively large area of the roll. The band which is occupied by the heat sensor coil or coil is advantageously arranged in the area of the point where the yarn leaves the reel, because the maximum temperature of the yarn when it leaves the reel is normally the best indication of the overall heating.
Another advantage of a resistance wire heating control is that it is insensitive to noise that arises on a slip ring, since it draws a fairly large current. Furthermore, the resistance of the element is proportional to the temperature, which allows a relatively large control range to be provided. In addition, the resistance wire sensor can be used at higher operating temperatures than other sensor types, in particular thermistors.
The present godet offers numerous advantages.
On the one hand, the efficiency of the heat transfer by installing the heating coil or heating coil for rotation with the roller surface is significantly greater than in rollers in which the heating coil or heating coil is fixed and separated from the rotating roller. The degree of heat transfer can be further increased by the tight fit between the sleeve and the heating element at operating temperature, the close contact of the sleeve on the heating element ensuring good contact and thus good heat transfer at the contact surface between the sleeve and the heating element. The helical shape of the heating element can make it considerably easier to achieve a uniform temperature over the roller periphery.
Incidentally, it can provide a predetermined temperature gradient longitudinally across the roll surface, a desired gradient being obtained by varying the pitch of the helix as required to increase or decrease the degree of heating of any given peripheral portion of the roll. As mentioned above, the resistance temperature sensor provides excellent temperature detection, since the noise effect on the slip ring is negligible. By attaching the sensor element over a fairly wide area of the roller, an average value can also be provided which is insensitive to isolated fluctuations or deviations.
The construction of the roll, in particular the relatively thin outer shell, makes it easier to attach the temperature sensor very close to the roll surface and preferably in the vicinity of the length of the roll where the yarn leaves the roll, and it is therefore possible to use the sensor not only as an element to use the heating control, but also as a monitoring device or monitor of the roller operation, whereby the resistance element can form part of a measuring circuit, which provides a temperature measurement reading or recording at any time during the roller operation.
The construction of the roller as consisting of two parts, namely the heating element and the outer sleeve, and the use of materials with different coefficients of thermal expansion, make it possible to change the outer sleeve quickly and easily. This is of considerable advantage in that the valuable time required to polish up the roll can be reduced to a minimum. Furthermore, the overall design of the roller allows its center of gravity to be located relatively close to the engine, thereby simplifying and facilitating design and balancing for higher operating speeds. The weight of the reel can be kept relatively low, which is a further advantage for high-speed operation.
The body of the heating element is preferably made of cast aluminum which, in addition to its light weight, has the advantage of high thermal conductivity. Where the heating element is made up of two parts, the inner part can be made of steel, which provides the strength required for a high-speed roller and also the connection of the roller to the shaft by means of a hub which is welded to the inner shell of the heating element, facilitated. A preferred embodiment of the roller also includes cooling ribs on the hub carrying the roller, which prevents the shaft and the shaft bearing from heating up.
The invention will then be explained using figures, for example. Show it:
Fig. 1 shows the overall arrangement of a godet with drive motor and heating control, in a schematic representation, and
FIG. 2 shows a longitudinal section along the line 2-2, partially in view, according to FIG. 1, only part of the drive motor being shown.
According to FIG. 1, a godet 10 is designed accordingly to be attached to one end of a shaft 12 of a motor 14. At the opposite end of the motor shaft 12 there is a slip ring or slip ring unit 16 with four slip rings or slip rings (not shown). Two of these are provided for connecting heavy current supply lines 18 and 20 from a heating power source 22 to a heating element of the roller 10 (described below) and two for connecting input supply lines 24 and 26 of a heating control unit 28 with a temperature sensor carried by the roller 10. The heating controller 28 is connected to the power source 22 by leads 30 and 32 and, as will be described in detail below, controls the supply of energy to the heating element of the roller 10 in order to maintain the roller at a predetermined temperature.
Even if it is shown schematically in Fig. 1 that the motor is supported by a solid horizontal surface, it is advisable to mount the motor in an expedient manner on a frame and behind a plate (not shown), while the roller 10 in front of Plate is to be mounted.
