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Verfahren zum Ablegen von endlosen künstlichen Fäden zu kuchenförmigen
Gebilden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablegen von endlosen künstlichen
Fäden in gekringelten, spiralförmigen bzw. spiralförmig sich kreuzenden Bahnen zu
eben geschichteten, gleich dichten, spannungsfreien, kuchenförmigen Gebilden mit
Höhen von mehr als deren Außendurchmesser.
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Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen der
Faden in sich kreuzenden Kurven mit oder ohne Kringelbildung in kuchenförmigem Zustand
auf einem Teller abgelegt wird. In einfachster Weise wird dabei der Ablageteller
in gleichförmig rotierender Bewegung gehalten, während ein darüber angeordneter
Fadenführer eine hin- und hergehende oder ebenfalls eine drehende, der Kuchenkranzbreite
entsprechende Bewegung ausführt, so daß der gebildete Kuchen aus großen kreisförmigen,
gegeneinander verschobenen Fadenschlingen besteht, die sich an den Kranzrändern,
insbesondere an dem Innenrand, zu großer Dichte häufen.
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Nach anderen Verfahren wird an Stelle des gedrehten oder hin- und
herbewegten Changierfadenführers der Ablageteller durch zusätzliche Anordnungen
von exzentrischen Zwischengetrieben in eine ungleichförmige Bewegung versetzt, die
bei stillstehendem Fadenführer eine der vorgenannten entsprechende Verlegung des
Fadens mit deren Nachteilen einbringt. Um die Fadenanhäufungen an den Kuchenkranzrändern
zu vermindern, hat man einen zweifachen exzentrischen Zwischentrieb im Ablagetellerantrieb
vorgesehen, durch welchen die Kranzbreite des entstehenden Kuchens allmählich verkleinert
und später wieder vergrößert wird. Dadurch werden die lichten Kranzränder mit weniger
Fadenzulieferung beaufschlagt, so daß ihre Höhe nicht in dem Maße wie vorher anwächst;
ja man konnte sogar erreichen, daß die Kranzmitte im Gesamtbild die größte Kuchenhöhe
aufwies. Der Nachteil bestand bei dieser Verlegung darin, daß sich die verschiedenen,
nicht über die volle Kranzbreite reichenden Schichten bei der Nachbehandlung gegeneinander
verschoben und einen unregelmäßigen, nicht mehr abziehbaren Kuchen ergaben.
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Bei anderen Verfahren ist man von den bisher beschriebenen mit punktförmiger
Fadenzuführung auf den Ablageteller abgegangen und läßt den Faden zwischen dem beträchtlich
oberhalb des Tellers angeordneten Führungsauge und dem Teller selbst in Schwingungen
gelangen, wodurch er sich dann gleichmäßig auf dem sich drehen den Teller verlegen
soll. Der Teller erhält dabei eine zentrische oder exzentrische ungleichförmige
Drehbewegung und reißt je nach seiner variablen Geschwindigkeit den Faden zum augenblicklichen
Drehmittelpunkt hin oder von diesem weg. Es stellte sich jedoch heraus, daß eine
solche Verlegung sehr ungenaue Kuchenlagenbildung ergab, so daß das wesentliche
Erfordernis gleicher Schichthöhen niemals eingehalten werden konnte.
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Die bekannten Vorrichtungen liefern einen kranzförmigen Kuchen, der
wegen seiner überkreuzten Fadenlagen zwar zusammenhängend bleibt, der Kuchen weist
aber keine gleichmäßige Fadendichte und ebene Schichtlage auf. Die Fadenlagen häufen
sich an dem äußeren und inneren Rand des Kranzes zu unliebsamen Überhöhungen, an
denen die nachfolgenden Schichten abgleiten können während sich zwischen den Anhäufungen
eine Vertiefung bildet. Fig. 1 zeigt einen solchen Kuchen, hergestellt nach den
bisherigen Verfahren. Die Gefahr des Abgleitens einzelner Lagen ist besonders groß,
wenn der Kuchen einer Nachbehandlung unterzogen wird, bei der die Fäden auch schrumpfen
können. Ein durch Abgleiten seiner Fadenlagen verwirrter Kuchen läßt sich nicht
wieder abziehen. Auch die ungleiche Fadendichte im Kuchen bringt bei der Nachbehandlung,
z. B. beim Waschen, Färben od. dgl., große Nachteile mit sich. Die bisherigen Ablegeverfahren
weisen also große technische Mängel auf, die noch wirtschaftliche zur Folge haben.
