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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen.
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Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Gattung dienen der Herstellung von Faserbändern aus vorgefertigten, handelsüblichen Filamenten, insbesondere aus Carbonfasern, die der Stabilisierung und Verstärkung von Bauteilen aus Kunststoff dienen. Als Ausgangsprodukt liegt in der Regel ein preisgünstig herstellbarer, dicker Strang von Carbonfasern, ein so genanntes heavy tow, vor. Dieses ist in der vorliegenden Form schlecht verarbeitbar, weshalb das Interesse besteht, dieses zu einem Band umzuformen. Die Filamente sind im Band durch die Wirkung der Schlichte, die in den meisten textilen Materialien zur Stabilisierung während der Verarbeitung eingebracht wird, an unendlich vielen Stellen leicht miteinander verklebt. Sie sollen auch nach der Umformung weitestgehend in gestreckter Länge vorliegen.
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Zur Herstellung von Faserbändern sind nach dem Stand der Technik nachfolgend vorgestellte Verfahren bekannt.
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Die
EP 1277859 A2 beschreibt eine Faserbandauflöseeinrichtung für eine Offenendspinnvorrichtung. Dabei wird ein Faserband mittels einer Auflösewalze zu Einzelfasern aufgelöst. Der Auflöseeinrichtung ist eine Bandspreizvorrichtung mit mindestens einem zusammenwirkenden Spreizwalzenpaar im Fluss des Fasermaterials vorgeordnet. Die Spreizwalzen weisen jeweils auf dem Umfang umlaufende, zueinander parallele Vertiefungen auf. Diese sind so ausgebildet, dass die zwischen den Vertiefungen gebildeten Stege jeweils in die Vertiefungen der gegenüberliegenden Spreizwalzen eingreifen, wodurch das zwischen den jeweils zusammenwirkenden Spreizwalzen hindurchgeführte Fasermaterial in Achsrichtung der Spreizwalzen zusammenhängend über mehrere Vertiefungen ausgebreitet wird. Zwei aufeinanderfolgende Spreizwalzenpaare sind dabei so miteinander gekoppelt, dass sich deren Spreizwalzenabstände gegensinnig so ändern, dass sich jeweils bei einem Spreizwalzenpaar der Abstand zwischen den zusammenwirkenden Spreizwalzen verringert, während sich bei dem anderen Spreizwalzenpaar der Abstand vergrößert. Die Frequenz der periodischen Änderung ist wesentlich höher als die Drehfrequenz der Spreizwalzen. Sie liegt bei einem Wert zwischen 1 und 25 Hz. Die Querschnittsform der Stege kann trapezförmig oder annähernd sinusförmig sein. Die Spreizwalzen können jedoch auch als zueinander parallele Scheiben ausgebildet sein.
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Ziel des Verfahrens ist die ständige Beschleunigung des Fasermaterials auf seinem gesamten Weg von der Zuführeinrichtung bis zur Abzugseinrichtung des Fadens. Mit der vorgeschlagenen Lösung lässt sich eine Fasermaterialvorlage erzeugen, mit der eine genaue Dosierung und eine erhöhte Gleichmäßigkeit der eingespeisten Faserlänge erreicht werden können. Das Faserband wird auf engem Raum in Querrichtung gespreizt. Der Abstand zwischen den jeweils zusammenwirkenden Spreizwalzen ist periodisch veränderbar. Damit lässt sich die Zugspannung, die auf die Fasermaterialvorlage einwirkt, periodisch verändern und so der Spreizvorgang intensivieren, beschleunigen und vergleichmäßigen.
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Das vorgestellte Verfahren zur Auflösung der Spreizung von Faserbändern geht mit einer hohen Belastung des Faserbandes einher, wodurch es zu einer Schädigung der Filamente kommt. Eine geringere Festigkeit des Endproduktes resultiert daraus.
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Die
US 2006/0137156 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gespreizten Multifilamentebündels und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ziel des Verfahrens ist es, auf effiziente Weise ein gespreiztes Multifilamentebündel hoher Qualität und ein Flächengebilde aus gespreizten Multifilamenten herzustellen, deren Monofilamente parallel ausgerichtet und so verteilt sind, dass sich eine gleichmäßige Dichte ergibt. Zu diesem Zweck wird das Garn durch eine Vorrichtung zur Spreizung im Fluidstrom geführt. Das Verfahren umfasst die Schritte Abwickeln und Zuführung des Multifilamentebündels von einer Garnzufuhreinrichtung, Führen dieses Multifilamentebündels in eine Flüssigkeit in Form des Hindurchführens durch eine Vielzahl von Fluidstromvorrichtungen, die zusammen einen Fluidstromspreizer bilden. Sie werden in Reihe längs der Bewegungsrichtung des Multifilamentebündels angeordnet. Im Fluidstromspreizer erfolgen abwechselnd Spannung und Erschlaffung der Filamente.
