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Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln fortlaufend gesponnener Stränge
aus einem flexiblen Material, wie Glasfäden Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Aufwickeln fortlaufend gesponnener Stränge aus einem flexiblen Material, wie
Glasfäden, die mit Hilfe von Kurvenstücken in eine seitliche Hin- und Herbewegung
versetzt werden, in ein Strangwickelpaket auf einem rotierenden Wickelkern, sowie
eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
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Bekannte Vorrichtungen zum Aufwickeln kontinuierlicher Glasfädenstränge
mit hoher Geschwindigkeit weisen ein Paar entgegengesetzt spiralig geformter Kurvenbahnen
auf, durch die der Strang eine schraubenförmige Bahn erhält, wenn derselbe vor dem
Aufwickeln in ein Wickelpaket in Querrichtung verschoben wird. Die Kurvenbahnen
sind so auf einer Welle angeordnet, daß der kleine Durchmesser einer jeder Kurvenbahn
innerhalb des größeren Durchmessers der anderen Kurvenbahn liegt.
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Die inneren Enden der schraubenförmigen Kurvenbahnen überlappen einander,
so daß bei dem Umlaufen der Vorrichtung der Strang leicht von der einen auf die
andere Bahn übertragen wird.
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Das neuartige Verfahren kennzeichnet sich demgegenüber dadurch, daß
zwei Reihen von mehreren Kurvenstücken, die verschieden stark abgewickelt sind,
in die Bahn des Stranges gerückt werden, wobei die Einrückschritte zyklisch wiederholt
werden, bis eine Stranglage auf dem Wickelkern ausgebildet ist.
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Die zur Durchführung dieses Verfahrens in Anwendung kommende Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Querführung eine erste und zweite Reihe von
im Wickelabstand stehenden Kurvenstücken umfaßt, die sich von der Drehachse der
Querführung nach außen erstrecken, um den Strang längs des Kernes abwechselnd vorschreitend
und zurückschreitend zu bewegen, wobei die Kurvenstücke der ersten Reihe Strangberührungsflächen
besitzen, die in einem Winkel derart stehen, daß diese Reihe eine schraubenartige
Bahn zum Vorrücken des Stranges längs des Kernes erzeugt, und wobei die Kurvenstücke
der zweiten Reihe entgegengesetzt geformte Strangberührungsflächen besitzen, um
den Strang längs des Kernes zurückzuführen.
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Das neuartige Verfahren und die neuartige Vorrichtung können nicht
nur zum Aufwickeln von Strängen aus Glas, die aus einer Vielzahl Glasfäden bestehen,
angewandt werden, sondern erweisen sich ebenfalls für das Aufwickeln zahlreicher
anderer flexibler Materialien in Strangform als geeignet. Bei der Herstellung eines
kontinuierlichen Stranges aus einer Vielzahl feiner Glasfäden ist die lineare Aufnahmegeschwindigkeit
des Stranges auf dem Träger
größer als die lineare Austrittsgeschwindigkeit der Fäden
aus einer Spinndüse od. dgl., durch die die Fäden auf einen kleineren Durchmesser
ausgezogen werden. Bei der Herstellung von Strängen, die aus sehr dünnen Glasfäden
bestehen, liegt die Umlaufgeschwindigkeit des Wickelpaketes oftmals benachbart zu
einem kritischen Arbeitsbereich, bei dem es schwierig ist, immer stabile Wickelpakete
herzustellen, die frei von Verschlingungen sind, ohne daß hierbei der Strang verletzt
wird.
