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Die
Erfindung betrifft eine Garnabzugsdüse für eine Offenend-Rotorspinnvorrichtung
mit einem Garnumlenkbereich und einem Düsenschlund, bei der Mittel
zur Erhöhung
der Spinnstabilität
vorgesehen sind, und bei der im Garnumlenkbereich eine spiralförmige Struktur
vorhanden ist.
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Bei
Offenend-Rotorspinnvorrichtungen gibt es oft Probleme mit der Spinnstabilität, da die
eingeleitete echte Garndrehung nicht gleichmäßig in dem entstehenden Garnende
vorliegt. Die Drehungseinleitung erfolgt hauptsächlich zwischen der Garnabzugsdüse und der
Abzugseinrichtung des fertigen Garnes. Sie ist oftmals schlecht
im Bereich zwischen der Rotorrille und der Garnabzugsdüse. Eine
zu geringe Drehung in diesem Bereich bedeutet eine geringe Spinnstabilität, da bei
Absinken der Drehung unter einen gewissen Wert die Einbindung der
neuen Fasern in das Garnende nicht mehr einwandfrei vonstatten geht
und es dann zu einem Garnbruch kommt. Das Problem wird dadurch verschärft, dass die
Gestaltung der Garnabzugsdüse
nicht nur auf die Spinnstabilität,
sondern auch auf die Garnqualität
einen entscheidenden Einfluss hat.
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In
der Vergangenheit sind zahlreiche Garnabzugsdüsen für Offenend-Rotorspinnvorrichtungen in
unterschiedlichsten Ausführungen
bekannt geworden. Allerdings ist das Optimum der beiden, sich zum Teil
wiedersprechenden Ziele, nämlich
eine hohe Garnqualität
und gleichzeitig eine gute Spinnstabilität zu erreichen, noch nicht
gefunden worden.
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Eine
Vielzahl solcher bekannter Garnabzugsdüsen mit ihren Vor- und Nachteilen
ist in der
DE 197
38 382 A1 beschrieben. Es wird ausgeführt, dass „Spiraldüsen" bessere Garnwerte liefern als „Kerbdüsen", allerdings eine
geringere Spinnstabilität
haben. Zur Verbesserung wird eine Garnabzugsdüse beschrieben, die im äußeren Bereich
des trichterartig zulaufenden Garnumlenkbereiches eine spiralförmige Struktur
besitzt und im inneren Bereich des trichterförmigen Garnumlenkbereiches
zusätzlich
Kerben aufweist. Diese Ausführung
hat jedoch den Nachteil, dass die Kerben im Garnumlenkbereich das
Garn sehr leicht schädigen
können,
denn das Garn wird bei der 90°-Umlenkung
sehr stark an die Oberfläche der
Garnabzugsdüse
gedrückt.
Des Weiteren entfalten die spiralförmige Struktur nicht ihre optimale
Wirkung, da sie sich nur im äußeren Bereich
des Garnumlenkbereiches befindet.
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Aus
der WO 03/097911 A1 ist eine Garnabzugsdüse mit unterbrochenen Rippenstrukturen
sowie im Garnumlenkbereich beginnenden Kerben bekannt. Durch die
hohe Anpressung des Garnes an die Düsenwand wirken die Unterbrechungen
der Rippenstrukturen fast genauso wie Kerben. Nachteilig ist weiterhin,
dass sich die Unterbrechungen sehr weit von der Mittellinie der
Garnabzugsdüse
entfernt befinden. Je größer der
Abstand der Unterbrechung von der Mittellinie ist, umso aggressiver
ist ihre Wirkung auf das Garn und umso schneller können Garnschädigungen
auftreten. Bei gleicher Rotationsdrehzahl des Garnes ist die Anpressung
an die Düsenwand auf
Grund der Fliehkraft proportional zu dem Abstand von der Mittellinie.
Außerdem
steigt die Geschwindigkeit der an dem Garn vorbei streifenden Oberfläche der
Düsenwand
ebenfalls proportional mit dem Abstand von der Mittellinie.
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Die
DE 42 24 632 A1 beschreibt
eine „Spiraldüse", bei der die spiralförmige Struktur
im Garnumlenkbereich durch geradlinige Flächen gebildet wird. Hierdurch
soll die Flächenpressung
des umgelenkten Garnes gering gehalten werden. Beim Übergang
der geradlinigen Flächen
von einem zum nächsten
Spiralgang sind hier Kanten vorgesehen, die die Kräfte auf
das Garn übertragen.
