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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fadenzwischenspeicherung,
insbesondere in Verbindung mit der Bereitstellung von Schussfäden bei
Webvorgängen,
und eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei
einer Vielzahl von Anwendungen bei der Verarbeitung eines von einer
Garnrolle (Trägerrolle) abzuwickelnden
Fadens ist es notwendig, für
eine extrem hohe Zuführgeschwindigkeit
des zu verarbeitenden Fadens an seinem freien Ende hin zu einem Endverarbeitungswerkzeug
zu sorgen. Insbesondere dann, wenn der zu verarbeitende Faden als
Schussfaden bei der Herstellung eines Gewebes zugeführt werden
soll, können
dabei ohne weiteres typische Zuführgeschwindigkeiten
(Liefergeschwindigkeiten) in der Größenordnung von bis 500 m/min
erforderlich sein.
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Solche
Liefergeschwindigkeiten könnten zwar
an sich ohne weiteres durch ein „Abziehen über Kopf", von einer ruhenden Garnrolle, d. h.
durch ein Abwickeln des Fadens im Wesentlichen in Richtung der Längsachse
der Garnrolle erzielt werden. Ein solches „Abziehen über Kopf" hat aber zur Folge, dass sich der Faden
mit jeder von der ruhenden Garnrolle abgezogenen Umschlingung einmal
um sich selbst verdreht, also sukzessive um seine Längsachse
verdrillt wird, was wiederum bei einer Vielzahl von Anwendungen
unerwünscht
ist. So ist z. B. bekannt, dass die Verwendung eines in sich verdrillten Schussfadens
beim Weben zu unerwünschten
Qualitätseinbußen des
Gewebes führen
kann.
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Um
dies zu vermeiden, wird üblicherweise eine
Tangentialabwicklung des zu verarbeitenden Fadens von der Trägerrolle
gewählt,
d. h. der Faden wird vom im wesentlichen zylindrischen Außenmantel
der sich um ihre Längsachse
drehenden Trägerrolle
in tangentialer Richtung abgezogen.
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Bei
einer Vielzahl von Anwendungen kommt nun jedoch erschwerend hinzu,
dass keine kontinuierliche Zuführung
des zu verarbeitenden Fadens erwünscht
ist, sondern eine diskontinuierliche Verarbeitung, bei der sich
Phasen, in der der zu verarbeitende Faden mit sehr hohen Geschwindigkeiten
zum eigentlichen Verarbeitungswerkzeug zuzuführen ist, mit solchen Phasen
abwechseln, in denen der zu verarbeitende Faden nur mit geringer
Geschwindigkeit zuzuführen
ist, oder sogar vorübergehend
kurzzeitig vollkommen ruht. Dies tritt z. B. typischerweise dann auf,
wenn der zu verarbeitende Faden als Schussfaden in ein Gewebe eingearbeitet
wird. Hierbei wird typischerweise der zu verarbeitende Faden mit
hoher Geschwindigkeit als Schussfaden quer in die beim Weben geöffneten
Fächer
der Kettfäden
eingeschossen und dann bei Erreichen des gegenüberliegenden Endes des Gewebes
gekappt, woraufhin ein neuer Schussfaden von der Garnrolle aufgenommen
und beim Einschießen
in die geöffneten
Fächer
der Kettfaden erneut abrupt beschleunigt wird. So ergibt sich permanent
ein abrupter Wechsel von Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen im
zuzuführenden Faden.
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Würde man
den zuzuführenden
Faden nunmehr direkt von der Trägerrolle
tangential abziehen, so müsste
die Trägerrolle
entsprechend den erforderlichen Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen im zuzuführenden
Faden immer wieder um ihre Längsachse
dynamisch beschleunigt und abgebremst werden.
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Diese
Vorgehensweise ist insbesondere bei großen und massereichen Trägerrollen
unerwünscht, da
hier ein beständiger
Wechsel von extrem hohen, in ihrer Drehrichtung gegenläufigen Drehmomenten an
der Trägerrolle
erfolgen müßte, was
zu unerwünschten
dynamischen Belastungen in der Aufhängung und im Antrieb der Trägerrolle
führen
könnte, und
insbesondere auch zu Trägheitskräften, die
im tangential abzuwickelnden Faden bei gegenläufigen Bewegungen der massereichen
Trägerolle
zu so hohen Zugspannungen führen
könnten,
dass der abzuwickelnde Faden dabei beschädigt werden könnte.