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Obgleich die Querführungsvorrichtung im allgemeinen mit einer geringeren
Geschwindigkeit als der Wickelträger arbeitet, führt die Arbeitsgeschwindigkeit
zusammen mit dem Aufbau der Vorrichtung oftmals zu einer Beschädigung der Fäden,
wie einem Abspalten oder Ausbrechen einzelner Fäden und Verfilzen des Stranges.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß überwunden, wobei hohe Arbeitsgeschwindigkeiten
erzielt werden. Das erfindungsgemäße aufgewickelte Strangmaterial läßt sich ebenfalls
unter Beaufschlagen einer gleichmäßigen Zugspannung wieder frei abwickeln. Mit der
neuartigen Vorrichtung gelingt es, einwandfrei Geschwindigkeiten von 20 000U/min
zu erzielen. Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht im verkleinerten Maßstab der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
F i g. 2 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht
der Wickelvorrichtung bei Betrachten der Vorrichtung nach F i g. 1 von der rechten
Seite aus; F i g. 3 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Strangführers;
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3; F i g. 5 ist eine Seitenansicht
einer abgewandelten Ausführungsform des Strangführers; F i g. 6 ist eine Seitenansicht
des Strangführers nach F i g. 5, in Blickrichtung von links aus; F i g. 7 ist eine
Seitenansicht eines Wickelpaketes, die schematisch die Art des Aufwickelns zeigt.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 werden Glasfäden aus einem Schmelztiegel
oder Behälter 10 herausgezogen. Dieser Tiegel oder Behälter besteht aus reinem Platin
oder einer Legierung aus Platin und einem hitze- und korrosionsbeständigen Metall
wie Rhodium oder einem geeigneten hitzebeständigen, keramischem Material. Der Tiegel
besitzt eine Anzahl von fadenbildenden Öffnungen in der Bodenwand, wie es in der
Technik allgemein bekannt ist, und zwar in irgendeinem üblichen Muster. Die Wärme
zum Schmelzen des Glases kann dem Tiegel elektrisch oder durch Verbrennung eines
flüssigen Brennstoffgemisches in einer den Tiegel umgebenden, thermisch isolierten
Kammer zugeführt werden.
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Wenn das Glas die gewünschte Ziehviskosität erreicht, sinken verhältnismäßig
dünne Glasströme 11 durch die Öffnungen und werden von Hand zu einem Strang 12 gesammelt,
der über die Fläche einer Führung 13 unterhalb des Tiegels 10 geführt wird. Der
Strang 12 wird dann über die Fläche einer ersten Querführungsvorrichtung 14 gelegt
und um den rohrförmigen Träger 15 geschlungen.
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Die Führung 13 kann die verschiedensten Formen, je nach der Art des
Stranges, annehmen. Die spezielle veranschaulichte Führung besitzt außerdem Mittel
zum Aufbringen eines Bindemittels, beispielsweise einer wäßrigen Stärkelösung, um
den Strang zusammenzuhalten. Das Bindemittel kann der Führung 13 durch eine Düse
16 oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung zugeführt werden. Die Führung besteht
aus einem feststehenden Grundkörper 17, üblicherweise aus Metall, der mit einem
absorptionsfähigen Material 18, wie Filz, zurn Verteilen des Bindemittels über die
Fläche der Fäden 11 an dem Sammelpunkt dient.
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Die erste Querführungsvorrichtung 14, die später noch im einzelnen
beschrieben wird, sitzt drehbar auf der Ausgangswelle 19 eines Motors 20, der auf
einer feststehenden Grundplatte ruht.
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Der rohrförmige Träger 15, der als Kern für ein einzelnes Wickelpaket
dient, ist als Drehkörper entfernbar auf einem Spanndorn gehalten, der seinerseits
durch die Ausgangswelle 22 eines zweiten Motors 23 gedreht wird.
