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"Verfahren und Vorrichtung zum Auf- und Abspulen von faden- bzw. bandartig
gestreckten Werkstoffen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf-und Abspulen
von faden- bzw. bandartig gestreckten Werkstoffen wie Fäden, Garnen, Bändern, Feindrähten,
MetalLplatten oder dgl., aus den verschiedensten Materialien; ferner betrifft die
Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Garne aus Textil- und Kunstfasern, Feindrähte aus verschiedenen Werkstoffen,
rund oder geplättet, Folienbänder aus Kunststoff oder anderen Werkstoffen, Metallplätten
oder dgl. werden üblicherweise auf Spulen bevorratet und von dort weiter verarbeitet,
Von einer solchen Bevorratung ist zu fordern, daß sie die Weiterverarbeitung der
genannten Werkstoffe nicht behindert, insbesondere Stockungen des Werkstofflusses
oder Werkstoffbrüche vermeidet Es hat sich gezeigt, daß die genannten Werkstoff,
insbesondere als Flachmaterial 9 das sind in Fadenquerrichtung breite Werkstoffe,
das Bestreben haben zu häufeln111 dah. an diesen einer oder mehrerer Stellen der
axialen Erstreckung der Spule nach oben zu laufen, derart, daß der auf einer
Vorratsspule
befindliche Werkstoff über die Breite der Vorratsspule Berge und Täler bildet, also
ungleichmäßig verteilt ist. Infolge dieser bislang unvermeidbaren Brscheinung kommt
es häufig zu einem Verrutschen von Werkstoffwindungen. auf der Vorratsspule, wobei
die zu einem Berg aufgehäuften Windungen leicht in ein benachbart es Tal rutschen
und dort später angebrachte Windungen überdecken können, was dann beim Abspulen
zu erheblichen Störungen führt.
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Eine andere nachteilige Erscheinung tritt häufig bei Verwendung von
Vorratsspulen mit Randscheiben, die eine zur Spulenachse senkrechte Innenfläche
aufweisen, insbesondere bei ungenauer Fadenumkehr auf. hier entsteht benachbart
der Randscheiben ein Werkstoffberg, wenn die Fadenumlcehr etwas zu spät erfolgt;
erfolgt sie zu früh, dann entsteht benachbart der entsprechenden Randscheiben jeweils
eine Lücke; erfolgt sie genau an der Randscheibe, dann kann der Faden dort eingeklemmt
werden. In allen diesen Fällen kommt es dann beim Ablauf des Werkstoffadens zu Hemmungen,
die häufig zu Werkstoffbruch führen.
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Beim Auf- und Abspulen von Folienbändern und teilweise auch von empfindlichen
Garnen und Metallplätten hat man die oben genannten Nachteile dadurch zu vermeiden
versucht, daß man die Randscheiben der Vorratsspulen nach innen kegelig verlaufend
ausgebildet hat. Diese Maßnahme konnte zwar die häufigkeit des Auftretens der unerwünschten
Hemmungen bei der FadenuSgehr, wenn auch nicht im gewünscfiten Umfang., reduzieren;
aber auch diese Vorratsspulen waren ungeeignet1 des beim Auf- und Ahspulen,insbesondere
breiterererkstoffbänder auftretende "Häufeln" "Häufeln" zu beheben.
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Schließlich hat man beim Auf- und Abspulen von Metallplätten versucht,
die Erscheinung des Häufelns durch die Verwendung von ogenannt en Fac ett ensulrädern,
welche als Führungsräder einer Vorratsspule vorgelagert sind, zu vermeiden. Diese
Räder bestehen im wesentlichen aus zwei mit ihren Schmalseiten aneinanderstoßend
gehaltenen zentrisch lau£enden kegelförmigen Scheiben (Neilscheibe), wobei ein oder
beide Kegel, also die Seitenflanken der Führungsrinne, mit Flächen oder sogenannten
Facetten verseilen sind.