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Das Verfahren nach der
US 2006/0137156 A1 geht bei der Herstellung des gespreizten Faserbandes mit einer starken Belastung der Filamente einher. Zudem ist es infolge der fluidischen Spreizung nach dem Spreizvorgang erforderlich, die so behandelten Garne zu trocknen, woraus ein hoher Energieaufwand resultiert.
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Die
DE 197 46 878 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponentenfadens. Die Vermischung der Einzelfäden in einer Texturierdüse erfolgt mit Hilfe von Luftstrahlen, die unter einem vorgegebenen flachen Winkel auf die durchlaufenden Fäden auftreffen und in einer Stauchkammer gekräuselt werden. Der Texturierdüse ist eine Galette vorgeschaltet, die den Fadenlauf und die Vermischung der Einzelfäden wesentlich beeinflusst. In der Schrift wird daher vorgeschlagen, die Einzelfäden vor Ablauf von der Galette derart voneinander zu spreizen, dass sich der Abstand zwischen ihnen vergrößert. Dadurch wird verhindert, dass eine Vermischung der Einzelfäden vor Einlauf in die Texturierdüse stattfindet. Es entsteht ein sehr gleichmäßiges Farbbild in Mehrkomponentenfäden. Die Einzelfäden werden vor Ablauf von der letzten Galette derart voneinander gespreizt, dass sich der Abstand in axialer Richtung zwischen den Ablaufpunkten der Einzelfäden auf der Oberfläche der Galette vergrößert. Bei mehrfach umschlungener Galette erfolgt die Spreizung in der letzten Umschlingung. Mehrere Fadenführer sind vor der letzten Galette nebeneinander in einer Ebene angeordnet, so dass die Einzelfäden durch die Fadenführer gespreizt werden. Aus den mechanischen Belastungen, die das Garn in der Stauchkammer sowie bei der Umschlingung der Galette erfährt, resultieren Schädigungen der Filamente. Diese Schädigungen führen zu einer verminderten Festigkeit des Endprodukts, in das die Faserbänder integriert werden.
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Die
US 2006/0085958 A1 beschreibt eine Faserspreizvorrichtung. Diese Vorrichtung dient zur Spreizung eines Faserbandes, das aus einer Vielzahl von Filamenten besteht. Die Zuführeinrichtung leitet das einer gekrümmten Bahn folgende Faserbündel und führt es der Faserspreizvorrichtung zu, während das Faserbündel unter Spannung steht. Das Faserbündel wird mit Oberflächen in Kontakt gebracht, die eine Vielzahl von Faserspreizrollen aufweisen. Die Zuführ- und Führungsposition des Faserbündels wird begrenzt. Weiterhin weist die Vorrichtung auch ein paar Flansche auf, die die Spreizweite des Faserbandes begrenzen. Diese Flansche sind am äußeren Umfangsteil der Positionsbegrenzungsrolle angebracht. Die Vorrichtung verfügt über Faserspreizungsrollen, von denen mehrere in Reihe angeordnet sind. Diese Rollen weisen einen konvex geformten Teil auf und sie rotieren auf einer konstanten Position. Nach der vorgeschlagenen Lösung werden die Faserbündel unter Spannung gesetzt. Die daraus resultierende Belastung der Filamente kann zu deren Beschädigung führen. Eine verminderte Qualität des Endprodukts ist die Folge.
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Aus der
DE 24 01 614 A geht eine Vorrichtung zur Änderung der Breite und Dicke eines Faservlieses hervor, bei der mehrere gleichzeitig in Umlauf zu setzende und an ihrem Umfang radiale Aufnahmeelemente tragende Scheiben gleichachsig und zueinander divergierend angeordnet sind.
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Die
DE 24 55 154 A1 offenbart ein Gerät zum Verarbeiten von Fäden, insbesondere ein Gerät zum Behandeln eines Bündels oder Bandes von Fäden.
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Auch aus der
US 6 311 377 B1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Spreizen von Filamentgarn in gerade Bereiche mit gleicher Dichte bekannt.