Es ist nachteilig, dass die Kanten im Neuzustand relativ scharfkantig
sind und somit das Garn sehr leicht schädigen können. Des Weiteren werden diese
scharfen Kanten sehr schnell verschleißen, so dass die auf das Garn übertragbare Kraft
ungleichmäßig ist.
Wenn man, wie vorgesehen, die Kanten von vorne herein für empfindliche
Garn abrundet, dann ist die Kontur des trichterförmigen Garnumlenkbereiches
nahezu mit einer Glattdüse vergleichbar.
Die Vorteile einer „Spiraldüse" sind dann nahezu
nicht mehr vorhanden.
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Die
nicht gattungsgemäße
DE 102 55 723 A1 beschreibt
eine Garnabzugsdüse
mit einer koaxialen Kreisstruktur aus Wülsten und Nuten im Garnumlenkbereich,
sowie „stromabwärts" positionierte Kerben
für eine
hohe Spinnstabilität.
Hier steht die günstige
Fertigung durch einfache Werkzeuge cm Vordergrund. Man verzichtet
deshalb bewusst auf die Vorteile der Spirale im Garnumlenkbereich
und nimmt schlechtere Garnwerte in Kauf.
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Ergänzend zu
den Strukturen im Garnumlenkbereich der Garnabzugsdüse sind
aus der
DE 32 20 402
C2 Ballonstörhülsen oder
auch „Wirbeleinsätze" bekannt, die der
Garnabzugsdüse
nachgeordnet sind. Diese Ballonstörhülsen wurden zur Erzeugung eines
besonders haarigen Garnes eingesetzt. Sie sind im Grunde genommen
sehr grob wirkende Spinnkomponenten, denn durch das Herausreißen der
einzelnen Fasern zur Erzeugung der Haarigkeit wird das fertige Garn
derart geschädigt,
dass die Festigkeit und die Gleichmäßigkeit extrem verschlechtert
werden.
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In
der einen älteren
Anmeldetag besitzenden, nicht vorveröffentlichten
DE 10329612 A1 ist eine
Garnabzugsdüse
beschrieben, die einen glatten Garnumlenkbereich aus Stahl aufweist.
In dem Düsenschlund
nach dem Garnumlenkbereich ist eine Ballonstörhülse angeordnet, die derart
mit Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen ist, dass eine Haarigkeit
des Garnes in der Längenklasse
von etwa 3 mm erreicht werden soll.
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Ausgehend
von der erstgenannten Druckschrift liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zu Grunde, eine weiter verbesserte Garnabzugsdüse zu schaffen,
die gute Garnwerte mit einer hohen Spinnstabilität liefert.
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Die
Aufgabe wird bei einer Garnabzugsdüse der eingangs erwähnten Art
dadurch gelöst,
dass sich die spiralförmige
Struktur im Wesentlichen über den
gesamten Garnumlenkbereich erstreckt und ohne Unterbrechungen durchgehend
ausgeführt
ist, dass es im Düsenschlund
in Garnabzugsrichtung nach dem Ende der spiralförmigen Struktur eine andere
Struktur gibt und dass die Strukturen im Garnumlenkbereich und im
Düsenschlund
aus sanften Erhöhungen
und/oder sanften Vertiefungen bestehen, so dass durch die Strukturen
Kräfte
auf das Garn übertragen
werden, ohne das Garn zu schädigen.
