DE2056267A1 - Vorrichtung zum Drehen und Auf wickeln von Garnen oder Faden - Google Patents

Description

BR. I. WESSElY

. PATENTANWALT
MÖNCHEN 19
MONTENSTRASSE9/I

Arthur D. little, Inc., Cambridge,Mass./USA

Vorrichtung zum Drehen und Aufwickeln von Garnen oder laden

Die vorliegende Erfindung betrifft die Garn- oder Fadendrehung und insbesondere ein Syeiem zur Herstellung von gedrehtem Garn aus synthetischen Fasern.

Es ist bekannt, dass bei der Überführung von Fäden entweder begrenzter Längen (d.h. Stapelform)'oder Endlosfäden, in Garn es aus einer Reihe bekannter Gründe erwünscht ist, dem Garn eine Drehung, entweder eine falsche oder eine reale, zu erteilen. Es gibt eine Reihe von Systemen, die Garnen eine reale oder eine falsche Drehung erteilen, doch sind einige nicht für das Spinnen von Garnen, die direkt aus einem Endlosfaden-Extrudierprozess erhalten werden, geeignet.

Der Ausdruck "Spinnen", wie er hier im Zusammenhang mit der Bildung von Synthesefäden angewendet wird, wird allgemein in der Industrie zur Bezeichnung der chemischen Überführung einer Flüssigkeit oder Schmelze in einen oder mehrere Endloseinzelfäden verwendet. Dieser Gebrauch sollte von dem Verfahren unterschieden werden, das auch als Spinnen bekannt ist, bei welchem Stapelmaterial mechanisch in Garn übergeführt wird, insbesondere bei Baumwolle, Kammgarn und anderen natürlichen Fasern.

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Um Garnen eine Drehung zu erteilen, wurde bisher die sogenannte Doppeldrahtzwirnmaschine verwendet, bei der eine Wickelspule auf einer angetriebenen Spindel angeordnet ist. Die Spule wird abgewickelt, indem das Garn von der Spule durch das obere Ende der Seele der Spindel geführt und aus dem unteren Ende der Spindel durch ein Rohr herausgeführt wird, das sich im rechten Winkel zu der Spindel erstreckt. Das aus diesem Rohr auslaufende Garn wird dann durch eine Sauschwänzchen-Führung, die oberhalb der Spindel angeordnet ist, geführt. Bei diesem System wird im Betrieb ein Fadenballon um die Spindel gebildet, der die Spule vollständig einhüllt. Da diese Zwirnspindel Drehung nur dann erteilt, wenn sich die Garnspule abwickelt, ist sie zur Verwendung bei Garn, das direkt von dem Extruder kommt, nicht geeignet.

Bisher werden üblicherweise "Ring-Läufer"-Systeme verwendet, bei welchen Garn in statt aus einer Sauschwänzchen-Führung geführt wird und dann zu einem Läufer, der an einem beweglichen Ring angeordnet ist. Der Ring ist koaxial drehbar um eine angetriebene Spindel angeordnet, und das Garn wird von dem Läufer zu einer Spule auf der Spindel geführt. Der Ring kann längs der Achse der Spindel bewegt werden, und es kann daher, wenn sich die Spindel dreht, ein konischer Garnwickel auf der Spule gebildet werden. Durch Einstellung der Drehzahl der Spindel gegenüber der Geschwindigkeit, mit der man das Garn durch die Sauschwänzchen-Führung einführt, kann dem Garn Drehung erteilt werden, wobei das Maximum jedoch eine Drehung je volle Umdrehung um die Spindel ist.

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und Systems, um einem Garn eine echte Drehung zu erteilen. Weitere Ziele sind die Schaffung eines derartigen Systems, bei welchem ein hoher Grad an Drehung erteilt wird, die Schaffung eines Systems, das bei einem kontinuierlichen Garnspinnverfahren besonders brauchbar ist, wie es bei einem kontinuierlichen Faden-Extrudierverfahren erforderlich ist, die Schaffung eines Systems, das mit sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten kann, so dass grosse Garnlängen je Zeiteinheit verar-

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beitet werden können, und die Schaffung eines solchen Systems, das einfach, leicht zu "betreiben und billig herzustellen ist.