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Zusammengefasst weisen die nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen folgende weitere Nachteile auf. Die mechanische Spreizung durch Schwingungsanregung erlaubt nur eine niedrige Produktionsgeschwindigkeit. Die Verarbeitung spröder Materialien ist problematisch. Dieses Problem tritt beispielsweise bei der Verarbeitung von Glasfilamentgarnen zutage. Bei einzelnen Verfahren nach dem Stand der Technik liegt eine aufwändige Prozessführung vor. Das betrifft die Ultraschallspreizung im Wasserbad, an die sich ein Trocknungsvorgang anschließen muss. Die Fadenspreizung durch Saugluft erfordert eine Vorbehandlung der Filamentgarne. Das Verfahren hat einen hohen Energiebedarf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, womit unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik eine schädigungsarme, energiesparende Ausbreitung von Multifilamentgarnen, ausgehend von einem Garn mit weitgehend rundem oder leicht bandförmigem Querschnitt, erfolgt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Faserband mit weitgehend intakten Filamenten zur Verfügung zu stellen, wobei die Schicht der Originalschlichte auf den Filamenten nicht oder nur minimal beschädigt wird. Das Verfahren soll die Umformung mit hoher Geschwindigkeit erlauben und als Vorstufe für eine Produktionskette zur Herstellung weiterer Produkte dienen.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Ausbreiten von Filamentgarnen zu bandförmigen Garnen mit einer Kreuzspule, einer Tangentialabspuleinrichtung, einer schmalen Stegwalze, einem rotatorischen Garnausbreiter und einer breiten Stegwalze gelöst, bei der der rotatorische Garnausbreiter als Scheibenfächer ausgeführt ist. Dieser besteht aus mehreren am Umfang mit Nadeln besetzten Nadelscheiben. Jede der Nadelscheiben rotiert in einem vorgegebenen, unveränderlichen Winkel zur Nadelscheibenachse. Der Scheibenfächer weist eine erste Umfangsseite mit eng beabstandeten und eine dieser gegenüberliegende zweite Umfangsseite mit weit beabstandeten Nadelscheiben auf, wobei an jeder einzelnen Stelle des Umfangs des Scheibenfächers die Nadelscheiben jeweils gleiche Abstände zueinander aufweisen. Der enge Abstand der Nadelscheiben zueinander entspricht der Breite des in die Vorrichtung einlaufenden Filamentgarns, der breite Abstand der Breite des aus der Vorrichtung ablaufenden Filamentbandes, zuzüglich der Rückfederung, die nach dem Entfernen der Nadeln aus dem Filamentband entsteht.
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Jede der Nadelscheiben rotiert auf einem Lager, das auf einem separaten Lagersitzsegment angeordnet ist, das mit der Kernachse drehfest formschlüssig verbunden ist, wobei alle Lagersitzsegmente zusammen die Segmentachse bilden.
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Das Lagersitzsegment weist eine Winkelabweichung zwischen der Symmetrieachse des Lagersitzes und der Symmetrieachse der Bohrung auf, die der Aufnahme der Kernachse dient. Der Schnittpunkt beider Symmetrieachsen liegt dann außerhalb des Lagersitzsegmentes. In einer alternativen Ausgestaltung des Scheibenfächers ohne geneigte Rotationsachse mindestens einer Nadelscheibe liegt der Schnittpunkt der Symmetrieachse des Lagersitzes und der Symmetrieachse der Bohrung im Unendlichen.
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Der Antrieb aller Nadelscheiben erfolgt durch das mit dem Scheibenfächer in Eingriff stehende Garn. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zum Antrieb aller Nadelscheiben gemeinsam bietet ein Mitnehmer, der die Nadelscheiben spielbehaftet durch Langlöcher durchquert. Vorteilhafterweise ist der rotatorische Garnausbreiter mehrstufig mit einer zusätzlichen Auflege- und Vorspreizeinrichtung ausgeführt.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit zum Entfernen der Querbewegung des Garns, die beim Ablaufen von der Kreuzspule durch die beim Herstellen der Spule realisierte Art des kreuzweisen Wickelns entsteht, ist durch die Einrichtung zum Entfernen der Querbewegung mit der Führungsrolle, dem Lenker, der in der Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, und der Umlenkrolle gegeben. Das Entfernen der Querbewegung erfolgt dabei, ohne nennenswerte seitliche Belastungen in das Garn einzutragen.
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Zwischen der Tangentialabspuleinrichtung und dem Garnausbreiter ist weiterhin in einer weiteren vorteilhaften Alternative bzw. Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Zahnwalze angeordnet. Sie läuft in Garngeschwindigkeit oder abweichend davon mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit, um das Garn zu glätten.
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Weiterhin hat sich die Anwendung einer breiten Stegwalze als vorteilhaft erwiesen, bei welcher eine Filamentverteilung eines Faserbandes erfolgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Vorrichtungen zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen parallel in einer Anlage zusammengefasst, wodurch eine sehr breite Lage von Filamenten erzeugt werden kann.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Filamentgarnen gelöst, bei dem
- – das Filamentgarn durch die Tangentialabspuleinrichtung von der Kreuzspule abgewickelt wird,
- – die Querbewegung des Filamentgarns durch die Einrichtung zum Entfernen der Querbewegung entfernt wird,
- – das Filamentgarn auf die schmale Stegwalze aufgelegt und vorgespreizt wird,
- – das Filamentgarn in dem rotatorischen Garnausbreiter mittels eines formschlüssigen Eingriffs in die Ausgangsstruktur des Filamentgarns, indem eine große Anzahl von Nadeln das Filamentgarn in einem sehr geringen Abstand durchdringen und diese Nadeln dann ihren Abstand in der Ausbreitrichtung vergrößern, zu einem Faserband gespreizt wird,
- – die Filamentverteilung des Faserbandes über die breite Stegwalze vergleichmäßigt wird.