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Durch
die gleichmäßige wellenförmige Struktur
nahezu im gesamten trichterförmigen
Garnumlenkbereich besitzt die erfindungsgemäße Garnabzugsdüse den Vorteil,
dass eine besonders gute Garnauflage und Garnabstützung gerade
im hochbelasteten Garnumlenkbereich möglich ist. Gleichzeitig entstehen
durch die spiralige Struktur Kräfte,
die auf das Garn wirken und deren Höhe durch die Höhe der wellenförmigen Struktur
leicht beeinflussbar ist. Die Kräfte
wirken zum einen als Schubkomponente entgegen der Abzugsrichtung
und begünstigen
die Drehungsausbreitung in Richtung der Rotorrille. Zum anderen
bewirken sie eine Rollkomponente um die Garnachse, welche ein Abrollen
des Garns am trichterförmigen
Garnumlenkbereich bewirkt. Durch das Abrollen werden lange, vom
Garn abstehende Einzelfasern angelegt. Dies bewirkt eine Qualitätsverbesserung
des Garnes, denn gerade die langen Haare sind besonders störend bei
der Weiterverarbeitung. Des Weiteren bewirkt das Abrollen des Garnes
eine Falschdrahterzeugung, die ihrerseits wiederum eine höhere Garndrehung
im Bereich zwischen Rotorrille und Garnabzugsdüse bewirkt. Der Abrollvorgang wird
durch die Strukturen im Düsenschlund
unterstützt,
da hierdurch Fadenspannungsvariationen im Garn erzeugt werden. Das
als Fadenballon umlaufende Garn berührt die Wandung des Düsenschlundes
und wird durch die Struktur in eine Drehung um die eigene Längsachse
versetzt. Hierdurch wird eine Erhöhung der
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Spinnstabilität bei gleichzeitig
guten Garnwerten erreicht. Dadurch, dass die Struktur im Düsenschlund
aus abgerundeten Erhöhungen
und Vertiefungen besteht, und dass die Relativgeschwindigkeit des
Garnes zur Düsenschlundwandung
durch einen entsprechend kleinen Innendurchmesser des Düsenschlundes
klein ist, tritt selbst bei hohen Rotordrehzahlen keine Faser- und
Garnschädigung
auf.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
die Garnabzugsdüse
so auszuführen,
dass sie besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Hierzu
wird die spiralige Struktur im Garnumlenkbereich hinterschnittfrei
gestaltet, so dass die Garnabzugsdüse bei der Fertigung durch
Gieß-
oder Pressverfahren leicht entformbar ist.
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Zur
Erreichung guter Standzeiten ist vorgesehen, die Garnabzugsdüse aus einer
Hochleistungskeramik herzustellen. Für besonders temperaturempfindliche
Fasermaterialien wie zum Beispiel Polyester ist es vorteilhaft,
die Garnabzugsdüse,
zumindest im Garnumlenkbereich, aus Metall – zum Beispiel gehärtetem Stahl – herzustellen.
Dies gewährleistet
eine gute Wärmeableitung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, die
Garnabzugsdüse
aus Metall mit einer verschleißfesten
Beschichtung auszuführen.
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Zur
Erhöhung
der Flexibilität
ist es vorteilhaft, die Garnabzugsdüse mehrteilig auszuführen und
verschiedene Strukturen im Düsenschlund
mit einer Basisausführung
der Spirale im Garnumlenkbereich zu kombinieren. So lassen sich
leicht unterschiedliche Werkstoffe entsprechend der Anforderungen
an Wärmeleitfähigkeit
bzw. Verschleißfestigkeit
zusammenstellen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einiger Ausführungsbeispiele.
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Es
zeigen:
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1 in
vergrößerter Darstellung
einen Axialschnitt durch einen Teil einer Offenend-Rotorspinnvorrichtung
im Bereich der erfindungsgemäßen Garnabzugsdüse,
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2 eine
weiter vergrößerte Darstellung
einer Garnabzugsdüse
im Axialschnitt, bei der Düsenschlund
und Garnumlenkbereich einteilig ausgeführt sind,
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3 in
nochmals vergrößerter Darstellung einen
Radialschnitt durch den Düsenschlund,
bei welcher die Struktur als Höcker
ausgebildet ist,
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4 eine
Ansicht ähnlich 3,
bei welcher die Struktur im Düsenschlund
als Kerben ausgebildet ist,
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5 eine
Ansicht ähnlich 2,
bei der Düsenschlund
und Garnumlenkbereich zweiteilig gestaltet sind,
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6 eine
Frontalansicht in Garnabzugsrichtung des Garnumlenkbereiches mit
seiner spiralförmigen
Struktur.
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Die
in 1 nur teilweise dargestellte Offenend-Rotorspinnvorrichtung
enthält
einen Spinnrotor 1, der aus einem Rotorteller 2 und
einem darin eingepressten Schaft 3 besteht. Der Schaft 3 ist
in nicht dargestellter Weise gelagert und angetrieben. Der Rotorteller 2 rotiert
bei Betrieb in einer Unterdruckkammer 4, die durch ein
Rotorgehäuse 5 gebildet
ist, welches in nicht dargestellter Weise an eine Unterdruckquelle
angeschlossen ist.
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Der
Rotorteller 2 weist eine sich konisch zu einer Fasersammelrille 6 erweiternde
Fasergleitfläche 7 auf.
In der Fasersammelrille 6 hat der hohle Innenraum des Rotortellers 2 seinen
größten Durchmesser.
Der Spinnrotor 1 lässt
sich durch eine vordere Öffnung 8 des
Rotorgehäuses 5 zur
Bedienungsseite der Offenend-Spinnvorrichtung hin herausziehen.
