DE102011055298A1

DE102011055298A1 - Fadenführeinrichtung für eine ein Vorgarn verspinnende Spinnmaschine

Info

Publication number: DE102011055298A1
Application number: DE201110055298
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schneider; Uwe Heitmann
Original assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Current assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-16
Also published as: WO2013068451A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fadenführeinrichtung für eine ein Vorgarn verspinnende Spinnmaschine zum Anordnen zwischen einem Streckwerk (2) zum Liefern eines Fadens (F) und einer rotatorisch angetriebenen Spindel (10) zum Aufwinden des Fadens (F), wobei der Faden (F) zwischen dem Streckwerk (2) und der Spindel (10) eine endgültige Drehung erhält, und wobei eine Befestigung der Fadenführeinrichtung (11) an einer in einer axialen Richtung bezogen auf die Spindel (10) hin- und herbewegten Trägereinrichtung (6, 9) vorgesehen ist, wobei ein Fadenführkanal (12) mit einem Fadeneinlass (13) und einem Fadenauslass (14) vorgesehen ist, welcher koaxial zu der Spindel (10) rotierbar an der Trägereinrichtung (6, 9) mittels einer Lageranordnung (15) gelagert ist, welche ein berührungslos wirkendes Radiallager (24, 26, 29, 30) umfasst, wobei der Fadenauslass (14) so angeordnet ist, dass der den Fadenauslass (14) verlassende Faden (F) in tangentialer Richtung zur Spindel (10) gezogen ist und hierdurch den Fadenführkanal (12) in Rotation versetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fadenführeinrichtung für eine ein Vorgarn verspinnende Spinnmaschine zum Anordnen zwischen einem Streckwerk zum Liefern eines Fadens und einer rotatorisch angetriebenen Spindel zum Aufwinden des Fadens, wobei der Faden zwischen dem Streckwerk und der Spindel eine endgültige Drehung erhält, und wobei eine Befestigung der Fadenführeinrichtung an einer in einer axialen Richtung bezogen auf die Spindel hin- und herbewegten Trägereinrichtung vorgesehen ist.
Vorgarne werden heute praktisch ausschließlich mit sogenannten Ringspinnmaschinen zu einem fertiggedrehten Faden versponnen. Vorgarne sind dabei relativ feine längliche Faserverbände aus Stapelfasern, welche eine geringe Drehung, nämlich eine sogenannte Schutzdrehung, aufweisen, welche dazu dient, den feinen Faserverband soweit zu stabilisieren, dass er verspinnbar ist. Typischerweise beträgt die Feinheit eines Vorgarns zwischen 0,9 Nm und 5 Nm, wobei die Drehung mit größerer Feinheit allgemein zunimmt und dabei üblicherweise zwischen 20 T/m und 75 T/m liegt.
Bei einer Ringspinnmaschine beginnt der Spinnprozess in einem Streckwerk mit der Verringerung der Faseranzahl je Längeneinheit im Vorgarn bis zur gewünschten Feinheit des zu spinnenden Fadens, welche typischerweise zwischen 25 Nm und 200 Nm liegt. Darauf folgt die eigentliche Bildung des fertig gedrehten Fadens mit der Verdrehung der Fasern stromabwärts des Streckwerks. Die Drehung wird dabei durch einen auf einem Ring rotierenden Läufer erzeugt. Gleichzeitig wird durch das Ring/Läufer-System der Faden auf eine auf eine rotatorisch angetriebenen Spindel aufgesteckte Hülse in Form eines Kops aufgewunden. Der Faden läuft dabei von der unmittelbar am Streckwerksausgang befindlichen Spinnzone geradlinig über eine Fadenführeröse in eine Ballonzone. Die dort herrschende Fadenspannung hält das dynamische Gleichgewicht zu den weiteren am Läufer angreifenden Kräften. Jede Läuferumdrehung bringt eine Drehung ins Garn, die in den vom Streckwerk kontinuierlich nachgelieferten Faden eingebracht wird. Durch die endgültige Drehung wird im Faden die notwendige Festigkeit erzeugt, wobei die Drehung im fertiggedrehten Faden üblicherweise zwischen 200 T/m und 2000 T/m beträgt.
Die Limitierung in der Produktivität einer derartigen Ringspinnmaschine ist durch verschiedene Problemkreise des Aufwindeprozesses gegeben. Wird die Drehzahl erhöht, steigt die Geschwindigkeit des Läufers auf dem Ring, wodurch der Verschleiß und die Temperatur durch die Reibung des Läufers ansteigen, so dass innerhalb kürzester Zeit der Läufer gewechselt werden muss. Des weiteren treten bei höheren Drehzahlen durch die ansteigenden Zentrifugalkräfte, die auf den rotierenden Faden in der Ballonzone wirken, zunehmend hohe Fadenspannungen in der Spinnzone auf, so dass es zum Fadenbruch kommt. Durch die höhere Drehzahl steigt zudem in der Ballonzone durch die Luftreibung des Fadens der Energieverbrauch, wodurch die Vorteile aus dem Produktivitätsgewinn geschmälert werden.
Andere zum Verspinnen von Vorgarnen geeignete Spinnmaschinen sind Glocken-, Kappen- oder Trichterspinnmaschinen, bei denen ein glocken-, kappen- bzw. trichterförmiges Führungselement über die Spindel gestülpt ist. Bei derartigen Spinnmaschinen dient eine am stromabwärtigen Ende des Führungselements angeordnete Fadenführung zur Umlenkung des Fadens zum Kops. Stromaufwärts der Fadenführung wird der Faden an der Innenseite des Führungselements geführt, so dass die durch Ballonbildung bedingten Probleme vermieden sind.