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Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, liegen die Motorausgangswellen
19 und 22 vorzugsweise horizontal und parallel nahe nebeneinander. Der Motor 23
ruht auf einer Schiene 24, damit der Paketträger 15 in Richtung des Pfeiles 25 längs
seiner Achse hin-und herbewegt werden kann. Wenn der Paketträger 15 die mittlere
Lage zwischen den Enden seiner Hin-und Herbewegung einnimmt, durchsetzt der Strang
12 von der Führung 13 aus die Querführungsvorrichtung 14 und den rohrförmigen Paketträger
in einer etwa vertikalen Ebene. Da die Querführungsvorrich-
tung 14 den Strang 12
etwa 7,5 cm längs des Umfanges des Paketträgers 15 wandern läßt, wird durch die
Hin- und Herbewegung des Paketträgers in der oben beschriebenen Weise der ersten
Querführungsbewegung eine zweite Querführungsbewegung überlagert, welche die Spanne
der gesamten Querführung vergrößert und somt ein in der Mitte überhöhtes Wickelpaket
26 erzeugt, das auf einem Träger 15 mit einem Durchmesser von 20 cm eine Länge von
etwa 13 cm besitzt. Infolge der seitlichen Verschiebung des gesamten Pakets wird,
eher noch als durch die erste Querführung, die Hin- und Herbewegung des Stranges
12 mit Bezug auf die Führung 13 auf einem Minimum gehalten, so daß Reibungsverluste
am Strang minimal sind.
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Obwohl es nicht zwingend notwendig ist, den Paketträger 45 und die
Querführungsvorrichtung 14 in den in Fig. 2 gezeigten Richtungen anzuordnen und
zu drehen, wird es doch vorzugsweise so getan.
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Von den freien Enden her betrachtet, dreht sich die Querführungsvorrichtung
14 im Uhrzeigergegensinn, wie es durch den Pfeil 27 angedeutet ist. Die Uhrzeigergegensinn-Dreh
richtung der Querführungsvorrichtung 14 entspricht der Abwärtsbewegung des Stranges
12, so daß Abrieb und Auftrennung des Stranges durch die Querführungsvorrichtung
14 auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die Anordnung des Dornes 21 und die durch
diese Anordnung vorgegebene Drehrichtung ist gewählt, um die Paketträger leicht
auswechseln zu können. Die vorgelagerte Stellung des Domes 21 in den F i g. 1 und
2 ist günstiger als eine rückwärtige Stellung, welche eine Drehung im Uhrzeigergegensinn
notwendig machen würde.
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Ein Ausführungsbeispiel der ersten Querführungsvorrichtung 14 ist
in den F i g. 3 und 4 im einzelnen veranschaulicht. Diese Vorrichtung weist ein
Rad auf, das konzentrisch zur Ausgangswelle 19 des Motors 20 sitzt und an dieser
mit einem oder mehreren Sätzen von Schrauben 29, die in eine gleiche Anzahl von
Bohrungen 30 in der Wand einer Nabe 31 eingreifen, befestigt ist. Ein Ringflansch
32 ist in geeigneter Weise an der Nabe 31 befestigt, beispielsweise durch Schweißen,
und zwar konzentrisch zur Ausgangswelle 19. Eine Anzahl von Zugstangen 33 erstreckt
sich senkrecht zu der Fläche des Flansches 32, welche der Nabe 31 gegenüberliegt,
und zwar in gleichen Winkelabständen auf einem Radius, der etwa die Hälfte des Flanschradius
ist. Ein zweiter Flansch 34 ist in ähnlicher Beziehung an den anderen Enden der
Zugstangen 33 angeordnet, so daß die Flansche 32 und 34 mit Abstand parallel nebeneinanderstehen.
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Flachkopfschrauben 35 sind in entsprechend eingesenkte Löcher 36
in den Flanschen 32 und 34 von den äußeren Flächen her eingesetzt und in gebohrte
Löcher 37 an den Enden der Stangen 33 parallel zu deren Längsachse geschraubt. Bei
Drehung der Querführungsvorrichtung erzeugen die äußeren Flächen 38 der Stangen
33 einen kleinen Durchmesser, der konzentrisch zur Achse der Welle 19 liegt.
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Der erzeugte kleine Durchmesser bestimmt die Tiefe, bis zu welcher
der Strang 12 in die Querführungsvorrichtung 14 einzutreten vermag.