Bei Betrieb ist diese Öffnung 8 des
Rotorgehäuses 5 zusammen
mit der offenen Vorderseite 9 des Rotortellers 2 durch
eine wegbewegbare Abdeckung 10 verschlossen. Die Abdeckung 10 legt
sich unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 11 dann
an das Rotorgehäuse 5 an.
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Die
Abdeckung 10 enthält
einen außerhalb der
Zeichenebene liegenden Faserzuführkanal 12, der
in nicht dargestellter bekannter Weise an einer Auflösewalze
beginnt und dessen Mündung 13 gegen
die Faserleitfläche 7 gerichtet
ist. Durch die Wirkung der genannten Unterdruckquelle werden bei Betrieb
durch die Auflösewalze
vereinzelte Fasern durch den Faserzuführkanal 12 hindurch
gegen die Fasergleitfläche 7 geschossen,
von wo sie in die Fasersammelrille 6 gleiten, dort einen
Faserring bilden und in bekannter Weise als strichpunktiert dargestelltes
Garn 14 in axialer Richtung des Schaftes 3 abgezogen
werden. Die über
den Faserzuführkanal 12 angesaugte
Transportluft kann über
einen Überströmspalt 15 an
der offenen Vorderseite 9 des Spinnrotors 1 abfließen.
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Das
ersponnene Garn 14 wird zunächst aus der Fasersammelrille 6 wenigstens
annähernd
in einer zum Schaft 3 liegenden Normalebene des Spinnrotors 1 und
anschließend über einen
Garnabzugskanal 16 entsprechend der Abzugsrichtung A mittels eines
nicht dargestellten Abzugswalzenpaares abgezogen und einer ebenfalls
nicht dargestellten Auflaufspule zugeführt. Der Garnabzugskanal 16 liegt
zumindest in seinem Anfangsbereich koaxial zum Schaft 3 des
Spinnrotors 1, so dass das die Fasersammelrille 6 verlassende
Garn 14 zunächst
um etwa 90° umgelenkt
wird, wobei das Garn 14 in der genannten Normalebene zugleich
kurbelartig umläuft.
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Dem
Umlenken des Garnes 14 aus der genannten Normalebene in
den Garnabzugskanal 16 dient eine Garnabzugsdüse 17,
die mit einem im Wesentlichen trichterförmig gewölbten Garnumlenkbereich 18 an
einer in der Normalebene liegenden Schnittfläche 19 beginnt und
in einen Düsenschlund 20 übergeht.
Die Garnabzugsdüse 17 besteht
aus einem vorzugsweise keramischen Düseneinsatz 21, der
in eine Düsenfassung 22 eingeklebt
ist, wobei die Düsenfassung 22 mittels
Haltemagneten 23 an der Abdeckung 10 gehalten
wird.
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Es
sei an dieser Stelle erwähnt,
dass die kurbelartige Umlaufgeschwindigkeit des Garnes 14 sehr viel
größer ist
als die Geschwindigkeit des Garnes 14 in Abzugsrichtung
A. Auf Grund des kurbelartigen Umlaufes des abgezogenen Garnes 14 an
der Stirnfläche 19 läuft das
Garn 14 ab dem Düsenschlund 20 ballonartig
um, wobei es durch Fliehkräfte
an die Wandung 24 des Düsenschlundes 20 gedrückt wird. Man
macht sich diesen Umstand zunutze, indem man die Wandung 24 in
besonderer Weise ausbildet, beispielsweise sanfte Erhöhungen und/oder
Vertiefungen 25 vorsieht, die vom Garn 14 auf
Grund der Ballonbildung kontaktiert werden.
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2 zeigt
eine nochmals vergrößerte Ansicht
einer Garnabzugsdüse 17 im
Axialschnitt. In die Düsenfassung 22 ist
hier ein keramischer Düseneinsatz 21 eingeklebt.
Die Oberfläche 26 der
spiralförmigen
Struktur im Garnumlenkbereich 18 wird durch eine geometrische
Kurve gebildet, die nicht rotationssymmetrisch zur Mittellinie 27 ist.
Diese Kurve hat vielmehr die Eigenschaft, dass sich beim Fortschreiten
entlang der Abzugsrichtung A der Abstand M der Oberfläche 26 von
der Mittellinie 27 stetig und kontinuierlich verringert.
Hierdurch wird erreicht, dass – in Abzugsrichtung
A gesehen – kein
Hinterschnitt im Inneren des Düseneinsatzes 21 entsteht.