Allerdings muss das Führungselement auf Grund seiner Masse aktiv angetrieben werden, wobei zwischen dem Führungselement und dem Kops eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeit eingehalten werden muss, welche genau der Aufwindung entspricht. Da aber die Aufwindung bei konstanter Drehzahl der Spindel je nach Aufwindedurchmesser schwankt, ist eine hinreichend genaue Regulierung der Drehzahl des Antriebs des Führungselements insbesondere bei höheren Arbeitsgeschwindigkeiten kaum möglich, so dass Störungen beim Kopsaufbau und Fadenbrüche entstehen. Daher haben sich derartige Spinnmaschinen in der Praxis nicht durchgesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine ein Vorgarn verspinnende Spinnmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit einer Fadenführeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein Fadenführkanal mit einem Fadeneinlass und einem Fadenauslass vorgesehen ist, welcher koaxial zu der Spindel rotierbar an der Trägereinrichtung mittels einer Lageranordnung gelagert ist, welche ein berührungslos wirkendes Radiallager umfasst, wobei der Fadenauslass so angeordnet ist, dass der den Fadenauslass verlassende Faden in tangentialer Richtung zur Spindel gezogen ist und hierdurch den Fadenführkanal in Rotation versetzt.
Die Fadenführeinrichtung ist insbesondere geeignet für Spinnmaschinen, welche Vorgarne mit einer Feinheit zwischen 0,9 Nm und 5 Nm und einer Drehung zwischen 20 T/m und 75 T/m verspinnen und welche fertiggedrehte Fäden mit einer Feinheit zwischen 25 Nm und 200 Nm und einer Drehung zwischen 200 T/m und 2000 T/m erzeugen.
Unter einem Fadenführkanal wird eine den Faden quer zu einer Laufrichtung mehrseitig führende Anordnung verstanden. Der Fadeneinlass ist dabei jener Bereich, bei dem der Faden in den Fadenführkanal eintritt, und der Fadenauslass jener Bereich, bei dem der Faden aus dem Fadenführkanal austritt. Weiterhin wird unter einem berührungslos wirkenden Lager ein solches verstanden, bei dem die Übertragung von Lagerkräften ohne direkten Kontakt des feststehenden Körpers zum rotierenden Körper erfolgt. Ein Radiallager ist dabei ein solches Lager, welches ein rotierbares Element in radialen Richtungen führt.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Fadenführkanal kann eine deutlich geringere Masse aufweisen als ein glocken-, kappen- bzw. trichterförmiges Führungselement einer Glocken-, Kappen- oder Trichterspinnmaschinen. Zudem führt das berührungslos wirkende Radiallager zu einer geringen Reibung bei der Rotation des Fadenführkanals.
In Verbindung mit einer derartigen Anordnung des Fadenauslasses, bei welcher der den Fadenauslass verlassende Faden in tangentialer Richtung zur Spindel gezogen ist, ermöglicht die geringe Masse des Fadenführkanals und die geringe Reibung bei der Rotation des Fadenführkanals einen Verzicht auf einen aktiven Antrieb des Fadenführkanals. Der Antrieb des Fadenführkanals kann daher ausschließlich über den von der Spindel gezogenen Faden erfolgen. Hierdurch entsteht ein selbstregulierender Antrieb des Fadenführkanals, der Änderungen der Spindeldrehzahl und/oder des Aufwindedurchmessers selbsttätig ausgleicht. Auf diese Weise sind Fadenbrüche und Störungen vom Kopsaufbau auf Grund von antriebsbedingten Schwankungen der Fadenspannung vermieden.
Der Fadenführkanal kann zudem verhindern, dass der Faden wie bei herkömmlichen Ringspinnmaschinen einen Ballon ausbildet. Hierdurch kann der durch die Rotation entstehende Luftwiderstand gesenkt werden, was gerade bei hohen Drehzahlen zu einer Senkung des Energieverbrauchs führt. Die Reibung im Fadenleitkanal bewirkt dabei, dass die Fadenspannung in der Spinnzone geringer als bei einer Ringspinnmaschine ist, so dass demgegenüber die Gefahr von Fadenbrüchen verringert ist. Zudem kann die erfindungsgemäße Fadenführeinrichtung das herkömmliche Ring/Läufersystem ersetzen, so dass dessen Verschleißprobleme und/oder Geschwindigkeitsbegrenzenden Wirkungen vermieden sind. Weiterhin kann die Kreisbahn des Fadenauslasses einen größeren Radius aufweisen als die Kreisbahn des Läufers einer Ringspinnmaschine, der bei gegebener Drehzahl durch die maximale Geschwindigkeit des Läufers begrenzt ist. Damit können mittels der erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung Kopse mit größerem Durchmesser erzeugt werden.