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Es hat sich zudem gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn das Filamentgarn die Tangentialabspuleinrichtung verlassend von der Zahnwalze geglättet wird.
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Vorteilhaft ist, dass die Spreizung des Garns mit hohen Ausbreitungsfaktoren durch das allmähliche, schonende Auseinanderziehen der Filamente, durch minimale Auflösung des Verbundes erfolgt und diese nicht oder im Vergleich zu den Verfahren des Standes der Technik deutlich weniger geschädigt werden. Es ist weiterhin nicht erforderlich, das im Filamentgarn vorhandene Bindemittel, die Schlichte, zu entfernen; sie wird bei der Spreizung nicht oder nur geringfügig zerstört. Vorteilhaft ist weiterhin die mögliche hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit für den Garndurchlauf, die mehr als 50 m/min betragen kann.
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Besonders vorteilhaft lässt sich die Vorrichtung zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen in eine Gesamtanlage integrieren, weil die Verarbeitungsgeschwindigkeit dynamisch anpassbar ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: Gesamtansicht der Vorrichtung zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen in Seitenansicht,
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2: Filamentgarn,
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3: Einrichtung zum Entfernen der Querbewegung in Seitenansicht und Draufsicht,
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4: rotatorischer Garnausbreiter in Draufsicht und Seitenansicht und
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5: rotatorischer Garnausbreiter mit Filamentgarn.
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1 zeigt eine Gesamtansicht der Vorrichtung 1 zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen mit Sicht auf die Achsen. Dargestellt ist die drehzahlgeregelte Abspuleinrichtung 2, aus der der Vorrat an Filamentgarn 3 in die Anlage hinein abgespult wird. Auf der zur Abspuleinrichtung 2 gehörigen Kreuzspule 4 ist das Filamentgarn 3 kreuzweise gewickelt.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist zwischen der Umlenkwalze 11 und der Führungsrolle 13 noch die Zahnwalze 30 angeordnet. Diese weist auf ihrem Umfang in Achsrichtung angeordnete durchgehende Zähne auf, über die das Filamentgarn 3 hinweggezogen wird. Die Zahnwalze 30 wird aktiv angetrieben und kann in einer alternativen Ausgestaltung mit einer von der Garngeschwindigkeit abweichenden, vorteilhafterweise höheren Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden. Durch die Relativbewegung zwischen Zahnwalze 30 und Filamentgarn 3 streichen die Zähne der Zahnwalze 30 unter dem Filamentgarn 3 entlang, glätten dieses und breiten es schon in diesem Prozessschritt geringfügig aus.
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Beim Abwickeln des Filamentgarns 3 von der Kreuzspule 4 kommt es zu einer Querbewegung, einer Bewegung des Filamentgarns 3 entlang einer Achse, die rechtwinklig zur Faserrichtung liegt. Dadurch wird das Filamentgarn 3 von verschiedenen Orten von der Kreuzspule 4 abgewickelt, wobei dieser Ort von einem zum anderen Ende der Kreuzspule 4 wandert. Das Filamentgarn 3 vollführt daher eine Bewegung quer zur Faserrichtung, die Querbewegung. Diese Querbewegung ist beim Einlauf des Filamentgarns 3 in die Vorrichtung 1 zu entfernen. Eine einfache Zwangsführung, wie bei vielen anderen Garnen zur seitlichen Führung und Umlenkung möglich, ist bei Filamentgarnen nicht einsetzbar. Grund ist die fehlende Möglichkeit, seitliche Belastungen in das Filamentgarn einzuleiten. Die zum Entfernen der Querbewegung erforderliche Einrichtung 10 wird in der 3 beschrieben.
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Auf die Einrichtung 10 zum Entfernen der Querbewegung in Bewegungsrichtung des Filamentgarns 3 folgend weist die Vorrichtung 1 zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen die Auflege- und Vorspreizvorrichtung 5 auf. Hier wird das von der Querbewegung befreite Filamentgarn 6 aufgelegt und vorgespreizt. Dazu läuft das Filamentgarn 6 auf die schmale Stegwalze 17, die der Ausgangsbreite des in die Vorrichtung einlaufenden Filamentgarns entspricht, auf, wo es seine ursprüngliche Breite beibehält und auf die Auflege- und Vorspreizvorrichtung 5 nach einer Umlenkung zwischen 90° und 180° übertragen wird. Von dort erfolgt eine direkte Übertragung auf den rotatorischen Garnausbreiter 7, von dem das gespreizte Filamentand 8 abläuft.
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Dieser ist als wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung 1 als in der Prozesskette nächste Einrichtung dargestellt. Deren Komponenten und die Funktion sind in den 4 und 5 im Detail dargestellt und beschrieben.