Fig. 2 shows the construction of the roller 10 and adjacent parts of the motor in more detail. The motor 14 comprises a motor shield 40 with a protective jacket 41 fastened to it. The motor shield 40 carries a shaft bearing 42 which in turn carries the motor shaft 12. Near the end of the shaft 12 is a conical portion 12a which receives a hub 44 attached to the roller 10. The hub 44 is designed with an annular flange 44a, which carries a heat sink in the form of a ring 46 with a plurality of outwardly protruding cooling ribs 48, the ring 46 being secured on the flange 44a by means of set screws 49. The hub also has an outwardly extending flange 44b with a series of cooling fins 44c formed in its rear surface.
The ribs 48 and 44c conduct heat away from the hub 44, thus preventing the shaft 12 from heating up and lowering the operating temperature of the bearing 42. The hub 44 is attached to the shaft by means of a nut 50 which fits onto a threaded portion 12b at the end the motor shaft 12 is screwed on.
The cylindrical body of the roller 10 is formed from a heating element 54 and an outer casing or sleeve 56 which is received by the heating element. The heating element 54 consists of two parts, an inner shell 58, which is preferably made of stainless steel and is connected to the outwardly projecting flange 44b of the hub 44 via welded connections 60, and a body part 62 which surrounds the inner shell 58. As can be seen from FIG. 2, the inner casing 58 is conical, the wall thickness decreasing in the direction away from the hub 44. However, this property is a matter of choice. The body 62 is preferably made of aluminum and is cast directly around the shell 58, with the shell 58 serving as a mold half. The body 62 is then processed until it has the desired dimensions.
The material of the shell 58 and the body 62 should have approximately the same temperature expansion coefficients so that the body 62 does not become loose on the shell 58 as a result of thermal expansion.
The heating source for the roller 10 is a rod-shaped electrical heating element 64 which is cast into the body part 54. Before the casting of the body part, the heating element is helically wrapped around the inner sheath 58 and secured by grooves 66a in peripheral spacers 66 (only one shown in FIG. 2), which are welded to the outer surface of the sheath 58 or otherwise suitably attached, held in the correct position. Preferably, free ends 64a of the heating element 64 are connected to lead wires 68 and 69 which are located at diametrically opposite locations near the outer end of the sheath with respect to the motor. The heating element is wrapped in a double spiral which returns from the connection points to a point near the hub 44 where an 1800 arc 64b appears.
The lead wires 68 and 69 are connected to connection terminals 70 and 71 of an electrical coupling 72 which is screwed into the end part 12b of the motor shaft 12. The shaft 12 has an axial bore 12c in which a cable 74 is mounted. The cable 74 is connected to the coupling 72 and leads from there through the motor back into the slip ring unit 16 (FIG. 1).
Since the heating element 64 is helically wound around the heater, uniformity of temperature in the peripheral direction is ensured.
A desired temperature gradient can be established in the longitudinal direction up to a certain point by varying the pitch of the helix as desired. On the other hand, the pitch dimension cannot exceed a certain value, which depends on the distance between the outer surface of the sleeve and the heating element, without alternating warmer and colder peripheral areas along the roller.
The heating element 54 also carries a heat-sensing element in the form of a resistance wire coil or coil 78, which is inserted into a screw groove 80 embedded in the outer surface of the heating element body part 62.
The resistance wire coil or coil extends over a peripheral area of relatively considerable width, say on the order of a quarter of the total length of the roller 10, and is adjacent to the outer end of the roller 10. As will be described further below, the yarn to be processed on the reel is fed to the reel near the inner end of the reel (the end adjacent to the motor 14) and makes several turns in a helical shape outwards along the reel where it is in the vicinity the outer end leaves. Thus, the resistance wire coil or coil is attached in a region of the roll 10 in which the yarn leaves it.
The ends of the resistance wire coil or coil 78 are passed through the sheath 58 and connected to terminals 82 and 83 of the coupling 72 via leads 84 and 85, which in turn are connected to the heating controller 28 by means of the cable 74, the slip ring unit 16 and leads 24 and 26 ( Fig. 1) are coupled.