Weiterhin kann durch den Fadenführkanal verhindert werden, dass im Fall eines Fadenbruchs das freie Fadenende in den Bereich einer benachbarten Spinnstelle gelangt und dort zu Schäden führt. Hierdurch sind die heute bei Ringspinnmaschinen üblichen Schutzwände zwischen den Spinnstellen entbehrlich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lageranordnung ein erstes Axiallager umfasst, durch welches der Fadenführkanal in einer axialen Richtung berührungslos gelagert ist, und dass die Lageranordnung ein zweites Axiallager umfasst, durch welches der Fadenführkanal in einer dazu entgegengesetzten Richtung gleitend gelagert ist. Unter einem Radiallager wird dabei ein solches Lager verstanden, welches ein rotierbares Element in einer der axialen Richtungen führt. Ein gleitend lagerndes Lager wird auch Gleitlager genannt, wobei hier die Übertragung von Lagerkräften unter direktem Kontakt des feststehenden Körpers zum rotierenden Körper erfolgt, so dass Festkörperreibung entsteht. Durch die Kombination eines berührungslosen Axiallagers und eines gleitenden Axiallagers ist der Fadenführkanal in beiden axialen Richtungen gehalten. Hierbei ermöglicht die Gestaltung des gleitenden Axiallagers, etwa durch die Auswahl der aneinander reibenden Materialien, eine Einstellung der Gesamtreibung der Rotation des Fadenführkanals und damit der Fadenspannung am Fadenauslass, so dass der Kopsaufbau optimiert werden kann. Zudem kann die Anpresskraft der Reibung durch die Gestaltung des berührungslosen Axiallagers beeinflusst werden, was ebenfalls eine Einstellung der Gesamtreibung der Rotation des Fadenführkanals und damit der Fadenspannung am Fadenauslass ermöglicht.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lageranordnung ein Fluidlager, insbesondere ein Luftlager. Fluidlager sind allgemein Lager, bei denen die Lagerkräfte zwischen den zueinander beweglichen Körpern durch einen dünnen Fluidfilm, nämlich einen Gasfilm oder einen Flüssigkeitsfilm, übertragen sind. Dynamische Fluidlager bauen den Fluidfilm durch Bewegung selbständig auf, während statischen Fluidlager ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird. Die Verwendung eines Fluidlagers erlaubt einen einfachen Aufbau der Fadenführungseinrichtung sowie eine reibungsarme und verschleißarme Lagerung des Fadenführkanals. Dabei ist ein statisches Fluidlager bevorzugt, da dieses bereits im Stillstand einen Fluidfilm aufbauen und damit reibungsarm arbeiten kann und in gewissen Grenzen steuerbar, während ein dynamisches Fluidlager erst bei einer Mindestgeschwindigkeit einen entsprechenden Fluidfilm aufbauen kann. Besonders bevorzugt ist ein Luftlager, da Druckluft in einer Spinnerei standardmäßig zur Verfügung steht.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lageranordnung ein Magnetlager. Magnetlager sind allgemein Lager, bei denen die Lagerkräfte zwischen den zueinander beweglichen Körpern durch Magnetkräfte übertragen sind. Passive Magnetlager erzeugen die Magnetkräfte mit Dauermagneten, während aktive Magnetlager hierfür Elektromagnete nutzen. Die Verwendung eines Fluidlagers erlaubt einen einfachen Aufbau der Fadenführungseinrichtung sowie eine reibungsarme und verschleißarme Lagerung des Fadenführkanals. Dabei ist ein aktives Magnetlager bevorzugt, da es weniger anfällig für Alterungseffekte und in gewissen Grenzen steuerbar ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der Fadeneinlass zentrisch angeordnet. Auf diese Weise kann der Faden zwischen dem Streckwerk und dem Fadeneinlass stets auf dem selben Pfad laufen, selbst wenn der Fadenführkanal wie vorgesehen rotiert. Hierdurch werden die Drehungserteilungsvorgänge unter gleichbleibenden Bedingungen, insbesondere unabhängig von dem Momentanwinkel der Rotation des Fadenführkanals, durchgeführt, was zu einer gleichmäßigen Drehung im Faden und zu einer Verringerung von Fadenbrüchen führt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Fadenführkanal wenigstens im Bereich der Lageranordnung, vorzugsweise vom Fadeneinlass bis zum Fadenauslass, rohrförmig ausgebildet. Unter einer rohrförmigen Ausbildung des Fadenführkanals wird eine solche Ausführung verstanden, bei welcher der Fadenführkanal einen im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt aufweist. Der rohrförmige Fadenführkanal kann einwandig und selbsttragend ausgebildet sein, so dass sich ein einfacher Aufbau ergibt, wobei der Faden allseitig geführt ist, was insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten verhindert, dass der Faden seitlich aus dem Kanal herausrutscht. Zudem erleichtert ein rohrförmiger Fadenführkanal das automatische Einlegen des Fadens vor dem Beginn des Spinnens, da so der Faden mit einem Saugluftstrom eingesogen werden kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Fadenführkanal fadeneinlassseitig ein einstückig ausgebildetes gebogenes Kanalelement und fadenauslassseitig ein einstückig ausgebildetes gerades Kanalelement. Grundsätzlich sind gebogene Kanalelemente schwieriger herstellbar als gerade Kanalelemente. Indem nun der Fadenführkanal wenigstens aus einem gebogenen Kanalelement und aus wenigstens einem geraden Kanalelement zusammengesetzt ist, ergibt sich im Vergleich zu einem einstückigen Fadenführkanal eine vereinfachte Herstellung. Zudem können so für die gebogenen Abschnitte und die geraden Abschnitte unterschiedliche Materialien verwendet werde, welche jeweils an die jeweiligen Anforderungen angepasst sind. So kann für den gebogenen Abschnitt ein Material mit einer höheren Abriebfestigkeit verwendet werden, da dort eine höhere Reibung auftritt. Für die geraden Abschnitte des Fadenführkanals können hingegen besonders leichte Materialien verwendet werden, um so die Gesamtmasse der rotierenden Teile der Fadenführeinrichtung zu reduzieren.