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Um
dies zu vermeiden, ist insbesondere bei Webmaschinen im Stand der
Technik bekannt, beim tangentialen Abwickeln eines Schussfadens
von einer Trägerrolle
mechanische Ausgleichsvorrichtungen in Form von Hilfsrollen und/oder
Hilfswalzen (sog. „Tänzer" oder „Fournisseure") vorzusehen, über die
der abzuwickelnde Faden geführt
wird, um im trägerrollenseitigen
Ende des abzuwickelnden Fadens eine im wesentliche konstante Zuführgeschwindigkeit
und damit eine im wesentlichen konstante Spannung im abzuwickelnden
Faden zu ermöglichen,
während
das sich in Abwickelrichtung hinter diesen Hilfsrollen und/oder
Hilfswalzen befindliche „freie" Fadenende extremen
Beschleunigungs- oder Abbremsvorgängen ausgesetzt werden kann.
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Derartige
mechanische Systeme zum Ausgleich von abrupt auftretenden Zugspannungen
am freien Fadenende erfordern jedoch eine sehr hohe Präzision bei
der Fertigung und Justierung feinmechanischer Komponenten.
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Weiterhin
ist im Stand der Technik auch bekannt, eine verdrillungsfreie Zwischenspeicherung eines „freien" Fadenendes in einer
in etwa U-förmigen
freien Schlaufe eines Fadenabschnitts zu bewirken, der sich in einem
starken Luftstrom befindet. Eine solche Fadenzwischenspeicherung
im Luftstrom ist z. B. gemäß der
DE 1 774 774 A offenbart. Am
freien Fadenende auftretende hohe Beschleunigungskräfte werden
dabei durch eine Verkürzung des
im Luftstrom gespeicherten Fadenabschnitts ausgeglichen, ohne dass
es trägerrollenseitig
zu einer nennenswerten Erhöhung
der Zugspannung im dort im wesentlichen kontinuierlich abgewickelten Faden
käme. Die
GB 1 240 462 A offenbart
weiterhin eine Schussfaden-Speichervorrichtung, bei der ein an einem
zur Fadenspeicherung durchhängenden Fadenabschnitt
ein Gewicht in Form eines Kolbens in einem Führungszylinder vorgesehen ist,
wobei der Kolben insbesondere durch einen Unterdruck mitsamt dem
daran befestigten Fadenabschnitt ausgelenkt werden kann.
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Bei
einer Vielzahl von Fadenmaterialien kann es aber in einem solchen
Luftstrom oft zu mechanischen Beschädigungen kommen, wie insbesondere
zu einem Zerspleißen
des Fadens. Weiterhin erfordert die zuverlässige Regulierung und Steuerung
eines solchen Luftstroms, wie sie letztlich z. B. bei einer Applikation
wie der Zwischenspeicherung eines Schussfadens bei Webvorgängen notwendig ist,
einen ebenfalls recht hohen und damit kostenintensiven Aufwand beim
Bereitstellen einer Steuerungspneumatik.
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Aufgabe
der vorliegende Erfindung ist es deshalb, ein alternatives Verfahren
und eine alternative Vorrichtung zur Zwischenspeicherung des freien Endes
eines von einer Trägerrolle
tangential und im wesentlichen kontinuierlich abgewickelten Fadens bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Maßnahmen
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Die
abhängigen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch
aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum verdrillungsfreien Zwischenspeichern des freien Endes eines
von einer Trägerrolle
im wesentlichen kontinuierlich abgewickelten elektrisch leitfähigen Fadens;
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die eine Abwandlung der in 1 gezeigten
Vorrichtung darstellt;
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3 eine
schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die eine Abwandlung der in 2 gezeigten
Vorrichtung darstellt.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum verdrillungsfreien Zwischenspeichern des freien Endes eines
elektrisch leitfähigen
Fadens 1, der von einer Trägerrolle (Garnrolle) 2 im
wesentlichen kontinuierlich abgewickelt wird.
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Dabei
soll „im
wesentlichen kontinuierlich abgewickelt" bedeuten, dass zu jedem Zeitpunkt des Vorgangs
des tangentialen Abwickelns des Fadens 1 von der Trägerrolle 2 sichergestellt
bleibt, dass die Trägerrolle
nur solche Beschleunigungen erfährt,
bei denen die Zugspannungen im Faden ausreichend weit unter fadenmaterialbedingten
Schwellwerten bleiben, so dass keine unerwünschten permanenten Fadenstreckungen
oder gar Fadenabrisse auftreten können.