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Bei solchen Facettenaufspulrädern die vor der Vorratsspule mit zu
deren Drehachse scliräg geneigter Drehachse hin- und herbewegt werden, wird der
Werkstoffaden schräg über eine Kegelfläche dieser Scheiben abgezogen, wobei die
Flächen (Facetten) den gleichmäßigen Ablauf des Werkstoffadens stören und diesen
durch Reibung in Schwingungen versetzen, d.h.
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also am Faden greifen während des Spulvorgangb ungleichmäßig große
Zugkräfte an.
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Die Praxis hat gezeigt, daß auch solche Facettenspulräder die Erscheinung
des Häufelns nicht im gewünschten Umfang vermeiden können, da diese hauptsächlich
ein Zupfen am Werkstoffaden in Umfangsrich tung der Vorratsspule bewirken, was bei
vielen Werkstoffen, insbesondere bei bandartigen Werkstoffen nicht zum gewünschten
Ergebnis, nämlich einer Vermeidung des Iläufelns führt.
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Darüberhinaus haben diese Facettenspulräder den großen Nachteil,
daß die zu verarbeitenden Werkstoffe, die häufig eine Bruchgrenze von nur wenigen
Gramm aufweisen, über die Kegelscheibenkante abgezogen werden müssen, O daß bereits
bei einer vollen Vorratsspule dort ein Knick im Werkstoff auftritt. Dieser Knick
vergrößert
sich bei sich entleerender Vorratsspule zunehmend, so daß beim Abspulen, aber auch
beim Aufspulen die Gefahr von Materialbrüchen groß ist, wodurch für viele Anwendungsfälle
die technische Eignung solcher Facettenspulräder infrage gestellt ist.
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Der vorliegenden Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Auf- und Abspulen von faden- bzw. bandartig gestreckten Werkstoffen zu schaffen,
welches ein störungsfreies, flüssiges Auf- und Abspulen solcher Werkstoffe auf bzw.
von Vorratsspulen auch bei bandartigen Werkstoffen ermöglicht, ein "Häufeln" praktisch
vollkommen vermeidet und Materialbrüche beim Spulvorgang verhinert. Die Erfindung
will ferner Vorrichtungen schaffen, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet
sind.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe an einem Verfahren der eingangs
erwähnten Art dadurch, daß der Werkstoff während des Spulvorgangs in Schwingungen
versetzt wird, die mindestens eine bezüglich der Vorratsspule axiale Schwingungskomponente
enthalten.
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Gerade diese axiale Schwingungskomponente gemäß dem Vorschlag der
Erfindung bewirkt, daß ein Häufeln des Werkstoffs weder an einer Stelle der Spulenmitte
noch benachbart den Randscheiben auftritt und verhindert somit auch ein.Festklemmen
des Werkstoffes insbesondere im Bereich der Randscheiben. Durch die sehr wesentliche
axiale Schwingungskomponente wird der Werkstoffaden mit einer leichten Wellung in
Achsrichtung der Vorratsspule um diese herumgeschlungen, wobei die Umfangsfläche
des auf der Vorratsspule aufgewickelten Materials vollkommen glatt bleibt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
welche eine Vorratsspule und ein dieser vorgeschaltetes, parallel zur Achse der
Vorratsspule mit einem etwa der Breite der Vorratsspule entsprechenden Hub hin-
und herbewegtes Führungsrad umfaßt, wobei die Achse des Führungsrads zur Achse der
Vorratsspule parallel ist und wobei die Randscheiben des Führungsrads an ihren spuleninneren
Seiten jeweils kegelig ausgebildete Seitenflächen aufweisen, ist nach einem erfindungsgemäßen
Vorschlag dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrad zum Ubertragen der Schwingungen
auf den Werkstoff geeignet ausgebildet und/oder gelagert ist.