Das gebogene und/oder das gerade Kanalelement können insbesondere rohrförmig ausgebildet sein.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das gebogene Kanalelement aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl. Kanalelemente wie Rohre und Profile aus Metall können zunächst als gerade Extrudierteile urgeformt und dann gebogen werden. Damit sind gebogene Kanalelement aus Metall einfach herstellbar. Zudem sind viele Metalle besonders abriebfest. Besonders abriebfest und auch korrosionsbeständig ist Edelstahl.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung besteht das gerade Kanalelement aus einem faserverstärkten Kunststoff, vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Faserverstärkte Kunststoffe umfassen eine Kunststoffmatrix und darin eingebrachte Kohlenstofffasern. Ein derartiger Verbund ist im Verhältnis zu seiner Stabilität besonders leicht. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders geringe Gesamtmasse der rotierenden Teile der Fadenführeinrichtung.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Fadenführkanal bezogen auf die Rotationsrichtung wenigstens abschnittsweise einen aerodynamischen Querschnitt, insbesondere einen ovalen oder tropfenförmigen Querschnitt, auf. Unter einem aerodynamischen Querschnitt wird ein solcher Querschnitt verstanden, der einen kleinen Widerstandsbeiwert, beispielsweise kleiner als 0,5, bevorzugt kleiner als 0,3 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1, aufweist. Hierdurch kann der Energieverbrauch der Spinnmaschine insbesondere bei hohen Spinngeschwindigkeiten gesenkt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist der Fadeneinlass einen Einlasseinsatz zum Führen des Fadens mit einer gegenüber einem angrenzenden Bereich des Fadenführkanals abriebfesteren Oberfläche, insbesondere aus Edelstahl oder Keramik, auf. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Faden im Bereich des Fadeneinlasses besonders stark umgelenkt ist und so den Fadeneinlass mechanisch stark beansprucht. Der Einlasseinsatz kann insbesondere auswechselbar ausgebildet sein.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Fadenauslass einen Auslasseinsatz zum Führen des Fadens mit einer abriebfesten Oberfläche, insbesondere aus Edelstahl oder Keramik, auf. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Faden im Bereich des Fadenauslasses ebenfalls besonders stark umgelenkt ist und so auch den Fadenauslass mechanisch stark beansprucht. Der Auslasseinsatz kann ebenfalls insbesondere auswechselbar ausgebildet sein.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist eine Massenausgleichsanordnung zur Vermeidung einer Unwucht bei der Rotation des Fadenführkanals vorgesehen. Im Idealfall kann so erreicht werden, dass der Schwerpunkt der Massenausgleichsanordnung dem Schwerpunkt des außermittig verlaufenden Teils des Fadenführkanals gegenüberliegt, wobei durch die Wahl der Masse der Massenausgleichsanordnung erreicht werden kann, dass der Gesamtschwerpunkt der rotierenden Teile der Fadenführeinrichtung axial liegt. Auf diese Weise können besonders geringe Lagerkräfte und ein besonders ruhiger Lauf des Fadenführkanals gewährleistet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist als Trägereinrichtung eine Ringbank einer Ringspinnmaschine vorgesehen, wobei die Fadenführeinrichtung einen Adapter zum Befestigen der Fadenführeinrichtung an der Ringbank umfasst. Herkömmliche Ringspinnmaschinen weisen in aller Regel eine hin- und herbewegte Ringbank auf, welche sich über mehrere Spinnstellen erstreckt und je Spinnstelle eine Ring/Läuferkombination trägt. Die Hin- und Herbewegung dient dazu, den Faden in Form eines Kopses auf einer auf die Spindel gesteckten Hülse aufzuwickeln. Indem nun ein Adapter zum Befestigen der Fadenführeinrichtung an der Ringbank vorgesehen ist, kann eine herkömmliche Ringspinnmaschine besonders einfach mit einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung nachgerüstet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist als Trägereinrichtung eine Fadenführerbank einer Ringspinnmaschine vorgesehen, wobei die Fadenführeinrichtung ein Adapter zum Befestigen der Fadenführeinrichtung an der Fadenführerbank umfasst. Herkömmliche Ringspinnmaschinen weisen zudem in aller Regel eine hin- und herbewegte Fadenführerbank auf, welche sich über mehrere Spinnstellen erstreckt und je Spinnstelle eine Fadenführeröse trägt. Die Hin- und Herbewegung dient dazu, die durch die Bewegung der Ringbank bewirkte Veränderung des Pfades des Fadens zu minimieren. Indem nun ein Adapter zum Befestigen der Fadenführeinrichtung an der Fadenführerbank vorgesehen ist, kann eine herkömmliche Ringspinnmaschine besonders einfach mit einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung nachgerüstet werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Spinnmaschine zum Verspinnen eines Vorgarns, welche wenigstens eine Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist. Es ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können dabei – außer z. B. in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
1 eine Spinnstelle einer herkömmlichen Ringspinnmaschine in einer schematischen Seitenansicht,
2 eine Spinnstelle einer Spinnmaschine mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
3 eine Spinnstelle einer Spinnmaschine mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung in einer schematischen Seitenansicht, und
4 eine vergrößerte Darstellung einer Lageranordnung der Fadenführeinrichtung der 2.