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Optional
kann der von der Trägerrolle 2 abgewickelte
Faden 1 über
eine Antriebs- und Ausgleichsrolle 3 („Tänzer") geführt werden, die so im Raum
frei beweglich gelagert ist, dass sie die Zugspannung und Zuführgeschwindigkeit
im abzuwickelnden Faden 1 durch Ausgleichsbewegungen im Raum
innerhalb einer gewissen Bandbreite kompensieren kann. Ein tänzergeregelter
Spulenantrieb wickelt das Garn mit einer mittleren Geschwindigkeit von
der Spule 2 ab. Der Tänzer 3 regelt
dabei durch eine in 1 auf- oder abwärts gerichtete
Ausgleichsbewegung die sich beim Abwickeln des Garnes durch die
damit einhergehende Durchmesseränderung
der Spule ergebende Geschwindigkeitsänderung des zugeführten Garns
aus.
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Von
dem in 1 optional gezeigten Tänzer 3 wird der Faden über eine
erste elektrisch leitende Kontaktkufe 4 zu mindestens einer,
bevorzugter Weise aber einem Paar von Förderrollen 5 geführt und von
den Förderrollen 5 zu
einer Umlenkrolle 6. Hinter der Umlenkrolle 6 wird
der Faden über
eine zweite elektrisch leitende Kontaktkufe 7 geführt.
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Hinter
der zweiten elektrisch leitenden Kontaktkufe 7 kann ein
Abzug des freien Fadenendes unter Beaufschlagung sehr hoher Beschleunigungskräfte hin
zu einem Endverarbeitungswerkzeug (nicht gezeigt) erfolgen. Z. B.
kann hinter der Kontaktkufe 7 ein Abzug des freien Endes
des Fadens 1 zu einer Schussvorrichtung einer Webmaschine
erfolgen, wo der Faden als Schussfaden weiter verarbeitet wird.
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Die
Kontaktkufen 4 und 7 können dabei jeweils auch in
Form eines relativ eng beabstandeten Kufenpaars 4a, 4b bzw. 7a, 7b ausgebildet
sein, so dass für
den dazwischen durchzuführenden
Faden 1 eine zuverlässige
mechanische Führung
vorgegeben ist, die ein sicheres Durchgleiten des Fadens durch das
jeweilige Kufenpaar ermöglicht.
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Die
Kontaktkufen 4 und 7 bzw. 4a, 4b und 7a, 7b sind
mit den Polen einer Gleichspannungsquelle 8 verbunden.
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Bei
Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den so als Spannungsklemmen
dienenden Kufen fließt
somit ein elektrischer Strom durch den Faden 1, wenn dieser
elektrisch leitfähig
ist.
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Ein
Stromfluss durch den zwischen den Kontaktkufen 4 und 7 verlaufenden
Faden ist bekanntlich von einem den Faden umgebenden Magnetfeld
begleitet. Dieses Magnetfeld wird im folgenden als „erstes" Magnetfeld bezeichnet.
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In 1 unterhalb
der Kufen 4, 7 angeordnet befinden sich ein oder
bevorzugter Weise auch mehrere Magnete 9. Diese Magnete 9 können Permanentmagnete
sein. Es kann sich grundsätzlich
aber auch um stromdurchflossene Spulen handeln, die wegen des durch
sie fließenden
Stromes bekanntlich wiederum von einem Magnetfeld umgeben sind.
Dieses weitere Magnetfeld wird im folgenden als „zweites" Magnetfeld bezeichnet.
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Egal,
ob die Magnete 9 Permanentmagnete sind oder stromdurchflossene
Spulen, in jedem Falle ist die Orientierung ihres Magnetfelds (des „zweiten" Magnetfelds) so
auf die Polarität
der zwischen den Kontaktkufen 4, 7 anliegenden
elektrischen Gleichspannung abzustimmen, dass das den stromdurchflossenen
Faden 1 umgebende „erste" Magnetfeld und das
von den Magneten 9 erzeugte „zweite" Magnetfeld dafür sorgen, dass der stromdurchflossene Faden 1 zu
den Magneten 9 hingezogen wird.
