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In
der Textilindustrie hat das Spulen von Filamenten, Garnen und Bändchen für eine kompakte und
weiterverarbeitbare Speicheraufmachung eine herausragende Bedeutung.
Dabei wird je nach Einsatzgebiet und Spulgeschwindigkeit, in Abhängigkeit der
aufzuspulenden Medien und der sich daraus an das Aufspulaggregat
gestellten stark voneinander abweichen Forderungen, eine große Auswahl
von verschiedenen Aufspulmaschinen von einer ganzen Reihe Herstellern
angeboten. Andererseits kann festgestellt werden, dass es möglich ist,
für eine
gewisse Anzahl von Gruppen von Textilmaterial, z. B. Folienbändchen aus
Polypropylen oder Polyethylen oder für Monofile aus Polyamid, Polyester
und Polypropylen Aufspuleinrichtungen zu schaffen, die nur durch geringe
Variation von einzelnen Arbeitselementen bei gleicher Bauanordnung
einen relativ großen
Bereich von Textilmaterial mit hoher Qualität aufspulen können.
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Allen
gemeinsam ist, dass eine Traversier- bzw. Changiereinrichtung den
auf die Spule auflaufenden Faden so auf die Spule verlegt, dass
ein stabiler Spulenaufbau mit möglichst
konstanter Packungsdichte bei guten Ablaufeigenschaften für die spätere Weiterverarbeitung
entsteht. Dabei ist zu beachten, dass mit steigender Aufspulgeschwindigkeit die
Komplexität
und damit der technische und vor allem der ökonomische Aufwand ständig steigen.
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Für Spulgeschwindigkeiten
bis ca. 4000 m/min sind gegenwärtig
Changiereinrichtungen unterschiedlicher Ausführungen, vorwiegend mit Kehrgewindewelle
und Changierschiffchen, im Einsatz. Ab Aufspulgeschwindigkeiten über 4000–8000 m/min wird
zur Zeit mit einer sogenannten Flügelchangierung, auch unter
dem Namen BI-ROTOR-Changierung bekannt, gearbeitet. Diese Changierungen
sind durch den hohen technischen Aufwand, die geforderte Genauigkeit
und die diffizile Einstellbarkeit sehr teuer.
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Bei
Aufspulgeschwindigkeiten bis ca. 4000 m/min muß man beim System Kehrgewindewelle-Changierschiffchen
zwei Systeme unterscheiden: mit und ohne nachgeschaltete Nutenwalze.
Das System ohne nachgeschaltete Nutenwalze ist das technisch einfachste
und preiswerteste. Die Standzeit des Changierschiffchens beträgt dabei
mindestens 1000 Stunden, gefordert werden jedoch wesentlich mehr.
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Das
Changiersystem mit nachgeschalteter Nutenwalze ist technisch aufwändiger und
auch wesentlich teurer. Der Faden wird von dem Changierschiffchen
in die Nutenwalze übergeben
und durch sie sehr genau auf den Spulenwickel abgelegt. Das Changierschiffchen
ist länger
und kommt damit besser über
die Kreuzungsstellen hinweg, so dass an dieser Stelle nahezu kein
Verschleiß verursacht
wird. Durch die größere Länge sind
die Umkehrstellen wesentlich sanfter gestaltet, so dass auch hier
geringere Kräfte
auftreten. Die Aufspulgeschwindigkeit kann dadurch auf ca. 4500
m/min bei entsprechender Standzeit des Changierschiffchens erhöht werden. Die
Fertigung der Nutenwalze ist sehr aufwändig. Die Nut hat an jeder
Stelle des Umfangs eine andere Form (Fadeneinlauf) und eine andere
Tiefe (Changierdreieck). Die gesamte Nutenwalze wird durch eine
spezielle Oberflächenbeschichtung
gegen Verschleiß und
Korrosion geschützt.
Die Lagerung der Nutenwalze befindet sich im gleichen Gehäuse wie die
Kehrgewindewelle, der Antrieb erfolgt mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis am
vorderen Wellenende der Kehrgewindewelle. Mit dieser Aufspulart
kann der qualitativ hochwertigste Spulenaufbau – damit beste Ablaufeigenschaften – erreicht werden.
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Bei
der BI-ROTOR-Changierung sind je Aufspulstelle zwei gegenläufig rotierende
3-armige Flügel
angebracht. Sie sind von Spulstelle zu Spulstelle mittels Zahnriemen
miteinander verbunden, so dass der Antrieb zentral erfolgen kann.
Zu beachten ist, dass jeweils ein Flügel je Spulstelle über eine
Hohlwelle angetrieben wird. Fertigungstechnisch besonders problematisch
sind die Flügelenden.