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2 zeigt ein ausgebreitetes Filamentband 8 mit weitgehend parallellaufenden Filamenten 9, wie es die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 hervorzubringen vermag. Die Filamente 9 sind durch die bei der Herstellung aufgebrachte Schlichte an unendlich vielen Stellen haftend miteinander verbunden. Die Haftung kann beim Auseinanderziehen des Garns 6 zum Filamentband 8 zu Schäden, wie gebrochenen Filamenten 9, führen, wenn dieses nicht schonend genug erfolgt. Ein Filamentband 8 verleiht dem Verbundwerkstoff, in dem es eingesetzt wird, höchste Festigkeit in Faserrichtung. Daher ist eine geringstmögliche Schädigung der Filamente 9 ebenso von großer Bedeutung wie die Ausrichtung möglichst vieler Fasern möglichst genau in Faserrichtung, das heißt der Lage der meisten Fasern, in der dann im Bauteil auch die Hauptbelastung eingeleitet werden kann.
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3a zeigt die Seitenansicht und 3b die Draufsicht der Einrichtung 10 zum Entfernen der Querbewegung, mit deren Hilfe das Filamentgarn 3 von der Kreuzspule 4 auf der Abspuleinrichtung 2 in der Weise abgewickelt wird, dass es in die nachfolgenden Anlagenteile ohne Querbewegung, das heißt ohne sich beim Abwickeln rechtwinklig zur Faserrichtung zu bewegen, einläuft und ohne zu diesem Zweck quer zur Faserrichtung, also seitlich durch Führungen oder ähnliche Einrichtungen, belastet zu werden. Eine solche Belastung zu vermeiden ist beim Filamentgarn 3 erforderlich, da es Belastungen quer zur Faserrichtung nicht standhält und bei einer Belastung Faserbrüche und ein Einengen der Faserbreite die Folgen wären.
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Das Entfernen der Querbewegung wird dadurch erreicht, dass das Filamentgarn 3 auf der Umlenkwalze 11 an der Stelle aufläuft, an der es die Kreuzspule 4 verlässt. Diese Stelle wechselt über die Länge der Spule kontinuierlich zwischen beiden Enden der Spule hin und her. Die Umlenkwalze 11 wird aktiv angetrieben, läuft in der bevorzugten Ausführungsform mit einer Umfangsgeschwindigkeit, die der Bandgeschwindigkeit entspricht, und ist als glatter Zylinder ausgeführt, der in der bevorzugten Ausführungsform aus geschliffenem Stahl gefertigt ist. An der Umlenkwalze 11 wird das Filamentgarn 3 um 90° umgelenkt. Danach läuft das Filamentgarn 3 durch die Führungsrolle 13 des Lenkers 14, der um die Schwenkachse 15 in Richtung des von der Kreuzspule 4 ablaufenden Filamentgarns 3 im Schwenkwinkel 12 schwenkt. Die Stellkraft des ablaufenden Garns 3 treibt dabei den Lenker 14 mittels minimaler Kraftwirkung über den langen Hebel des Lenkers 14, der in der Schwenkachse 15 um diese schwenkbar gelagert ist, an. Dabei entspricht der Tangens des halben Schwenkwinkels dem Quotienten aus halber Breite der Kreuzspule 4 und der Hebellänge, die sich aus der Länge des Lenkers 14 und dem halben Durchmesser der Führungsrolle 13 ergibt. Das Filamentgarn 3 läuft somit geradlinig von der Kreuzspule 4 bis zur Schwenkachse 15 im jeweiligen, durch den Ort des Ablaufens von der Spule 4 bestimmten Winkel, wo es nochmals an einer Umlenkrolle 16, einer passiv mit dem Garn mitlaufenden Rolle, in einem Winkel von 90° umgelenkt wird. In Höhe der Schwenkachse 15 verläuft die Schwenkbewegung dadurch nur noch in Form einer Drehung in Faserrichtung und damit ohne seitliche Belastung des Garns 6. Die Querbewegung wird in eine Torsion des Garns 6, die dem Schwenkwinkel 12 entspricht, umgewandelt. Das Garn ohne Querbewegung 6 läuft zur schmalen Stegwalze 17 und wird danach dem hier nicht dargestellten rotatorischen Garnausbreiter zugeführt. Die schmale Stegwalze 17 besteht aus am Umfang angeordneten zylindrischen Stegen 22, deren frei sichtbare Länge der Breite des Garns 6 entspricht und die durch die Form ihrer Anordnung selbst einen Zylinder mit spaltförmigen Öffnungen längs der Stegwalzenhohlachse 26 bilden. Die Stege 22 werden an beiden Enden von nicht dargestellten Stegringen, in die die Stege 22 eingelassen sind, gehalten und über die darin zentral angeordnete Stegwalzenhohlachse 26 bewegt. Der Durchmesser der Stegringe ist daher größer als der von der Anordnung der Stege 22 gebildete Durchmesser. In der Darstellung in 3a ist der Zylinder geschnitten dargestellt, daher sind die einzelnen Stege 22 auch in der Seitenansicht erkennbar.