Da die Kuchenhöhe klein zu halten war, verteuerte sich ein solches Verfahren unverhältnismäßig.
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Das Verfahren nach der Erfindung behebt diese Mängel dadurch, daß
die konstante Drehbewegung des Ablegegefäß es überlagert wird von einer veränderlichen
Changierbewegung des Ablegegefäßes oder des Fadenführers, deren Geschwindigkeit
umgekehrt proportional dem jeweiligen Abstand des Fadenauflaufpunktes von der Drehachse
des Ablegegefäßes ist. Die Forderung nach gleicher Dichte und gleicher Schichthöhe
bei größtmöglicher Stabilität des Kuchens und spannungsfreier Lagerung des Fadens
wird also durch die Kombination zweier festzulegender Bewegungen, durch die konstante
Drehung des Ablagegefäßes und die hin- und hergehende Bewegung des Fadenführers
oder auch des Ablagegefäßes mit veränderiicher
Geschwindigkeit
dann erreicht, wenn die veränderliche Changiergeschwindigkeit v (m/min) zu v = gewählt
wird, wobei unter r der jeweilige Changierradius, gerechnet von der Rotationsachse
- also der Abstand Fadenauflaufpunkt-Rotationsachse -, verstanden werden soll.
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C ist eine Konstante, und errechnet sind zu
worin n die Zahl der Changiereinzelhübe pro Minute, ra der Außenradius des Kuchens
und ri der Innenradius des Kuchens ist.
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Als Bedingung für die mit dem Changierradins veränderliche Changiergeschwindigkeit
wurde also ein hyperbolischer Verlauf gefunden, d. h., die Fadenführer-oder translatorische
Ablagegefäßgeschwindigkeit muß jeweils umgekehrt proportional dem Augenblicksabstand
des Fadenauflaufpunktes von der Drehachse des Aufnahmegefäßes sein.
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Bei Einhaltung der hyperbolischen Geschwindigkeitsverteilung der
Changiereinrichtung bleiben zwangläufig gleiche Schrittdichte und ebene Schichtung
der Fadenablage gewahrt (s. Fig. 2).
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Dieses Verfahren bietet nachstehende Vorteile gegenüber den bisher
bekannten: a> Wegen der ebenen Schichtung ist ein Abgleiten später abgelegter
Schichten auf oder an darunterliegenden nicht mehr möglich. Die Fäden lassen sich
einwandfrei wieder abziehen, auch noch, wenn die Kuchenhöhe höher als der Kuchendurchinesser
ist. b) Wegen der gleichen Fadendichte in den Schichten und - vom Gewichtseinfluß
abgesehen - über den gesamten Kuchenquerschnitt, insbesondere auch an den Kuchenrändern,
haben am Kuchen vorgenommene Nachbehandiungsprozesse an jeder Stelle gleiche Einwirkungsmöglichkeit.
Man erhält in kürzerer Zeit einen überall gleichmäßig behandelten Faden. c) Wegen
der jetzt möglichen größeren Ablagehöhen erniedrigen sich bei diesem Verfahren die
Herstellungskosten.
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Die Form des Ablegeschemas und die Kringelstärke des Fadens werden
durch Abstimmung der Drehzahl des Ablagegefäßes, der Changierzahl des Fadenführers
bzw.