The outer sleeve 56, which is preferably made of stainless steel and is chrome-plated, has a circumferential bead or flange 56a at its inner end with respect to the motor 14, and an end cover 88 is attached to its outer end, for example by welding The end cover and thus the sleeve are screwed to the body part 62 of the heating element 54 by means of screws 90. While the screws 90 are used to secure the outer sleeve 56 to the heater 54 at room temperature, the primary way in which it is held is an adhesive fit formed by expansion of the parts of the roller 10 at operating temperature.
In particular, the material selected for the sleeve 56 has a slightly lower coefficient of thermal expansion than the materials of the heating element 54, and the heating element and the sleeve are dimensioned such that the jacket 56 can be pushed or pulled over the outer surface of the heating element body 62 at room temperature. When heated, however, the heating element expands more than the sleeve, whereby this comes into close contact with the sleeve and an adhesive fit is provided between these two parts.
The fact that the roller 10 consists of two or, more precisely, three parts results in a number of remarkable advantages. First, the weight of the roller 10 is kept to a minimum without any loss of strength, the inner shell 58 of the heating element and the outer sleeve 56 being made of steel and providing strength, and the body 62, which is made of aluminum, ensuring high thermal conductivity and low weight .
Furthermore, the construction facilitates the installation and replacement of the casing surface if this should become necessary, so that it is unnecessary to replace an entire roller in the event of damage to its surface. In addition, the outer sleeve 56 can have a relatively small wall thickness, which enables it to be manufactured without particularly high rounding tolerance requirements, since it will be sufficient to adapt the shape of the body 54 after installation. The effectiveness of the heat transfer in the roller 10 is increased by the fact that the majority of the heat-conducting path from the heating element 64 to the surface of the roller 10 leads through aluminum or other material with high thermal conductivity, the outer shell, as mentioned above, being relatively thin is.
The center of gravity of the roller 10 is relatively close to the inner end of the roller (with respect to the motor 14) so that, in conjunction with its light weight, is better suited to high speed operation.
In operation, two reels of the type illustrated in the drawing are normally used together. These are mounted at a distance from one another, with their axes not arranged completely parallel to one another, so that the yarn, which makes a few turns around them and spans the space between them, is guided from the inner ends of the rollers towards the outer ends. The roller surfaces are kept at a precisely monitored temperature by heating by controlling the energy supply from the heating power source 22 to the heating coil 64, the energy supplied to the coil being proportional to signals through the leads 30 and 32 which are received from the heating control 28 ( .... proportional in response to signals ...).
The heating control 28 in turn receives signals proportional to the roller temperature from the resistance wire coil or coil 78 via the conductors 24, 26, the slip ring unit 16, the cable 74 and the leads 84 and 85. It should be pointed out again that the temperature sensor is arranged on the contact surface between the heating element 54 and the outer sleeve 56 of the roll and in a roll area in which the yarn leaves it.
Accordingly, the temperature sensed by the sensor 78 is closely related to the yarn temperature at which the yarn exits the spool.
Moreover, this temperature is an average over a relatively wide portion of the roll. The placement and overlap of the sensor 78 provide quick response and very precise control. In practice, the roller temperature can be maintained within a fraction of a degree of a predetermined desired temperature. In addition, the temperature reading obtained from the sensor 78 can also be used as a monitor value, and the current (characteristic of the resistance) which is supplied to a display or recording device can be used for a continuous reading or recording of the roller temperature.
Replacing the sleeve 56, if damaged, can be done quickly and easily when the reel is at room temperature by removing the screws 90 holding the end cover 88 to the heater and simply pulling the sleeve and cover along the front end of the Heating element 54 are stripped off.
After a replacement sleeve 56 has been pushed on and the screws have been attached, the roller is ready for use, and rewarming of the roller 10 to operating temperature automatically creates an adhesive fit between the shell and the heating element as a result of thermal expansion of these parts.