In den folgenden Figuren sind nur diejenigen Bestandteile einer Spinnmaschine mit Bezugszeichen versehen und erläutert, welche für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Es versteht sich von selbst, dass weitere Teile und Baugruppen vorgesehen sein können.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spinnstelle 1 einer herkömmlichen Ringspinnmaschine in einer schematischen Seitenansicht. In der Praxis weist die Ringspinnmaschine eine Vielzahl von derartigen Spinnstellen auf, welche in die Zeichenebene hinein nacheinander angeordnet sind.
Die Spinnstelle 1 weist ein Streckwerk 2 auf, von dem lediglich ein Ausgangswalzenpaar 3 gezeigt ist. Das Streckwerk 2 dient dazu, ein zugeführtes Vorgarn zu verfeinern und als Faden F mit der gewünschten Feinheit zu liefern. Der Faden F verläuft vom Streckwerk 2 geradlinig zu einer Fadenführeröse 4, welche über einen Halter 5 an einer Fadenführerbank 6 befestigt ist, welche sich über mehrere Spinnstellen 1 hinweg erstreckt. Stromabwärts der Fadenführeröse 4 verläuft der Faden F bogenförmig zu einem Läufer 7, der an einem Ring 8 eingehängt ist, der seinerseits an einer Ringbank 9 befestigt ist, welche sich über mehrere Spinnstellen 1 hinweg erstreckt. Der Läufer 7 lenkt den Faden F um, so dass er tangential in Richtung zu einer rotatorisch angetriebenen Spindel 10 läuft. Durch die Rotation der Spindel 10 um eine Achse A wird der Faden F auf eine drehfest auf die Spindel 10 gesteckte Hülse H aufgewunden. Die im Faden F erzeugte Fadenspannung bewirkt dabei, dass der Läufer 7 auf einer Kreisbahn am Ring 8 umläuft. Dabei bewirkt jeder Umlauf des Läufers 7 eine Drehung im Faden F, welche sich bis in die Spinnzone unmittelbar am Ausgang des Streckwerks 2 fortsetzt. Durch die dabei erzeugte Rotation des Fadens F zwischen der Fadenführeröse 4 und dem Läufer 7 entsteht der bereits erwähnte bogenförmige Lauf des Fadens F im genannten Bereich, der auch Ballonzone genannt wird.
Die Ringbank ist in einer axialen Richtung bezogen auf die Spindel 10 hin- und herbewegbar und führt im Betrieb der Spinnstelle 1 eine Hin- und Herbewegung HR mit variablem Hub aus, so dass der Faden F in Form eines Kopses K auf die Hülse H aufgewunden wird. Die Fadenführerbank 6 ist ebenfalls in einer axialen Richtung bezogen auf die Spindel 10 hin- und herbewegbar und führt im Betrieb der Spinnstelle 1 eine Hin- und Herbewegung HF mit korrespondierendem Hub aus, um die durch die Bewegung HR der Ringbank 9 erzeugten Veränderungen der Geometrie der Ballonzone zu minimieren.
Die Limitierung in der Produktivität einer derartigen Spinnstelle 1 einer Ringspinnmaschine ist durch verschiedene Problemkreise des Aufwindeprozesses gegeben. Wird die Drehzahl der Spindel 1 erhöht, steigt die Geschwindigkeit des Läufers 7 auf dem Ring 8, wodurch der Verschleiß und die Temperatur durch die Reibung des Läufers 7 ansteigen, so dass innerhalb kürzester Zeit der Läufer 7 gewechselt werden muss. Des weiteren treten bei höheren Drehzahlen durch die ansteigenden Zentrifugalkräfte, die auf den rotierenden Faden F in der Ballonzone wirken, zunehmend hohe Fadenspannungen in der Spinnzone auf, so dass es zum Fadenbruch kommt.
Durch die höhere Drehzahl steigt zudem in der Ballonzone durch die Luftreibung des Fadens der Energieverbrauch, wodurch die Vorteile aus dem Produktivitätsgewinn geschmälert werden.
2 zeigt eine Spinnstelle 1 einer erfindungsgemäßen Spinnmaschine mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung 11 in einer schematischen Seitenansicht. Bei der Spinnmaschine handelt es sich um eine Spinnmaschine auf der Basis der Ringspinnmaschine der 1, bei der deren Fadenführeinrichtung, welche die Fadenführeröse 4, den Läufer 7 und den Ring 8 umfasst, durch die erfindungsgemäße Fadenführeinrichtung 11 ersetzt ist. Ansonsten entspricht die Spinnmaschine der 2 der Ringspinnmaschine der 1. Insbesondere weist jede Spinnstelle 1 der Spinnmaschine ein Streckwerk 2 zum Liefern eines Fadens F und eine rotatorisch angetriebene Spindel 10 zum Aufwinden des Fadens F auf, wobei der Faden F zwischen dem Streckwerk 2 und der Spindel 10 eine endgültige Drehung erhält.
Die Fadenführeinrichtung 11 umfasst einen Fadenführkanal 12 mit einem Fadeneinlass 13 und einem Fadenauslass 14, wobei der Fadenführkanal 12 koaxial zu der Spindel 10 rotierbar an der die Hin- und Herbewegung HF ausführenden Fadenführerbank 6 mittels einer Lageranordnung 15 gelagert ist. Zum Befestigen der Fadenführeinrichtung 11 an der Fadenführerbank 6 ist ein Adapter 16 vorgesehen. Indem nun der Adapter 16 zum Befestigen der Fadenführeinrichtung 11 an der Fadenführerbank 6 vorgesehen ist, kann eine herkömmliche Ringspinnmaschine besonders einfach mit einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung 11 nachgerüstet werden.