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Einzelne Kurvenstücke, hergestellt aus gebogenen Stangen, sind an
der Außenfläche 38 jeder Zugstange 33 angebracht und stehen in einem Winkel von
etwa 450 zur Drehachse. Sie enden an der
Innenfläche der Flansche
32 oder 34 genau an dem Umfang 39, so daß sich eine Strangberührungsfläche in radialer
Ausrichtung mit der entsprechenden Zugstange33 ergibt. Drei der Kurvenstücke, die
nacheinander den Strang in der Reihenfolge der Drehung berühren und die Bezugszeichen
40, 41 und 42 tragen, sind an der Innenseite des Flansches 32 in Höhe des großen
Durchmessers 39 angebracht und einzeln in Winkelausrichtung mit einer entsprechenden
Zugstange 33 in Abständen verbunden, die gleichmäßig über die Länge der Drehachse
verteilt sind, so daß die Strangberührungsflächen allmählich in Richtung auf den
gegenüberliegenden Flansch 34 mit regelmäßigen und gleichmäßig in Abstand liegenden
Intervallen vorrücken, wobei ein Teil jeder Kurvenstückfläche in der Nähe des kleinen
Durchmessers beim Drehen einen Teil der Fläche einer nachfolgenden Kurvenstückfläche
nahe dem größeren Durchmesser überlappt. Daher liegen die Strangberührungsflächen
der Kurvenstücke 40, 41 und 42 innerhalb eines 1200-Sektors, jedoch berührt bei
Drehung in der vorher angegebenen Richtung jedes Kurvenstück in der angegebenen
Reihenfolge den Strang über etwa 600 eines Bogens, um den Strang allmählich durch
wiederholte Berührung um etwa 2,5 cm nach rechts zu bewegen (F i g. 1 und 3) also
in einer Richtung weg von dem Flansch 32 und hin zu dem Flansch 34. Zusammen bewegen
die Kurvenstücke 40, 41 und 42 den Strang über etwa 7,5 cm.
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In einer zweiten Reihe von drei Kurvenstücken, entsprechend mit den
Bezugszeichen 43, 44 und 45 versehen, sind jeweils Duplikate der Kurvenstücke 40,
41 und 42 der ersten Reihe vorgesehen und an ihrem Ende mit den verbleibenden drei
Zugstangen 33 in ihrer Drehreihenfolge sowie mit der Innenfläche des Flansches 34
in Höhe des größeren Durchmessers 39 verbunden, wobei jedes Kurvenstück in Winkelausrichtung
mit der entsprechenden Zugstange 33 steht. Somit liegen die Kurvenstücke 43, 44
und 45 der zweiten Reihe in 1200-Sektor diametral gegenüber dem 12û°-Sektor, welche
die Kurvenstücke 40, 41 und 42 der ersten Reihe enthält, wobei die geneigten und
sich in Drehrichtung überlappenden Strangberührungsflächen gegenüber den Strangberührungsflächen
der ersten Reihe von Kurvenstücken liegen. Die Kurvenstücke 43, 44 und 45 der zweiten
Reihe bewegen den Strang 12 um etwa 7,5 cm nach links in der gleichen Weise, wie
die Kurvenstücke40, 41 und 42 der ersten Reihe den Strang um den gleichen Betrag
nach rechts bewegen.
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Mit anderen Worten verschieben, wie sich aus den F i g. 1 und 3 ergibt,
bei jeder Umdrehung der Querführungsvorrichtung 14 die Kurvenstücke 40, 41 und 42
die Bahn des Stranges 12 abwechselnd fortschreitend um 7,5 cm nach rechts und die
Kurvenstücke 43, 44 und 45 um 7,5 cm nach links, um eine Lage, bestehend aus einer
Reihe etwas schräg zur Umfangrichtung verlaufender Windungen 46 (F i g. 7), über
eine vorangehende Lage zu schichten, in welcher die Windungen in der entgegengesetzten
Richtung fortschreiten.
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Wenn die Querführungsvorrichtung 14, wie oben angegeben, in Verbindung
mit einem axial hin- und herbewegten Paketträger 15 benutzt wird, entsteht ein in
der Mitte überhöhtes Paket 26 (F i g. 7), bestehend aus einer Anzahl von Lagen,
die sich überlappen, wobei jede Lage aus aufeinanderfolgenden Windungen 46 des Stranges
12 besteht, welche eine
Schraubenlinie um den Träger 15 beschreiben.