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4 zeigt den rotatorischen Garnausbreiter 7 mit den Stegwalzen 17 und 19. In 4a sind die beiden Stegwalzen, die schmale Stegwalze 17 und die breite Stegwalze 19, in der Seitenansicht dargestellt. Das Filamentgarn 6 wird über die schmale Stegwalze 17 dem Scheibenfächer 18 zugeführt. Die Stegwalze 17 besteht aus der Stegwalzenhohlachse 26, die auf der im Maschinenrahmen befestigten Stegwalzenstatorachse 36 wälzgelagert ist und auf der zylindrische Stäbe die Stege 22, in 4b dargestellt, bilden. Die Stege 22 sind beidseitig in Bohrungen 37 in den Stirnseiten der Stegringe 27, die auf der Stegwalzenhohlachse 26 befestigt sind, eingelassen.
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Vom Scheibenfächer 18 wird das gespreizte Filamentband 8 durch die breite Stegwalze 19 abgenommen. Deren Arbeitsbreite entspricht der Breite des ausgebreiteten Filamentbandes 8. Der Aufbau der breiten Stegwalze 19 entspricht dem der schmalen Stegwalze 17 mit der Stegwalzenstatorachse 36 und auf der Stegwalzenhohlachse 26 angeordneten Stegringen 27, zwischen denen die kreisförmig angeordneten Stege 23 gehalten werden. Die frei sichtbare Länge der langen Stege 23 entspricht der Breite des Filamentbandes 8. Damit entspricht das Breitenmaß der breiten Stegwalze 19 der Breite des die Vorrichtung 1 verlassenden Filamentbandes 8.
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In den dargestellten Nadelscheiben 20 sind jeweils zwei Langlöcher 25 zu erkennen. Diese sind bei dem in 4 dargestellten passiven Antrieb des Scheibenfächers 18 zwar funktionslos, finden aber beim aktiven Antrieb, der in 6 dargestellt ist, Verwendung. Beim passiven Antrieb wird der Scheibenfächer 18 vom mit diesem über die Nadeln 28 in Eingriff stehenden Garn 6 mitgenommen und bewegt.
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Der Schnitt durch die Achsenebene des rotatorischen Garnausbreiters 7 mit den Stegwalzen 17 und 19 ist in Draufsicht in 4b dargestellt. Die Nadelscheiben 20 sind mit am Umfang radial angeordneten, in der bevorzugten Ausgestaltung 5 mm langen Nadeln 28 versehen, die in die Scheiben eingepresst sind.
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Die einzelnen Nadelscheiben 20 sind in unterschiedlichen Winkeln gemeinsam auf der nicht rotierenden Nadelscheibenachse 21 drehbar gelagert. Zur Lagerung der Nadelscheiben 20 sind einzelne Segmente als Lagersitzsegmente 38 auf die Kernachse 34 der Nadelscheibenachse 21 geschoben, die zusammen die hohl ausgebildete Segmentachse 31 als Teil der Nadelscheibenachse 21 bilden. Jedes Segment variiert vom danebenliegenden durch eine abweichende Winkelstellung des Lagersitzes für das Lager 32 und damit auch des Lagers 32 selbst, das vorzugsweise als Wälzlager ausgeführt ist, und folglich der Nadelscheibe 20. Aus den unterschiedlichen Winkelstellungen in der Lagerung der Nadelscheiben 20 ergibt sich die Fächerform des Scheibenfächers 18, wobei die Nadelscheiben 20 auch bei der Drehung, die das Lager 32 ermöglicht, ihre durch das Lagersitzsegment 38 vorgegebene Winkelstellung beibehalten. Die Feder 33 ist in die zugehörige Nut in der Kernachse 34 eingelassen und sichert die Lagersitzsegmente 38 der Segmentachse 31 gegen Verdrehung. Die Segmentachse 31 wird durch die Sicherungsgruppe 35, bestehend aus Druckscheibe, Mutter und Sicherungsmutter, kraftschlüssig zusammengehalten.