Der Fadenauslass 14 des Fadenführkanals 12 ist so angeordnet, dass der den Fadenauslass 14 verlassende Faden F in tangentialer Richtung zur Spindel 10 gezogen ist und hierdurch den Fadenführkanal 12 in Rotation versetzt.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Fadeneinlass 13 zentrisch angeordnet. Auf diese Weise kann der Faden F zwischen dem Streckwerk 2 und dem Fadeneinlass 13 stets auf dem selben Pfad laufen, selbst wenn der Fadenführkanal 12 wie vorgesehen rotiert. Hierdurch werden die Drehungserteilungsvorgänge unter gleichbleibenden Bedingungen, insbesondere unabhängig von dem Momentanwinkel der Rotation des Fadenführkanals 12, durchgeführt, was zu einer gleichmäßigen Drehung im Faden F und zu einer Verringerung von Fadenbrüchen führt.
Im Ausführungsbeispiel ist der Fadenführkanal 12 vom Fadeneinlass 13 bis zum Fadenauslass 14 rohrförmig ausgebildet. Der rohrförmige Fadenführkanal 12 ist im Ausführungsbeispiel einwandig und selbsttragend ausgebildet, so dass sich ein einfacher Aufbau ergibt, wobei der Faden F allseitig geführt ist, was insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten verhindert, dass der Faden F seitlich aus dem Fadenführkanal 12 herausrutscht. Zudem erleichtert ein rohrförmiger Fadenführkanal 12 das automatische Einlegen des Fadens F vor dem Beginn des Spinnens, da so der Faden F mit einem Saugluftstrom eingesogen werden kann.
Der Fadenführkanal 12 umfasst fadeneinlassseitig ein einstückig ausgebildetes gebogenes Kanalelement 17 und fadenauslassseitig ein einstückig ausgebildetes gerades Kanalelement 18. Bevorzugt besteht das gebogene Kanalelement 17 aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl. Bevorzugt besteht das gerade Kanalelement 18 aus einem faserverstärkten Kunststoff, vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Faserverstärkte Kunststoffe umfassen eine Kunststoffmatrix und darin eingebrachte Kohlenstofffasern 19.
Vorteilhafterweise weist der Fadenführkanal 12 bezogen auf die Rotationsrichtung wenigstens abschnittsweise einen aerodynamischen Querschnitt, insbesondere einen ovalen oder tropfenförmigen Querschnitt, auf. Insbesondere ist es, unabhängig vom Ausführungsbeispiel, vorteilhaft, wenn das gerade Kanalelement 18 aerodynamisch ausgebildet ist, da es eine größere Tangentialgeschwindigkeit als das gebogene Kanalelement 17 aufweist.
Im Ausführungsbeispiel weist der Fadeneinlass 13 einen Einlasseinsatz 20 zum Führen des Fadens F mit einer gegenüber einem angrenzenden Bereich des Fadenführkanals 12 abriebfesteren Oberfläche, insbesondere aus Edelstahl oder Keramik, auf. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Faden F im Bereich des Fadeneinlasses 13 besonders stark umgelenkt ist und so den Fadeneinlass 13 mechanisch stark beansprucht. Der Einlasseinsatz 20 kann insbesondere auswechselbar ausgebildet sein.
Weiterhin weist der Fadenauslass 14 im Ausführungsbeispiel einen Auslasseinsatz 21 zum Führen des Fadens F mit einer abriebfesten Oberfläche, insbesondere aus Edelstahl oder Keramik, auf. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Faden F im Bereich des Fadenauslasses 14 ebenfalls besonders stark umgelenkt ist und so auch den Fadenauslass 14 mechanisch stark beansprucht. Der Auslasseinsatz 21 kann ebenfalls insbesondere auswechselbar ausgebildet sein.
3 zeigt eine Spinnstelle 1 einer erfindungsgemäßen Spinnmaschine mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung 11 in einer schematischen Seitenansicht. Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich lediglich durch die im Folgenden beschriebenen Merkmale vom Ausführungsbeispiel der 2: So ist im zweiten Ausführungsbeispiel der Fadenführkanal 12 an der die Hin- und Herbewegung HR ausführenden Ringbank 9 mittels einer Lageranordnung 15 gelagert. Zum Befestigen der Fadenführeinrichtung 11 an der Ringbank 9 ist ein Adapter 22 vorgesehen. Indem nun der Adapter 22 zum Befestigen der Fadenführeinrichtung 11 an der Ringbank 9 vorgesehen ist, kann eine herkömmliche Ringspinnmaschine besonders einfach mit einer erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung 11 nachgerüstet werden.
Weiterhin ist eine Massenausgleichsanordnung 23 zur Vermeidung einer Unwucht bei der Rotation des Fadenführkanals 12 vorgesehen. Im Idealfall kann so erreicht werden, dass der Schwerpunkt der Massenausgleichsanordnung 23 dem Schwerpunkt des außermittig verlaufenden Teils des Fadenführkanals 12 gegenüberliegt, wobei durch die Wahl der Masse der Massenausgleichsanordnung 23 erreicht werden kann, dass der Gesamtschwerpunkt der rotierenden Teile der Fadenführeinrichtung 11 axial liegt. Auf diese Weise können besonders geringe Lagerkräfte und ein besonders ruhiger Lauf des Fadenführkanals 12 gewährleistet werden.