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Durch
diese Anziehungskraft zwischen dem stromdurchflossenen Faden 1 und
den Magneten 9 ergibt sich in 1 für den zwischen
den Kufen 4, 7 hindurchgeführten Fadenabschnitt eine in
etwa U-förmige
Auslenkung zu den Magneten 9 hin. Dadurch wirkt der Bereich
zwischen den Kontaktkufen 4 und 7 und den Magneten 9 effektiv
als Fadenspeicher, in dem ein mehr oder weniger langer Garndurchhang 10 zwischengespeichert
werden kann.
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Kommt
es am freien Ende 1a des Fadens zu einer abrupten Beschleunigung
des Fadens, so kann die dadurch im Faden auftretende Zugspannung
dadurch ausgeglichen werden, dass der Garndurchhang 10 verkürzt wird.
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Das
bedeutet, dass eine abrupte Zuganforderung am freien Ende 1a des
Fadens durch eine aus dem Garndurchhang bedienbare verstärkte Fadennachlieferung
beantwortet werden kann. Da wegen der geringen Masse des sich im
Garndurchhang befindlichen Fadenabschnitts hierbei nur relativ geringe
Trägheitskräfte im Faden
an dessen freiem Ende auftreten, kann sichergestellt werden, dass
diese Trägheitskräfte deutlich
unter Materialschädigungs-
oder gar Abrissgrenzwerten bleiben.
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Durch
Steuerung der an den Kufen 4, 7 beaufschlagten
elektrischen Spannung kann der Stromfluss durch den Garndurchhang 10 reguliert
werden und damit die Stärke
des ersten Magnetfelds und somit letztlich sowohl die Kraft, mit
der der Garndurchhang zu den Magneten 9 gezogen wird, als
auch dessen effektive „Eintauchtiefe" in den Bereich der
Magnete 9 (Strecke „h" in 1,
d. h. die Abweichung vom unteren Durchhängpunkt des Garndurchhangs 10 zur
Tangentialfläche
E an die Rollen 5, 6). Mit anderen Worten: über die
Regulierung der an den Kufen 4, 7 anliegenden
Spannung lässt
sich letztlich auch die im „Fadenspeicher" zwischen den Kufen 4, 7 gespeicherte
Fadenlänge
und Fadenmenge regulieren.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Zwischenspeicherung eines Fadens.
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Bauteile,
die mit den in 1 gezeigten Bauteilen übereinstimmen,
sind mit identischen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet
und werden im Folgenden nicht nochmals erläutert.
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Zusätzlich zu
den in 1 gezeigten Bauteilen sind bei dieser zweiten
Ausführungsform
noch Lichtschranken 11a–11d vorgesehen, die
in 2 den Garndurchhang 10 links und rechts
umschließen.
Ein zwischen einer Lichtschranke durchhängender Fadenabschnitt blockiert
Licht, welches ansonsten durch die Lichtschranke läuft. Mit
zunehmendem Garndurchhang werden nach unten hin immer mehr Lichtschranken
blockiert, so dass sich aus den von den jeweiligen Lichtschranken
abgegriffenen Signalen jeweils ein Maß für die Eintauchtiefe des Garndurchhangs
bestimmen lässt.
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Abhängig von
der so optisch ermittelten Ist-Eintauchtiefe lässt sich dann auch wiederum
eine Stellgröße für die Gleichspannung
ermitteln, die zwischen den Kontaktkufen 4, 7 anzulegen
ist, um in Abhängigkeit
von der Abrollgeschwindigkeit der Trägerrolle und der bei einer
abrupten Fadenanforderung am Endverarbeitungswerkzeug aus dem Fadenspeicher
nachzuliefernden Fadenmenge notwendig ist, um schnellstmöglich wieder
eine gewünschte Soll-Eintauchtiefe
zu erreichen.
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Alternativ
zur optischen Messung der Eintauchtiefe mit Hilfe von Lichtschranken,
kann auch folgende Vorgehensweise angewandt werden: Mittels eines
Messgeräts 13 wird
der Stromfluss durch die Kontaktkufen 4, 7 ermittelt.
Bei gegebener Quellspannung der Spannungsquelle 8 kann
daraus der Widerstand des sich zwischen den Kontaktkufen befindlichen
Fadenabschnitts und bei bekanntem Fadenquerschnitt und bekanntem
spezifischen Widerstand des Fadens auch dessen Länge ermittelt werden, die dann
wiederum ein Maß für die Eintauchtiefe im
Fadenspeicher liefern kann.