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Hierzu schlagt die Erfindung vor, daß die inneren Seitenflächen miteinander
oder mit dem Grund Ues Führungsrads Verschneidungskanten bilden, die gegenüber einer
zur Drehachse senkrechten Ebene schräg verlaufen, derart, daß bei Drehung des Führungsrads
die zwischen den inneren Seitenflächen gebildete Führungsrinne für den Werkstoff
eine taumelnde Bewegung durchführt.
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Dieser Vorschlag kann praktisch dadurch verwirklicht sein, daß das
Führungsrad in an sich bekannter Weise als Keilscheibe ausgebildet ist, jedoch eine
schräge Bohrung zur Aufnahme der Drehachse aufweist oder dadurch, daß das Führungsrad
aus einem Scheibenkörper mit axialer Mittelbohrung besteht, der eine längs einer
zur Radialebene schrägen Bahn umlaufende Führungsrinne aufweist.
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Eine weitere Vorrichtung-zum Erzeugen der' gewünschteW chwingungsform
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahr'en'umfaßt ein Filhrungsrad, bei welchem die
aus.
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den inneren Seitenflächen der Randscheiben und den
Spulengrund
gebildete Führungsrinne in UirIfangsric,h tung wellen- bzw. zickzackförmig verläuft.
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Ein weiterer Vorschlag der Erfindung besteht darin, daß das Führungsrad
an einer festen Welle taumelnd gelagert ist, wobei der Taumelschlag verstellbar
einstellbar sein kanne Schließlich läßt sich nach einem weite .- Vorschlag der Erfindung
eine radiale Schwingungslsomponente auf den aufzuspulenden bzw. abzuspulenden Werkstoffaden
noch dadurch übertragen, daß das Führungsrad an einer pendelnd gelagerten Welle
drehbar befestigt ist, wobei die Pendelbewegung in einer bebezüglich der Vorratsspule
axialen Ebene oder einer zu dieser Ebene schrägen Ebene abläuft.
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Eine ganz besonders vorteilhafte Ausgesçaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht ,darin, daß das Führungsrad mindestens am Grund der Führungsrinne
eine mit flächen- oder nockenartigen Vorsprüngen versehene Oberfläche aufweist.
Zahlreiche Versuche haben zu dem überraschenden Ergebnis geführt, daß gerade in
der Kombination einer zur Achse des Führungsrads schräg verlaufenden Führungsrinne
bzw. eines in Art einer Taumelscheibe ausgebildeten Führungsrads mit solchen Nocken
oder Flächen am Grund der Führungsrinne eine besonders vollkommene Lösung der erfindungsgemäßen
Aufgabe, erzielbar ist. Bei dieser Ausführungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Lehre des erfindungsgemäßen Verfahrens in vorteilhaftr Weise verwirklicht,
wobei die auf den Werkstoffaden übertragene Schwingung eine Überlagerungssohwingung
darstellt, die eine bezüglich der Vorratsspule axiale Schwingungskomponente enthält
und die unter anderem
auch eine ltadiiscllwingung des Werkstoffadens
enthält.
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Ähnlich vorteilhafte Wirkungen lassen sich gemäß weiteren Vorsclllagen
der Erfindung dadurch erzielen, daß zusätzlich zum Grund der Führungsrinne auch
die spuleninneren Seitenflächen der Randscheiben in an sich bekannter Weise mit
flächen- oder mit nockenartigen Vorsprüngen versehen sind, und dadurch, daß das
Führungsrad eine exzentrische Bohrung zur Aufnahme der Drehachse aufweist.
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Selbstverständlich eignen sich' auch Kombinationen der für sich bereits
vorteilhaften erfindungsgemäßen Merkmale zum Lösen der Aufgabe der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der oben
genannten Vorschläge ermöglicht ein geradliniges Abziehen des Werkstoffadens vom
Grund der Führungsrinne des Führungsrads und vermeidet somit Knickungen des Werkstoffs,
unabhängig davon, ob die Vorratsspule voll oder leer ist. Ein solches geradliniges
Abziehen hat außerdem den Vorteil, daß der Spulvorgang mit großer Geschwindigkeit
durchführbar ist.