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Ablagegefäßes und der Fadenzulaufgeschwindigkeit gesteuert. Es wurde
gefunden, daß die Vektorsumme aus Topfdreh- und Changiergeschwindigkeit an den Stellen
des größten Kuchendurchmessers mindestens so groß sein muß wie die Fadenzulaufgeschwindigkeit,
damit wenigstens eine Fadenablage ohne Kringelbildung erfolgen kann.
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Wird die Zulaufgeschwindigkeit größer, so beginnt der Faden zu kringeln.
Zum Kucheninnern zu bis zum kleinstmöglichen Durchmesser nimmt die Kringelstärke
weiterhin stetig zu.
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Durch Abstimmung der Drehzahl des Ablagegefäßes mit der Changierzahl
wird das Ablegeschema beeinflußt.
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Eine sehr große Drehzahl bei kleiner Changierzahl erbringt ein spiralförmiges
Schema (s. Fig. 6), während im umgekehrten Fall das Radialschema (s. Fig. 5) entsteht.
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Das Ablegeschema ist also durch Änderung der Topfdrehzahl zur Changierzahl,
die Kringelstärke durch Änderung der Vektorsumme aus Topfdreh- und Changiergeschwindigkeit
zur Fadenzulaufgeschwindigkeit variierbar. Unabhängig von diesen Änderungen bleibt
aber immer bei Einhaltung des hyperbolischen Changiergeschwindigkeitsverlaufes über
dem Changierradins die Grundbedingung gleicher Schichtdichte und Schichthöhe erhalten.
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Da die so hergestellten Kuchen in sich stabil sind, bedürfen sie
keiner äußeren Stütze. Für die Ablage selbst
ist also ein einfacher Ablegeteller
ausreichend. Dennoch empfiehlt es sich in der Praxis, topfartige Gefäße mit hohem
Rand zu verwenden, die den erzeugten Kuchen gegen Einwirkungen von außen, wie sie
z. B. beim Transport aufzutreten pflege, schützen.
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Das Verfahren wird an Hand der Zeichnungen (Fig. 1 bis 6) näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 eine Schichtung am geschnittenen Kuchen nach den bisher bekannten
Ablegeverfahren, Fig. 2 eine Schichtung des Kuchens gemäß der Erfindung, Fig. 3
ein Schema der Ablegeanlage, Fig. 4 eine Steuerkurve der Changierung, Fig. 5 ein
Ablegeschema für relativ kleine Topfdrehzahlen, Fig. 6 ein Ablegeschema für verhältnismäßig
große Topfdrehzahlen.
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In Fig. 1 sind mit 1 die Schichtlinien bezeichnet. Sie zeigen an
den Kuchenrändern 2 und 3 eine Anhäufung von Fadenmaterial, während dazwischen an
der Stelle 4 deutlich eine Senke zu erkennen ist. Auf den Randhügeln 2 und 3 gleiten
die nachfolgenden Fadenlagen sowohl über die Ränder hinaus als auch zur Senke hin
ab. Daraus entstehen Fadenverwirrungen, die beim Abziehen zum Fadenbruch führen.
Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß in der Senke 4 die Fadendichte wesentlich
geringer ist als auf den Randhügeln 2 und 3, was ungleiche Nachbehandlungseffekte
ergibt.
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Fig. 2 zeigt einen Kuchen nach der Erfindung. Die Schichtlinien 5
sind hier gleichzeitig Höhenlinien. Jede nachfolgende Schicht baut sich immer wieder
auf ebener Grundlage auf und erbringt, da mit gleicher Fadendichte über dem ganzen
Kucheuquerschnitt abgelegt wird, aufs neue eine ebene Auflage. Diese Kuchen können
deshalb wesentlich höher gehalten werden. Sie lassen sich dann auch noch einwandfrei
abziehen.