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An der schmalen Stegwalze 17 sind die Nadelscheiben 20 dicht beieinander und linear angeordnet, während sie an der breiten Stegwalze 19 weit auseinander stehen und die Spitzen der Nadeln 28 in ihrer Anordnung einen Bogen bilden. Die Breite der schmalen Seite entspricht dabei der Breite des Filamentgarns 6, in der es die Einrichtung 10 zum Entfernen der Querbewegung verlässt. Die Breite der breiten Seite entspricht der Breite des Filamentbandes 8, in der es den Garnausbreiter 7 verlässt. Die Verschiebung der Nadelscheiben 20 rechtwinklig zur Nadelscheibenachse 21, die zur Bildung einer linear und einer ballig geformten Seite des Scheibenfächers 18 führt, wird durch die Form der Lagersitzsegmente 38 ermöglicht und dient der Aufnahme des plan liegenden Garns 6 auf der linear geformten Seite des Scheibenfächers 18 zur Spreizung und Übergabe an der ballig geformten, gespreitzten Seite. An der schmalen Stegwalze 17 läuft das Filamentgarn 6 in den rotatorischen Garnausbreiter 7 ein, wird vom Scheibenfächer 18 aufgenommen und von den am Umfang der Nadelscheiben 20 befindlichen Nadeln 28 erfasst. Die Winkel zwischen den Rotationsachsen der Nadelscheiben 20 sind so gewählt, dass sich der Nadelspitzenabstand der benachbarten Scheiben bei einer Rotation von 180° von einem Maximum auf ein Minimum verändert. Durch die sich immer weiter öffnenden Nadelscheiben 20 des Scheibenfächers 18 erfolgt die Spreizung des Filamentgarns 6. Ist die maximale Spreizung erreicht, läuft das Filamentband 8 vom Scheibenfächer 18 ab und über die breite Stegwalze 19 aus dem rotatorischen Garnausbreiter 7 heraus in nachfolgende Vorrichtungen zum Fixieren und Aufwickeln oder es schließt sich unmittelbar eine weitere Verarbeitung an, was jedoch beides nicht Gegenstand der Erfindung ist.
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4c stellt ein Detail des Scheibenfächers 18 dar und beschreibt insbesondere die Funktion des Lagersitzsegmentes 38. Das Lagersitzsegment 38 sitzt auf der Kernachse 34 und weist dazu eine Bohrung mit der Symmetrieachse 40 auf. Das Lagersitzsegment 38 ist gegen Verdrehung auf der Kernachse 34 mit der Feder 33 gesichert, die in einer Nut der Kernachse 34 sitzt und in eine andere Nut im Lagersitzsegment 38 greift, um beide Elemente formschlüssig miteinander zu verbinden und gegen Verdrehung gegeneinander zu sichern. Der Lagersitz des Lagersitzsegmentes 38 nimmt das Lager 32 auf, das gegenüber der Symmetrieachse 40 der Bohrung verschoben und gekippt ist. Daraus resultiert der Schnittpunkt 41 der Symmetrieachsen. Dieser entsteht aus der Verkippung der Symmetrieachsen gegeneinander und liegt wegen der Verschiebung der Achsen horizontal zur Achsrichtung außerhalb des Lagersitzsegmentes 38. Bei den äußeren Lagersitzsegmenten 38 der Segmentachse 31 liegt der Schnittpunkt 41 näher am Lagersitzsegment 38 als bei den inneren Lagersitzsegmenten 38.
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Ist in einer alternativen Ausführungsform eine zentrale Nadelscheibe 20 vorgesehen, die ohne Verkippung ihrer Rotationsachse gegenüber der Kernachse 34 umläuft, muss diese Nadelscheibe 20 ebenfalls versetzt sein, um an der Umfangsseite des minimalen Abstands der Nadelscheiben 20 sicherzustellen, dass alle Nadelscheiben 20 auf einer Geraden liegen. Daraus resultiert in diesem Fall ein Versatz der parallel verlaufenden Symmetrieachsen 39, 40 von Bohrung und Lagersitz mit dem Schnittpunkt 41 im Unendlichen.
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5 stellt die aus seinem Aufbau resultierende Funktion des rotatorischen Garnausbreiters 7 dar, wo das Filamentgarn 6 im Bereich der eng beieinander stehenden Nadelscheiben 20 mit auf einer Geraden liegenden Spitzen der Nadeln 28 aller Nadelscheiben 20 in den Scheibenfächer 18 einläuft und von den Nadeln 28 ergriffen wird. Das Filamentgarn 6 läuft auf dem von der Nadelscheibenachse 21 getragenen Scheibenfächer 18 über einen Winkel von 90° um den sich drehenden Scheibenfächer 18 mit. Dabei werden die von den Nadeln 28 erfassten Filamente 9 über dem sich spreizenden Scheibenfächer 18 zu einem Filamentband 8 breit auseinandergezogen. Die Umschlingung des Scheibenfächers 18 durch das Filamentband 8 ist bis 180° frei wählbar. Bevorzugter Umschlingungswinkel sind 180°, da hierbei die gesamte Kapazität des Scheibenfächers 18 zum Spreizen des Filamentbandes 8 genutzt wird. Über den umschlungenen Umfang hinweg erfolgt das Auseinanderziehen der Filamente 9 sehr gleichmäßig und stetig. Die Nadeln 28 der Nadelscheiben 20 ruhen dabei bezüglich der Faserrichtung, sofern keine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Filamentband 8 und Umfang des Scheibenfächers 18 bewusst zur Erzielung besonderer Effekte eingetragen wird. Nachdem der vorgesehene Umdrehungswinkel des Scheibenfächers 18 erreicht ist, wird das Garn von den Spitzen der Nadeln 28 wieder abgezogen, indem es auf die breite Stegwalze 19 läuft.