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Lageranordnung 15 der Fadenführeinrichtung 11 der 2. Die Lageranordnung 15 umfasst einen drehbaren Innenring 24 und einen feststehenden Außenring 25, der durch ein Innenelement 26 und ein Außenelement 27 gebildet ist. Weiterhin ist ein am Außenring angeordnetes Bremselement 28 vorgesehen. Zwischen dem Innenring 24 und dem Außenring 25 ist ein Ringspalt 29, 30, 31 vorgesehen, der über einen zwischen dem Innenelement 26 und dem Außenelement 27 angeordneten Luftkanal 32 und einen Luftanschluss 33 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Der Ringspalt 29, 30, 31 umfasst dabei einen ersten Radialführungsspalt 29, einen zweiten Radialführungsspalt 30 und einen Axialführungsspalt 31.
Die Lageranordnung 15 umfasst ein berührungslos wirkendes Radiallager 24, 26, 29, 30, welches durch den Innenring 24, das Innenelement 26, den ersten Radialführungsspalt 29 und den zweiten Radialführungsspalt 30 gebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Lageranordnung 15 ein erstes Axiallager 24, 26, 31 umfasst, durch welches der Fadenführkanal 12 in einer axialen Richtung berührungslos gelagert ist, und dass die Lageranordnung 15 ein zweites Axiallager 24, 28 umfasst, durch welches der Fadenführkanal 12 in einer dazu entgegengesetzten Richtung gleitend gelagert ist.
Das berührungslose Axiallager 24, 26, 31 wird durch den Innenring 24, das Innenelement 26 und den Axialführungsspalt 31 gebildet. Das reibende Axiallager 24, 28 hingegen wird durch den Innenring 24 und das Bremselement 28 gebildet. Durch die Kombination eines berührungslosen Axiallagers 24, 26, 31 und eines gleitenden Axiallagers 24, 28 ist der Fadenführkanal 12 in beiden axialen Richtungen gehalten. Hierbei ermöglicht die Gestaltung des gleitenden Axiallagers 24, 28, etwa durch die Auswahl der aneinander reibenden Materialien, eine Einstellung der Gesamtreibung der Rotation des Fadenführkanals 12 und damit der Fadenspannung am Fadenauslass 14, so dass der Kopsaufbau optimiert werden kann. Zudem kann die Anpresskraft der Reibung durch die Gestaltung des berührungslosen Axiallagers 24, 26, 31 beeinflusst werden, was ebenfalls eine Einstellung der Gesamtreibung der Rotation des Fadenführkanals 12 und damit der Fadenspannung am Fadenauslass 14 ermöglicht.
Im Ausführungsbeispiel sind das berührungslose Radiallager 24, 26, 29, 30 und das berührungslose Axiallager 24, 26, 31 als dynamische Fluidlager, nämlich als Luftlager ausgebildet. Alternativ könnte eines von beiden oder beide als Magnetlager ausgebildet sein.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Fadenführkanal 12 kann eine deutlich geringere Masse aufweisen als ein glocken-, kappen- bzw. trichterförmiges Führungselement einer Glocken-, Kappen- oder Trichterspinnmaschine. Zudem führt das berührungslos wirkende Radiallager 24, 26, 29, 30 zu einer geringen Reibung bei der Rotation des Fadenführkanal.
In Verbindung mit einer derartigen Anordnung des Fadenauslasses 14, bei welcher der den Fadenauslass 14 verlassende Faden in tangentialer Richtung zur Spindel 10 gezogen ist, ermöglicht die geringe Masse des Fadenführkanals 12 und die geringe Reibung bei der Rotation des Fadenführkanals 12 einen Verzicht auf einen aktiven Antrieb des Fadenführkanals 12. Der Antrieb des Fadenführkanals 12 kann daher ausschließlich über den von der Spindel 10 gezogenen Faden F erfolgen. Hierdurch entsteht ein selbstregulierender Antrieb des Fadenführkanals 12, der Änderungen der Spindeldrehzahl und/oder des Aufwindedurchmessers selbsttätig ausgleicht. Auf diese Weise sind Fadenbrüche und Störungen vom Kopsaufbau auf Grund von antriebsbedingten Schwankungen der Fadenspannung vermieden.
Der Fadenführkanal 12 kann zudem verhindern, dass der Faden F wie bei herkömmlichen Ringspinnmaschinen einen Ballon ausbildet. Hierdurch kann der durch die Rotation entstehende Luftwiderstand gesenkt werden, was gerade bei hohen Drehzahlen zu einer Senkung des Energieverbrauchs führt. Die Reibung im Fadenführkanal 12 bewirkt dabei, dass die Fadenspannung in der Spinnzone geringer als bei einer Ringspinnmaschine ist, so dass demgegenüber die Gefahr von Fadenbrüchen verringert ist. Zudem kann die erfindungsgemäße Fadenführeinrichtung 11 das herkömmliche Ring/Läufersystem 7, 8 ersetzen, so dass dessen Verschleißprobleme und/oder geschwindigkeitsbegrenzenden Wirkungen vermieden sind. Weiterhin kann die Kreisbahn des Fadenauslasses 14 einen größeren Radius aufweisen als die Kreisbahn des Läufers 7 einer Ringspinnmaschine, der bei gegebener Drehzahl durch die maximale Geschwindigkeit des Läufers 7 begrenzt ist. Damit können mittels der erfindungsgemäßen Fadenführeinrichtung 11 Kopse K mit größerem Durchmesser erzeugt werden.