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Infolge der axialen Komponente der Werkstoffschwingung legt sich
der Werkstoffaden nicht mehr in radialen Kreisen um die Vorratsspule, sondern beschreibt
Schlangenlinien mit in Achsrichtung der Vorratsspule weisenden Amplituden; dadurch
kann ein Hochlaufen des Werkstoffadens (Häufeln) nicht mehr vorkommen; der Werkstoff
wird vielmehr gleichmäßig über die Spulenbreite verteilt und kann auch an den Randscheiben
nicht mehr festklemmen, da er dessen Oberfläche allenfalls nurmehr punktförmig berührt.
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Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht noch darin,
daß das Führungsrad durch eine der Vorratsspule vorgelagerte, den Werkstoff mindestens
seitlich umfassende in einer zur Spulrichtung senkrechten Ebene oder einer zu dieser
Ebene schrägen Ebene schwingende Führung, z.B. eine Führungsgabel oder eine Führungsdüse,
ersetzt wird.
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Diese Führung kann um einen Punkt, beispielsweise in einer Ebene,
pendelnd gelagert sein, sie kann aber auch eine Überlagerungsbewegung durchführen,
beispielsweise dadurch, daß sie an zwei oder mehreren, gelenkig miteinander verbundenen,
jeweils eine pendelnde Bewegung durchführenden-Hebeln befestigt ist.
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Einige.Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung
dargestellt;"die einzelnen Figuren zeigen: Fig. 1 ein Führungsrad in der Profilansicht,
Fig. la das Führungsrad gemäß Fig 1 in, Zusammenwirkung mit einer Vorratsspule,
jeweils in der Seitenansicht, Fig. 2 eine andere Ausführungsform des.
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Führungsrads mit Taumellagerung, Fig. 3 - 5 weitere Varianten von
Führungsradern, jeweils in der Profilansicht, Fig. 6 eine pendelnd gelagerte Führungsgabel,
Fig. 7 ein pendelnd gelagertes Führungsrad, Fig. 8 ein exzentrisch gelagertes Führungsrad,
Fig. 9 u.lO- jeweils ein Führungsrad mit besonders geformtem Grund der Führungsrinne,
Fig. 11 eine Führungsgabel mit einer anderen Lagerung.
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DAS in Fg. 1 gezeigte Führungsrad 1 (Keilscheibe) besteht aus zwei
Kegeischeiben la und lb, welche gleichzeitig die Randscheiben der Spule bilden.
Die Führungsrinne für den Werkstoffaden ist durch die inneren Seitenflächen lc und
ldund dem Grund le des Führungsrads gebildet. Beide Scheiben sind mit ihrem kleineren
Durchmesser miteinander, z.B. einteilig Sverbunden und besitzen eine zur Symmetrie-Ebene
der Scheiben schräge Mittelbohrung. Ein auf ein solches Führungsrad aufgewickelter
Werkstoffaden erfährt durch die Kegelflächen in zeitlicher Aufeinanderfolge verschieden
große seitliche Ablenkkräfte, derart, daß, der zu-bzw'. ablaufende Faden in bezüglich
der Vorratsspule axiale Schwingungen versetzt wird.
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In Fig. la sind das Führungsrad 1 und eine Vor-.
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ratsspule 2 in der Seitenansicht dargestellt. Bei leerer Vorratsspule
nimmt der Werkstoffaden 3 die Lage 3b,. bei voller Vorratsspule die Lage 3a ein.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein'Führungsrad 4 mit verstellbar
einstellbarer Taumellagerung. Je nach Größe des eingestellten Taumelschlags bewirken
die Kegelflächen der Kegelscheiben 4a und 4b in der gleichen Weise wie in Fig. 1
beschrieben, ein mehr oder weniger starkes seitliches Versetzen des Werkstoffadens.