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Fig. 3 zeigt das Ablegeverfahren. Der endlose Faden 6 läuft aus der
nicht dargestellten Spinndüse über ebenfalls nicht dargestellte Verstreckungseinrichtungen
durch den Changierfadenführer 7, über eine mit Fadengeschwindigkeit umlaufende oder
als Voreilwalze dienende Umlenkwalze 8 und fällt von dort spannungsfrei auf das
darunter angeordnete, hier als Ablageteller 9 dargestellte Ablage gefäß, welches
sich um die Achse 10 mit gleichbleibender Drehzahl dreht. Hier wird der Faden nach
Vorschrift ge kringelt und in sich kreuzenden oder spiralförmigen Bahnen zu einem
ringförmigen Kuchen 11 abgelegt.
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Der Changierfadenführer 7 wird mit wechselnder Geschwindigkeit entsprechend
dem Pfeil an der Changierstange 12 hin- und herbewegt. Zu dem Zweck läuft ein Fühler
13, der mit der Changierstange 12 fest verbunden ist, in der Nut 14 einer Nutentrommel
15, welche um die Achse 16 mit konstanter Drehzahl rotiert.
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Der Verlauf der Nut 14 auf der Trommel 15 ist so festgelegt, daß
die Geschwindigkeit des Changierfadenführers7 jeweils umgekehrt proportional dem
Abstand des Fadenauflaufpunktes 17 von der Rotationsachse 10 des Ablage tellers
9 ist. Bezeichnet man wie oben mit ra und ri Außen-und Innenradius des Kuchens,
mit x den Hub der Changierung, von dem Innenrand 18 des Kuchens aus gerechnet (Fig.
2), mit L den Gesamthub der Changierung, als L = rari, und mit a den Drehwinkel
der Trommel 15, wobei a = O bei x = O, so ergibt sich für die Abwicklung der Nut
14 gemäß der Formel
die Steuerkurve für die Changierbewegung, wie sie in
Fig. 4 beispielsweise
für einen Gesamthub L = 110 mm und verschiedene Verhältnisse ra/ri dargestellt ist.
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Kurve 19 für ralri = 3 Kurve 20 für rairi = 3,75 Kurve 21 für ralri
= 5 An Stelle der Trommelnutenführung in Fig. 3 kann auch eine andere, z. B. eine
Nockenscheibensteuerung bekannter Art angewandt werden.
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Nach dem Verfahren kann auch derart gearbeitet werden, daß man den
Changierfadenführer 7 stillsetzt und an seiner Stelle den sich drehenden Ablageteller
9 mitsamt dem mehr oder weniger großen Ablagekuchen 11 zusätzlich translatorisch
bewegt, so daß seine Bewegung den Vorschriften für die Changierung entspricht.
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In den Fig. 5 und 6 sind zwei Ablegeschemas skizziert, die den Einfluß
Changierzabl zur Tellerdrehzahl verdeutlicl len.
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Fig. 5 zeigt eine Fadensteuerung mit relativ gegenüber der Changierzahl
um die Achse 16 kleiner Tellerdrehzahl um die Achse 10. Die Fadenstränge überschneiden
sich radial und ergeben einen außerordentlich haltbaren Kuchen.
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Fig. 6 zeigt ein spiralförmiges Ablegeschema, bei der die Tellerdrehzahl
um die Achse 10 gegenüber der Changierzahl um die Achse 16 relativ groß gewählt
wurde.
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Die Drehzahl des Ablagetellers 9 um die Achse 10 kann also unabhängig
von der Changierzahl, erzeugt durch die Drehung der Nutentrommel 15 um die Achse
16, beliebig
gewählt werden. Es ist nur darauf zu achten, daß sich die Umkehrpunkte
der Fa denablage am Innen- und Außenrand des Kuchens so über den gesamten Umfang
verteilen, daß Spiegelbildung verhindert wird.
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Die Kringelstärke wird durch Änderung des Verhältnisses von TeXler-
und Changierzahl zur Fadenzulaufgeschwindigkeit variiert. Wird letztere im Verhältnis
größer, so wird auch der Ablegestrang stärker gekringelt.