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Durch Drehung des Paketträgers 15 mit einer Geschwindigkeit, die fünf-
bis achtmal größer ist als diejenige der Querführungsvorrichtung 14, überspannen
aufeinanderfolgende Windungen 46, die zusammen jeweils eine fortschreitend oder
rückschreitend gewickelte Lage bilden, etwas mehr als eine Hälfte der Länge des
Pakets. Bei dem genannten Verhältnis von 8 :1 beispielsweise besteht jede Lage aus
vier schraubenförmigen, im Abstand liegenden Windungen 46, wie es schematisch in
F i g. 7 veranschaulicht ist.
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Obgleich es vorteilhaft sein mag, die Anzahl der Kurvenstücke innerhalb
der geraden Zahlen für andere Größen und Arten der Pakete zu ändern, wurde durch
Versuche gefunden, daß für das beschriebene Paket sechs Kurvenstücke die besten
Ergebnisse bringen.
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Eine abgewandelte Form der ersten Querführungsvorrichtung ist in
den F i g. 5 und 6 veranschaulicht.
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Sie ist mit dem Bezugszeichen 47 bezeichnet. Diese Ausführungsform
der Erfindung ist ähnlich derKonstruktion nach den Fig. 3 und 5. Der Hauptunterschied
liegt in der Verminderung der Durchmesser der Flansche, wodurch sich eine beträchtliche
Massenverminderung ergibt. Dieses Merkmal ist insbesondere vorteilhaft, wenn innerhalb
der oberen Geschwindigkeitsbereiche gearbeitet wird.
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Die Querführungsvorrichtung 47 umfaßt eine längliche Nabe 48, die
aus einem Rohr 49 mit konzentrischen Endflanschen 50 und 51 besteht, die nur etwas
größer im Durchmesser sind als das Rohr 49.
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Die Bohrung 52 des Rohres erstreckt sich durch die Flansche 50 und
51 und nimmt die Welle 19 des Motors 20 auf, an der sie mit Hilfe einer oder mehrerer
Sätze von Schrauben 53 befestigt ist, die in eine entsprechende Zahl von Bohrungen
54 in der Wand des Flansches 50 eingeschraubt sind.
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Wie bei der Ausführungsform der Erfindung in den F i g. 3 und 4 sind
zwei Reihen aus jeweils drei Kurvenstücken vorgesehen, die jeweils mit einem Winkelabstand
von 600 um die Nabe 48 angeordnet sind, wobei die Kurvenstücke jeder Reihe den Kurvenstücken
der anderen Reihe gegenüberliegen. In der Reihenfolge, in der die Kurvenstücke nacheinander
den Strang 12 berühren, umfaßt die erste Reihe die Kurvenstücke 55, 56 und 57 und
die zweite Reihe die Kurvenstücke 58, 59 und 60. In gleicher Weise, wie es mit Bezug
auf die Ausführungsform der Erfindung in den Fig.3 und 4 beschrieben wurde, weist
jedes der Kurvenstücke in aufsteigender numerischer Folge eine Strangberührungsfläche
61,62, 63, 64, 65 und 66 auf, die einzeln in jeder Hinsicht den Kurvenstücken 40,
41, 42, 43, 44 und 45 der F i g. 3 und 4 entsprechen. Mit anderen Worten, die Strangberührungs-Kurvenstückflächen
der beiden Ausführungsbeispiele der Erfindung nach den F i g. 3 und 4 einerseits
und 5 und 6 andererseits haben eine identische Lage zu der Drehachse der Querführungsvorrichtung
und bewegen beide den Strang 12 entlang des Umfangs des Paketträgers 15 um einen
gleichen Abstand abwechselnd nach vorwärts und rückwärts.