Sie müssen
so gestaltet und einstellbar sein, dass an jeder Spulstelle der
gleiche Hub vorhanden ist und die Fadenübergabe an den Spulenenden
von einem Flügel auf
den anderen Flügel
exakt erfolgt (Lage des Fadens zum Spulenrand). Mit dieser Changierung
wird gegenwärtig
bis 8000 m/min aufgespult. Die Qualität des Spulenaufbaus entspricht
etwa der des Systems Kehrgewindewelle-Changierschiffchen ohne Nutenwalze.
Eine Schädigung
des Fadens durch das Schlagen der Flügel an den Faden beim Richtungswechsel
ist nicht auszuschließen.
Es sind Produzenten bekannt, die aus diesem Grund die Flügelchangierung
nicht anwenden.
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Wie
schon erwähnt,
kann mit der Nutenwalze der qualitativ hochwertigste Spulenaufbau
erreicht werden. Für
kurze Hübe
genügt
eine einzige Kurve (ohne Kreuzungsstelle) zum exakten Verlegen des Fadens.
Die Doppelhubzahlen können
nahezu beliebig gesteigert werden, da nur eine einfache Drehbewegung
zur Fadenverlegung notwendig ist, es wird nur der Faden beschleunigt.
Will man nun den Hub vergrößern (gleicher
Walzendurchmesser vorausgesetzt), wird der Einlaufwinkel des Fadens
in die Nut der Trommel so schlecht, dass der Faden nicht mehr in
der Nut läuft,
sondern nur noch an der Oberfläche der
Trommel verweilt und nicht mehr changiert. Für dieses Problem gibt es zwei
Lösungswege.
Der erste Weg ist eine Vergrößerung des
Trommeldurchmessers, so dass der Übertragungswinkel erhalten
bleibt. Dieser Möglichkeit
wird beim Umfangsantrieb bevorzugt und wird aber aus Platzgründen kaum
noch angewendet.
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Der
zweite Weg ist die Beibehaltung des Durchmessers und der Nutsteigung.
Dadurch entstehen aber Kreuzungsstellen. Diese sind nun das Problem.
Der Faden läuft
nicht von allein nach außen über die
Kreuzungsstellen hinweg, es sind Hilfsmittel notwendig. In der Praxis
werden zwei verschiedene Möglichkeiten
angewendet.
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Die
erste Möglichkeit
besteht darin, die Nut, welche den Faden nach außen drückt, extrem tief zu gestalten.
An der Kreuzungsstelle wird die Nut, welche nach innen führt extrem
flach. So ist es möglich, bei
einem Nutaußendurchmesser
von ca. 100 mm Hübe
bis etwa 150 mm zu realisieren.
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Diese
Methode hat aber den Nachteil, dass die Fadenlänge zwischen dem letzten Ablaufpunkt des
Fadens vor der Spule und dem Auflaufpunkt auf die Spule so stark
schwankt, dass die Dehnungsgrenze des Fadens überschritten wird und es zu
Fadenschädigungen
kommt. Deshalb wird dieses Prinzip nur in der Naturfaserspinnerei
zum Umspulen (z. B. von Spinnmaschine zur Spule) angewendet. Hierbei
wird gerade die Menge vom Kops abgezogen, die gerade benötigt wird.
In der Chemiefaserherstellung ist dieses Prinzip durch die kontinuierliche
Lieferung nicht anwendbar. Extreme Schädigungen des Fadens sind besonders
bei POY-Garnen zu erwarten, da diese noch nicht fertig gestreckt
sind.
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Die
zweite, vor allem im Chemiefaserbereich angewendete Möglichkeit,
ist die Nutentrommel mit einer Vorchangierung in Form einer Kehrgewindewelle
mit Fadenschieber. Diese Art vereinigt zwei unterschiedliche Changierarten
in einer und ist entsprechend teuer.
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Mit
dieser Vorchangierung hat man jedoch die gleichen Probleme wie mit
der normalen Changierung mit Kehrgewindewelle und Fadenschieber. Die
Kreuzungsstellen erzeugen einen hohen mechanischen Verschleiß, die Umkehrstellen
belasten den Fadenführerfuß sehr stark.
Beides gemeinsam führt zu
einem relativ raschen Ausfall des Changiersystems. Der Fadenschieber
muß ständig gewechselt werden.
Dadurch ergibt sich ein Produktionsausfall, der durch eine lange
Lebensdauer des Fadenschiebers so gering wie möglich gehalten werden soll.
Da der Faden durch die Nutenwalze exakt gelegt wird, kann bei den
Umkehrstellen der Kehrgewindewelle ein größerer Radius gewählt werden.
Dadurch werden die Beschleunigungen und daraus resultierend die
Kräfte
reduziert. So kann die Doppelhubzahl und entsprechend die Aufspulgeschwindigkeit
je nach Voreilung der Nutenwalze (Umfangsgeschwindigkeit der Nutenwalze
am Nutgrund ist schneller als die Aufspulgeschwindigkeit) um ca.
5% bis 25% bei gleicher Lebensdauer des Fadenschiebers erhöht werden.
Wird die ursprüngliche
Doppelhubzahl beibehalten, erhöht
sich die Lebensdauer auf nahezu das Doppelte.