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In der 5a sind die eng beieinander stehenden Nadelscheiben 20 im oberen Bereich dargestellt. Die Nadeln 28 der Nadelscheiben 20 liegen an dieser Seite auf einer Geraden, während sie auf der anderen, der gespreizten Seite, mit ihren Spitzen in einem Bogen angeordnet sind. Aus diesem Grund sind auf der in 5b links dargestellten Einlaufseite mit den eng stehenden Nadelscheiben 20 diese nur als eine Scheibe zu erkennen, die dahinterliegenden sind verdeckt, während sie auf der anderen Seite aufgefächert erscheinen. Gemäß der Darstellung in 5 erfolgt der Antrieb der Nadelscheiben 20 durch das Filamentgarn 6 bzw. das Filamentband 8, durch welche die Nadelscheiben 20 in Form eines passiven Antriebs mitgenommen werden. Nachteilig ist diese einfache Form des Antriebs in dem Fall, dass im Verlauf des Prozesses das Garn beschleunigt oder abgebremst werden soll. Dann bietet der in 6 dargestellte Antrieb der Nadelscheiben 20 Vorteile durch die Möglichkeit zur exakten Steuerung der Garngeschwindigkeit über dem rotatorischen Garnausbreiter 7.
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Anstelle der in 5b dargestellten Umschlingung des Scheibenfächers 18 mit den Nadelscheiben 20 durch das Filamentgarn 6 bzw. das Filamentband 8 von 90° beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Umschlingung 180°, so wie in 4a gezeigt.
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6 zeigt den Antrieb für den rotatorischen Garnausbreiter 7. Dazu werden alle Nadelscheiben 20 zum gemeinsamen Antrieb von Mitnehmern 24 spielbehaftet durchquert. Die Durchquerung der Nadelscheiben 20 durch die Mitnehmer 24 erfolgt durch die Langlöcher 25, die in 4a in der Seitenansicht dargestellt sind. In der bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Mitnehmer 24, jeweils um 180° versetzt, vorgesehen. Die Mitnehmer 24 sind als zylindrische Stangen ausgebildet und an beiden Enden an den Mitnehmerscheiben 29 befestigt, die drehbar auf der Nadelscheibenachse 21 gelagert sind. Eine der Mitnehmerscheiben 29 wird in der bevorzugten Ausgestaltung durch einen Zahnriementrieb, in der Figur nicht dargestellt, angetrieben. Durch den aktiven Antrieb kann die Drehzahl des rotatorischen Garnausbreiters 7 unabhängig von der Geschwindigkeit des darüberlaufenden Garns gewählt werden. Eine leicht gegenüber der Garngeschwindigkeit erhöhte Umfangsgeschwindigkeit des rotatorischen Garnausbreiters 7, wobei die Geschwindigkeiten um 1% oder weniger differieren, führen beispielsweise zu einem Kämmeffekt.
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Zur Erzeugung einer sehr breiten Lage von Filamenten 9 werden in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung 8 bis 10 Vorrichtungen 1 zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen parallel in einer Anlage zusammengefasst. In diesem Fall hoher Fadenzahlen erfolgt der Antrieb der Scheibenfächer 18 vorteilhaft auf passive Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Ausbreiten von bandförmigen Filamentgarnen
- 2
- Abspuleinrichtung
- 3
- Filamentgarn
- 4
- Kreuzspule
- 5
- Auflege- und Vorspreizeinrichtung
- 6
- Filamentgarn ohne Querbewegung
- 7
- rotatorischer Garnausbreiter
- 8
- Filamentband
- 9
- Filament
- 10
- Einrichtung zum Entfernen der Querbewegung
- 11
- Umlenkwalze
- 12
- Schwenkwinkel des Lenkers
- 13
- Führungsrolle
- 14
- Lenker
- 15
- Schwenkachse des Lenkers
- 16
- Umlenkrolle
- 17
- schmale Stegwalze
- 18
- Scheibenfächer
- 19
- breite Stegwalze
- 20
- Nadelscheibe
- 21
- Nadelscheibenachse
- 22
- kurze Stege
- 23
- lange Stege
- 24
- Mitnehmer
- 25
- Langlöcher
- 26
- Stegwalzenhohlachse
- 27
- Stegring
- 28
- Nadel
- 29
- Mitnehmerscheiben
- 30
- Zahnwalze
- 31
- Segmentachse
- 32
- Lager
- 33
- Feder
- 34
- Kernachse
- 35
- Sicherungsgruppe
- 36
- Stegwalzenstatorachse
- 37
- Bohrung
- 38
- Lagersitzsegment
- 39
- Symmetrieachse Lagersitz
- 40
- Symmetrieachse Bohrung
- 41
- Schnittpunkt der Symmetrieachsen