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Des weiteren erzeugt derjenige Teil der Kurvenstückflächen, der von
der Achse der Nabe 48 entfernt liegt, einen größeren Durchmesser, während die Kurvenstückflächen
nahe der Achse der Nabe 48 einen kleineren Durchmesser erzeugen, entsprechend den
größeren und kleineren Durchmessern, welche
durch die Kurvenstückflächen
der F i g. 3 und 4 gegeben sind.
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Die radial äußeren Enden der Kurvenstücke 55, 56 und 57 der ersten
Reihe sind durch Schenkel 67, 68 und 69 verlängert, die parallel zur Achse der Nabe
48 verlaufen und dann rechtwinklig abgebogen sind, um in Blindlöcher70, 71 und 72
einzutreten, die am Umfang der Flansche mit 600-Abständen vorgesehen sind.
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Die gegenüberliegenden Enden der Kurvenstücke 55 56 und 57 der ersten
Reihe sind von dem kleineren Durchmesser durch Schenkel 73, 74 und 75 verlängert,
welche den Umfang des Rohres 49 kontaktieren und in Löchern 76, 77 und 78 enden,
die in den Flansch 51 von der Fläche her eindringen und in einem Winkel zu den Blindlöchern
70, 71 und 72 stehen. Die Kurvenstücke sind durch Löten befestigt.
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Die Kurvenstücke 58, 59 und 60 der zweiten Reihe sind in ihrer Gestalt
den Kurvenstücken 55, 56 und 57 der ersten Reihe identisch, aber umgekehrt, so daß
die Strangberührungsflächen der zwei Reihen entgegengesetzt geneigt sind. Die Enden
größeren Durchmessers der Kurvenstücke 58, 59 und 60 der zweiten Reihe sind durch
Schenkel 79, 80 und 81 verlängert, die parallel zu der Achse der Nabe verlaufen
und dann rechtwinklig abgebogen sind, um in Blindlöchern 82, 83 und 84 zu enden,
die am Umfang des Flansches 61 im Abstand von 600 vorgesehen sind. Die Löcher 82,
83 und 84 liegen diametral gegenüber den Blindlöchern 70, 71 und 72.
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Die anderen Enden der Kurvenstücke 58, 59 und 60 der zweiten Reihe
sind ebenfalls durch Schenkel 85, 86 und 87 verlängert, welche den Umfang des Rohres
49 berühren, wobei jeder Schenkel in einem Loch 88, 89 oder 90 endet, das von der
Fläche her in den Flansch 50 an Punkten eindringt, die diametral gegenüber den Löchern
76, 77 und 78 liegen.
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Die Kurvenstücke 58, 59 und 60 sind an der Nabe ebenfalls durch Löten
befestigt.
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Setzt man die abgewandelte Querführungsvorrichtung 47 an die Stelle
der Querführungsvorrichtung 14, so ändert sich die Art des Pakets 26 oder die Art
der Wicklung nicht. Gleichgültig, welches Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt
wird, verschiebt sich die Bahn des Stranges 12 abwechselnd um 7,5 cm nach rechts
und nach links, wenn man F i g. 1 betrachtet, und bei einer Hin- und Herbewegung
des Paketträgers 15 wird das zuvor beschriebene Paket 26 erzeugt.
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Es ist dem Fachmann klar, daß die Art der Wicklung gegenüber dem
beschriebenen Beispiel geändert werden kann, in welchem der Paketträger mit einer
achtmal größeren Geschwindigkeit als die Querführungsvorrichtung 14 gedreht wurde.
Beispielsweise kann man durch Steigern der Drehzahl des Trägers mit Bezug auf die
Drehzahl der Querführungsvorrichtung 14 die Zahl der Windungen 46 in jeder Lage
proportional steigern und den Steigungswinkel der aufeinanderfolgenden Windungen
46 proportional senken. Umgekehrt kann durch Minderung der Drehzahl des Trägers
mit Bezug auf die Drehzahl der Querführungsvorrichtung 14 die Zahl der Windungen
46 in jeder Lage proportional gesenkt und der Steigungswinkel aufeinanderfolgender
Windungen proportional gesteigert werden.