Diese Eigenschaft hat die geometrische Kurve für jeden beliebigen Axialschnitt
durch den Düseneinsatz 21.
Sie ermöglicht
die Entformbarkeit des Düseneinsatzes 21 beim
Pressen durch ein im Garnumlenkbereich 18 einteiliges Werkzeug.
Dies hat den Vorteil, dass der Garnumlenkbereich 18 eine
saubere Oberfläche 26 ohne
Grate und Fehlerstellen aufweist. Eine fehlerfreie Oberfläche 26 ist
im Garnumlenkbereich 18 besonders wichtig, weil hier das
Garn 14 durch die 90°-Umlenkung
sehr stark an die Oberfläche 26 angedrückt wird.
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Der
Düsenschlund 20 ist
hier mit länglichen, parallel
zur Mittellinie 27 ausgerichteten Erhöhungen bzw. Vertiefungen 25 ausgestattet.
Sind die Strukturen im Düsenschlund
als Erhöhungen – zum Beispiel als
Höcker 29 wie
in 3 dargestellt – ausgeführt, so lässt sich sogar der vordere
Teil des Düsenschlundes 20 noch
hinterschnittfrei ausführen,
so dass man die Formtrennung 28 des Presswerkzeuges in
den – in
Abzugsrichtung A gesehen – hinteren
Teil des Düsenschlundes 20 legen
kann. Ein möglichst
weit hinten liegende Formtrennung 28 hat den Vorteil, dass eventuelle
Fehlerstellen an der Wandung 24 des Düsenschlundes 20 geringere
Auswirkungen auf das Garn 14 haben, denn die Anpresskraft
des Fadenballons an die Wandung 24 nimmt mit Fortschreiten
in Abzugsrichtung A ab.
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Die 3 und 4 zeigen
jeweils einen Radialschnitt durch den Düsenschlund 20 entlang der
Linie der Formtrennung 28 in 2. 3 zeigt einen
Düseneinsatz 21 mit
einer Struktur, die als sanfter Höcker 29 auf der Wandung 24 erhöht ausgebildet
ist. 4 zeigt dagegen eine Struktur, bei der in die
Wandung 24 sanfte Kerben 30 eingelassen sind.
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Die
Ausgestaltung nach 5 zeigt im Wesentlichen dasselbe
wie die 2, allerdings ist der Düseneinsatz 21 in 5 zweiteilig
ausgeführt.
Es gibt einen Einsatz 31 im Garnumlenkbereich 18 und einen
zweiten Einsatz 32 im Düsenschlund 20.
Dies hat den Vorteil, dass man zu einem Einsatz 31, der das
aufwendigere Herstellwerkzeug erfordert, mehrere Einsätze 32 mit
verschiedenen Strukturen im Düsenschlund 20 kombinieren
kann und so kostengünstig
eine hohe Flexibilität
erreicht. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, die Einsätze 31 und 32 aus unterschiedlichen
Materialien herzustellen. Beispielsweise kann für eine Verarbeitung von temperaturempfindlichen
Polyesterfasern ein Einsatz 31 aus Metall, vorzugsweise
gehärtetem
Stahl, hergestellt sein. In Kombination dazu kann der Einsatz 32 aus einer
Aluminiumoxid-Keramik gefertigt sein. Beide Einsätze werden in die Düsenfassung 22 eingeklebt. Alternativ
kann es vorgesehen sein, die Oberfläche 26 oder die Wandung 24 mit
einer verschleißfesten Diamantbeschichtung
zu versehen.
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Anhand
der 6 erkennt man, wie sich die wellenlinienförmige Struktur
im Garnumlenkbereich 18 in radialer Richtung spiralförmig nach
innen windet. Ebenfalls erkennbar sind die sanften Ausläufe der
Struktur am Anfang 33 und am Ende 34. Die Erhöhungen 35 und
Vertiefungen 36 der wellenförmigen Struktur sind so gestaltet,
dass Erhöhungen
und Vertiefungen nahezu den gleichen Flächenanteil einnehmen. Man kann
also nahezu nicht mehr unterscheiden, ob die Spirale eine Erhöhung auf
einer Basisfläche
darstellt oder eine Vertiefung. Dies hat den Vorteil, dass das Garn 14 sowohl
von den Erhöhungen
als auch von den Vertiefungen bei der 90°-Umlenkung gestützt wird.
Man erreicht so eine schonende Übertragung
der gewünschten
Kräfte
auf das Garn, ohne die Fasern zu schädigen.