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Mit
der vorliegenden Erfindung sollen die Nachteile, die bisher mit
dem Einsatz einer Nutenwalze verbunden waren, beseitigt werden.
Dabei ist insbesondere an eine Ablösung der Nutenwalze mit Vorchangierung
und der Flügelchangierung
gedacht.
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Erfindungsgemäß wird die
Eigenheit des Fadens genutzt, nicht von allein die Kreuzungsstellen nach
außen
zu überschreiten,
sondern zwischen zwei nebeneinander liegenden Kreuzungsstellen zu pendeln.
Der letzte Fadenablaufpunkt liegt dabei jeweils zwischen den entsprechenden
Kreuzungsstellen, vorzugsweise symmetrisch dazu. Im folgenden Bild
3 soll das Aufspulverfahren näher
erläutert
werden.
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Im
Beispiel nach Bild 3 wird zuerst am Spulenanfang nach dem Punkt
a) für
2 Sekunden zwischen den Punkten 1 und 2 aufgespult. Der letzte Fadenablaufpunkt
befindet sich in der Mitte dieser beiden Punkte. Nach dieser Zeit
wird der letzte Fadenablaufpunkt nach rechts nach Punkt b) in die
Mitte zwischen den Punkten 2 und 3 verschoben, der Faden changiert
zwischen diesen beiden Punkten für
eine Zeit von 2 Sekunden. Die Spulendicke erreicht jetzt die Größe der ersten
Teilaufspulung. Danach wird der letzte Fadenablaufpunkt nach Punkt
c) weiter nach rechts zwischen die Punkte 3 und 4 verschoben. Der Faden
wird hier 4 Sekunden aufgespult. In den ersten 2 Sekunden wird die
Dicke der vorherigen Teilaufspulungen aufgespult und die erste Teilaufspulung
der neuen Lage aufgewunden. Danach wird der letzte Fadenablaufpunkt
nach links nach Punkt b) verschoben und für 2 Sekunden aufgespult, die
Spule wird nun so dick wie auf der rechten Seite. Nun wird der letzte
Fadenablaufpunkt nach links nach Punkt a) verschoben. Hier wird
nun wie auf der rechten Seite für
4 Sekunden aufgespult, 2 Sekunden um die vorherige Dicke zu erreichen
und 2 Sekunden für
die neue Lage. Danach wird der Fadenablaufpunkt wieder nach rechts
nach Punkt b) versetzt und der Zyklus beginnt von vorn. Er wird
so lange beibehalten, bis die Spule ihren vorgesehenen Durchmesser
erreicht hat. Der Spulenaufbau ist aus Bild 4 zu erkennen.
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Mit
diesem Changiersystem bleiben alle Vorteile der Nutenwalze erhalten.
Die Doppelhubzahlen können
beliebig erhöht
werden, da außer
dem Faden keine weiteren Massen bewegt werden müssen. Nach den im Beispiel
aufgeführten
Zeiten von 2 bzw. 4 Sekunden ist ein Verschieben des letzten Fadenablaufpunktes
notwendig. An dessen Verfahrgeschwindigkeit und Beschleunigung werden
keine hohen Anforderungen gestellt; sie sind technisch machbar.
Es kann auch weiterhin mit Voreilung gefahren werden, so dass mit
der Umfangsgeschwindigkeit der Nutenwalze die Fadenspannung auf
der Spule und somit deren Härte
reguliert werden kann. Eine Selbsteinfädelung ist weiterhin möglich. Durch
eine beliebige Aneinanderreihung von entsprechenden Teilhüben können auch
nahezu alle geforderten Gesamthübe
realisiert werden (Beispiel: Bild 5).
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Durch
den kurzen Teilhub kann das Changierdreieck wesentlich kürzer gehalten
werden. Ein Mehrfachspinnen ist auch weiterhin möglich da der Aufbau der Nutenwalze
sich in ihrer baulichen Beschaffenheit nur unwesentlich ändert und
die letzten Ablaufpunkte wie bisher auf einer gemeinsamen Einrichtung
(Stange) zusammengefaßt
werden können. Da
diese Stange bei dem neuen Verfahren beweglich sein muß, ergibt
sich daraus ein weiterer Vorteil. Durch eine entsprechende technische
Ausführung des
Verschiebeantriebes in Verbindung mit der Software (Ablaufpunkt
wird nach vorn oder hinten außerhalb
des normalen Changierhubes bewegt) kann mit dieser Einrichtung auch
eine Fadenreserve gelegt werden. Die Hubgröße spielt dabei keine Rolle.
Eine besondere Einrichtung wie bisher üblich ist nicht mehr erforderlich.
Durch die kürzeren
Teilhübe
erscheint auch ein noch besserer Spulenablauf möglich, da mit hoher Wahrscheinlichkeit
die Fadenspannungsunterschiede beim Abspulen nicht so groß werden.