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Fig. 3 zeigt ein zentrisch gelagertes Führungsrad oder Flatterrad
5, das aus Kegelflächen zusammengesetzt ist, wobei die Verschneidungskante bzw.
der Grund der Führungsrinne 6 einen zur ' Radachse schräg liegenden Kreis bildet,
dho din zwischen den Seitenflächen 5@ und 5d der Randscheiben 5a und 5b gebildete
Fu'hrungsrinne umläuft den Körper des Führungsrads längs einer zur Radialebene schrägen
Bahn. Ähnliche Führungsräder
7 und 8 sind auch in den Fig. 4 und
5 dargestellt, wobei hier die Verschneidungskanten sich aus jeweils mehreren zur
Radialebene des Radkörpers abwechselnd schräg geneigten Kreis stücken zusammensetzen.
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Die in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung
zeigen jeweils Führungsauch räder, die geeignet sind, den Werkstoffaden/in bezüglich
der Vorratsspule radiale Schwingungen zu versetzen. Dies gesch.ieht beim F.ührungsrad
9, gemäß Fig. 8, dadurch, daß die Bohrung 10 exzentrisch angeordnet ist beim Führungsrad
11, gemäß Fig. 9,, dadurch, daß dieses zwar eine- zentrische Bohrung besitzt, der
Grund der Führungsrinne jedoch mehrere Flächen 13 bzw. nockenartige Aussprünge 12
am Umfang aufweist.Dadurch ontstehen am Grund in Radialrichtung vorspringende Kanten
14, welche beim Drehen des Führungsrads auf den Werkstoffaden plötzliche Zugkraftänderungen
ausüben, so daß dieser in Längs- und bezüglich der Vorratsspule in Radialschwingungen
versetzt wird. Dasselbe gilt für darin Fig. 10 gezeigte Führungsrad 15, dessen Grund
mehr oder weniger unregelmäßige Flächen 16 bzw. Nocken 17 aufweist.
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In Fig. 7 ist ein gewöhnliches, aus zentrischen Kegelscheiben zusammengesetztes
Führungsrad (Keilscheibe) 18 dargestellt, das an einem Hebel 19 um einen Punkt 20
in Richtung des Pfeils P pendelnd gelagert ist. Durch geeignete Steuerung er Pendelbewegung
gelingt es ohne weiteres, den auf dem Fiihrungsrad geführten Werkstoffaden in geeigneter
Weise in seitliche Schwingungen zu versetzen.
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Bei den in den Fig, 6 und 11 gezeigten Åusfuhrungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist auf
ein Führungsrad vollkommen verzichtet worden;
Hier ist der Vorratsspule eineFührungsgabel 21 bzw. 21a vorgeschaltet, durch deren
Zinken der Werkstoffaden hindurchläuft. Gemaß Fig. 6 ist die Führungsgabel 21 am
oberen Ende eines Hebels 22 befestigt, welcher um einen Punkt 23 in Richtung des
Doppelpfeils p pendelnd gelagert ist. Die Führungsgabel 21a gemäß Fig. 11 ist am
oberen Ende des Hebels 24 befestigt, der über ein Gelenk 25 mit dem Hebel 26 verbunden
ist.
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Sowohl der Iiebel 24 als auch der hebel 26 führen jeweils eine Pendelbewegung
in Richtung der Doppelpfeile F bzw. f aus. Während die Führungsgabel 21 gemäß Fig.6
auf den Werkstoffaden lediglich eine bezüglich der Vorratsspule axiale Schwingung
übertragen kann, schwingt die Gabel 21a (Fig. li) auch in bezüglich der Vorratsspule
radialer Richtung, so daß die auf den Werkstofffaden übertragene Schwingung ein-e
Überlagerung aus axialen und radialen Schwingungskomponenten darstellt.
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Selbstverständlich können die Führungsgabeln 21 und 21a rauch durch
andere Führungselemente,wi beispielsweise Führungsdüsen,ersetzt sein.
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- Patentansprüche -