Weiterhin kann durch den Fadenführkanal 12 verhindert werden, dass im Fall eines Fadenbruchs das freie Fadenende in den Bereich einer benachbarten Spinnstelle 1 gelangt und dort zu Schäden führt. Hierdurch sind die heute bei Ringspinnmaschinen üblichen Schutzwände zwischen den Spinnstellen 1 entbehrlich.
Bezugszeichenliste

1: Spinnstelle
2: Streckwerk
3: Ausgangswalzenpaar
4: Fadenführeröse
5: Halter
6: Fadenführerbank
7: Läufer
8: Ring
9: Ringbank
10: Spindel
11: Fadenführeinrichtung
12: Fadenführkanal
13: Fadeneinlass
14: Fadenauslass
15: Lageranordnung
16: Adapter zum Befestigen der Fadenführeinrichtung an der Fadenführerbank
17: gebogenes Kanalelement
18: gerades Kanalelement
19: Kohlenstofffasern
20: Einlasseinsatz
21: Auslasseinsatz
22: Adapter zum Befestigen der Fadenführeinrichtung an der Ringbank
23: Massenausgleichsanordnung
24: Innenring
25: Außenring
26: Innenelement
27: Außenelement
28: Bremselement
29: erster Radialführungsspalt
30: zweiter Radialführungsspalt
31: Axialführungsspalt
32: Luftkanal
33: Luftanschluss
F: Faden
HF: Hin- und Herbewegung der Fadenführerbank
HR: Hin- und Herbewegung der Ringbank
A: Achse der Spindel
H: Hülse
K: Kops

Claims

Fadenführeinrichtung für eine ein Vorgarn verspinnende Spinnmaschine zum Anordnen zwischen einem Streckwerk (2) zum Liefern eines Fadens (F) und einer rotatorisch angetriebenen Spindel (10) zum Aufwinden des Fadens (F), wobei der Faden (F) zwischen dem Streckwerk (2) und der Spindel (10) eine endgültige Drehung erhält, und wobei eine Befestigung der Fadenführeinrichtung (11) an einer in einer axialen Richtung bezogen auf die Spindel (10) hin- und herbewegten Trägereinrichtung (6, 9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fadenführkanal (12) mit einem Fadeneinlass (13) und einem Fadenauslass (14) vorgesehen ist, welcher koaxial zu der Spindel (10) rotierbar an der Trägereinrichtung (6, 9) mittels einer Lageranordnung (15) gelagert ist, welche ein berührungslos wirkendes Radiallager (24, 26, 29, 30) umfasst, wobei der Fadenauslass (14) so angeordnet ist, dass der den Fadenauslass (14) verlassende Faden (F) in tangentialer Richtung zur Spindel (10) gezogen ist und hierdurch den Fadenführkanal (12) in Rotation versetzt.
Fadenführeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (15) ein erstes Axiallager (24, 26, 31) umfasst, durch welches der Fadenführkanal (12) in einer axialen Richtung berührungslos gelagert ist, und dass die Lageranordnung (15) ein zweites Axiallager (24, 28) umfasst, durch welches der Fadenführkanal (12) in einer dazu entgegengesetzten Richtung gleitend gelagert ist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (15) ein Fluidlager (24, 26, 29, 30; 24, 26, 31), insbesondere ein Luftlager (24, 26, 29, 30; 24, 26, 31), umfasst.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (15) ein Magnetlager umfasst.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadeneinlass (13) zentrisch angeordnet ist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenführkanal (12) wenigstens im Bereich der Lageranordnung (15), vorzugsweise vom Fadeneinlass (13) bis zum Fadenauslass (14), rohrförmig ausgebildet ist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenführkanal (12) fadeneinlassseitig ein einstückig ausgebildetes gebogenes Kanalelement (17) und fadenauslassseitig ein einstückig ausgebildetes gerades Kanalelement (18) umfasst.
Fadenführeinrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das gebogene Kanalelement (17) aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, besteht.
Fadenführeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gerade Kanalelement (18) aus einem faserverstärkten Kunststoff, vorzugsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, besteht.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenführkanal (12) bezogen auf die Rotation wenigstens abschnittsweise einen aerodynamischen Querschnitt, insbesondere einen ovalen oder tropfenförmigen Querschnitt, aufweist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadeneinlass (13) einen Einlasseinsatz (20) zum Führen des Fadens (F) mit einer gegenüber einem angrenzenden Bereich des Fadenführkanals (12) abriebfesteren Oberfläche, insbesondere aus Edelstahl oder Keramik, aufweist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenauslass (14) einen Auslasseinsatz (21) zum Führen des Fadens (F) mit einer gegenüber einem angrenzenden Bereich des Fadenführkanals (12) abriebfesteren Oberfläche, insbesondere aus Edelstahl oder Keramik, aufweist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Massenausgleichsanordnung (23) zur Vermeidung einer Unwucht bei der Rotation des Fadenführkanals (12) vorgesehen ist.
Fadenführeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägereinrichtung (6, 9) eine Ringbank (9) einer Ringspinmaschine vorgesehen ist, wobei die Fadenführeinrichtung (11) ein Adapter (22) zum Befestigen der Fadenführeinrichtung (11) an der Ringbank (9) umfasst.
Fadenführeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägereinrichtung (6, 9) eine Fadenführerbank (6) einer Ringspinmaschine vorgesehen ist, wobei die Fadenführeinrichtung (11) einen Adapter (16) zum Befestigen der Fadenführeinrichtung (11) an der Fadenführerbank (6) umfasst.
Spinnmaschine zum Verspinnen eines Vorgarns, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Fadenführeinrichtung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.