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3 zeigt
eine dritte bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bauteile,
die mit den in 1 und 2 gezeigten Bauteilen übereinstimmen,
sind mit identischen Bezugszeichen wie in 1 und 2 bezeichnet
und werden im Folgenden ebenfalls nicht nochmals erläutert.
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Bei
der in 3 gezeigten Vorrichtung umgibt ein Paar eng nebeneinander
beabstandet angebrachter Seitenplatten 12a, 12b den
Garndurchhang, der dadurch gegen seitliche einwirkende Kräfte wie
z. B. einen Luftzug oder gar mechanische Fremdeinwirkung geschützt ist.
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Die
Verwendung der in 1 bis 3 gezeigten
Vorrichtung hat sich insbesondere bei der Verarbeitung von bandförmigem Garnmaterial
aus Karbonfasern als Schussfadenmaterial in Webmaschinen in der
Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen. Karbonfasern werden insbesondere
bei sogenannten Hochleistungsgeweben verwendet, die z. B. anschließend mit
aushärtendem
Kunststoff zu Formteilen imprägniert
werden. Solche Formteile finden überall
dort Verwendung, wo extrem leichte und doch extrem widerstandsfähige Bauteile
benötigt
werden, wie z. B. beim Bau von Flugzeugrumpfteilen, bestimmten Autokarosserieteilen,
etc. Um hierbei jedoch im Gewebe für spätere Zwecke die optimale mechanische
Beanspruchbarkeit gewährleisten
zu können,
es ist unabdingbar, dass ein unverdrillter Einlauf eines als Schussfaden
dienenden Karbongarns in eine Webmaschine gewährleistet wird. Dadurch entfällt – wie schon
diskutiert – der
dynamisch an sich günstige Überkopfabzug
eines Karbonfadens von stehenden Spulen. Aber auch der Einsatz von Fournisseuren
führt bei
Karbonfasern zu Unregelmäßigkeiten
im Webbild und Schädigungen
der empfindlichen Fasern. Bei einer durch eine Luftströmung in
einem Fadenspeicher vor der Webmaschine unterstützten Durchhangsteuerung zeigt
sich in der Praxis zudem, dass die Luftströmung das empfindliche Karbonband
schädigt.
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Da
Karbonfasern jedoch eine gute elektrische Leitfähigkeit zeigen, sind sie zur
Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Fadenspeicherung elektrisch leitender Faden prädestiniert. Versuche
hierzu haben zu sehr guten Ergebnissen geführt, da die Beaufschlagung
von stromführenden Karbonfasern
in einem mit einem anziehenden Magnetfeld versehenen Fadenspeicher
zu einer befriedigenden und schonenden Zwischenspeicherung der Karbonfasern
vor der Zuführung
als Schussfaden in einer Webmaschine geführt haben.
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Wird
eine Karbonfaser in einer hinter den Fadenspeicher geschaltete Webmaschine
(nicht gezeigt) verwoben, so zieht das Walzenpaar 5 den
Faden aus dem Tänzer
heraus und führt
es in den Fadenspeicher. Der Antrieb der Walzen 5 gilt
in einer Steuerung dann als Master. So kann das Garn sowohl mit
der gemittelten Geschwindigkeit als auch mit einer, der Webmaschine
angenäherten,
aber geglätteten,
Dynamik von der Garnrolle abgezogen werden. Der Fadenabzug aus dem
Speicher erfolgt dann durch die Webmaschine (nicht gezeigt). Diese
arbeitet als Slave. Bei Freigabe startet die Speicherfunktion und
erst wenn eine ausreichende Garnlänge im Fadenspeicher verfügbar ist,
kann die Webmaschine starten. Die Garnführung im Fadenspeicher erfolgt durch
die beiden Seitenplatten 12a, 12b im Speicher. Die
Abfrage der Speicherfüllung
erfolgt durch Lichtschranken 11a–11d.
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- 1
- Faden
- 1a
- freies
Fadenende
- 2
- Garnrolle
(Trägerrolle)
- 3
- Tänzer
- 4
(4a, 4b)
- erste(s)
Kontaktkufe(npaar)
- 5
- Förderrolle(n)
- 6
- Umlenkrolle
- 7
(7a, 7b)
- zweite(s)
Kontaktkufe(npaar)
- 8
- Gleichspannungsquelle
- 9
- Magnet(e)
- 10
- Garndurchhang
- 11a–11d
- Lichtschranken
- 12a,
12b
- Seitenplatten
- 13
- Strommessgerät