Andere Ziele der Erfindung sind zum Teil offensichtlich und zum Teil aus den nachfolgenden Ausführungen ersichtlich. Die Erfindung betrifft die Verfahren einschliesslich der verschiedenen Stufen, und die Beziehung und Reihenfolge von einer oder mehreren solchen Stufen bezüglich jeder der anderen, sowie die Merkmale, Eigenschaften und Beziehungen von Elementen zueinander, wie es im folgenden beschrieben wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehbare Spindel, um die Garn gewickelt wird, wobei die Spindel um eine vertikale Achse gedreht wird. Ferner ist ein Spulenhalter vorgesehen, der sich um die gleiche Achse drehen kann, und ein Läufer, der sich um die gleiche Achse dreht, wobei sich diese Teile unabhängig von der Spindel und voneinander drehen können.

Der Ausdruck "Drehung" bedeutet, dass einer Garnlänge eine Kraft erteilt wurde, die die Garnfaser zwingt, sich längs zumindest einer vollen (d.h. 360°) Windung um die Längsachse des Garns zu legen. Eine falsche Drehung ist eine solche, bei der eine räumlich periodische Umkehr der Drehungsrichtung vorhanden ist. Eine an eine Garnlänge, die eine solche Drehungsumkehr aufweist, angelegte Spannung dreht das Garn auf. Ein echt gedrehtes Garn kann nicht so aufgedreht werden, da die Drehung kontinuierlich in der gleichen Richtung verläuft.

Es ist eine Anzahl von Vorrichtungen, wie beispielsweise Ringspindeln, bekannt, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden. Solche Systeme sind besonders gut zur Herstellung von echt gedrehten Garnen geeignet. Die bekannten Ring-Läufer-Systeme erteilen, wie die erfindungsgemässe Vorrichtung, einem Garn eine echte Drehung von etwa 360° für jede 36O°-Drehung des Läufers. Die Drehungsrate (ΧΊ) ist der Drehzahl (N.) (Umdrehungen je Zeiteinheit) des Läufers gleich oder

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Man kann die Wickelrate (<jJ) als die Geschwindigkeit definieren, mit der das Garn um einen vollen Umfang der Spindel gewickelt wird, d.h. Drehung pro Zeiteinheit, oder als Verhältnis der linearen Geschwindigkeit (V) des Garns zu dem Umfang der Spindel. Die Wickelrate kann auch als Unterschied zwischen der Drehzahl (N_a) der Spindel und der Drehzahl (N₊) des Läufers definiert werden. Diese Beziehungen ergeben:

(2) Lu = J^₅ = N - N.

worin D_e der Durchmesser der Spindel oder effektive Durchmesser der Spule an der Anlagestelle ist. Wenn man nun Drehung in Termen von Drehung je Wicklung (T), beispielsweise Drehung je Zoll Garn (t), multipliziert mit dem Spindelumfang, definiert, dann kann die Gleichung 2 geschrieben werden als:

(•3) T = t9TD_s

Drehung je Wicklung kann auch als das Verhältnis der Drehungs~ rate zur Wickelrate oder

(4) T

" OJ

definiert werden. Durch Einführung der Gleichungen 1 und 2 in die Gleichung 4 erhält man

(5) T = N_t / (N_s-N_t)
Durch Umordnung erhält man die folgenden Beziehungen:

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Wenn man nun UJ und T graphisch gegen ΪΓ+/Ν_Β aufträgt, ist ersichtlich, dass T asymptotisch zu T = -1 und Κ"./Ν_ = +1 ist. Dies bedeutet, dass T am grössten ist, wenn N^/Ng sich Eins nähert. Wenn N^/Ng viel grosser oder viel kleiner als Eins ist, erreicht !D eine Drehung je Wicklung als Grenze. Wenn T einen Maximalwert erreicht, erreicht dann ^/N₈, ein Maß für die Produktionsgeschwindigkeit, Null. Dies zeigt, dass bei dem bisherigen Ring-Läufer-System bei einer vorgegebenen Spindeldrehzahl ein Kompromiss zwischen der Produktionsrate und dem dem Garn erteilten Drehungsgrad vorgenommen werden muss.

Hohe Drehung bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten erfordern hohe Spindeldrehzahlen. Die bisherigen Vorrichtungen können 0,8 Drehungen je Zoll unter Verwendung einer Spindel mit einem Durchmesser von 2,5 Zoll mit einer Drehzahl von 12000 U/min als eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erzielen. Durch die Erfindung kann eine Drehung je Zoll f1ir eine Produktionsgeschwindigkeit in Yard/min, die mit den bisherigen vergleichbar ist, mit. beträchtlich geringerer Spindeldrehzahl oder eine beträchtlich grössere Produktionsgeschwindigkeit bei den höchsten Spindeldrehzahlen der bisherigen Vorrichtungen mit einer vergleichbaren Drehung je Zoll erreicht werden.

Erfindungsgemäss wird ein Prinzip verwendet, das "Dreifachdraht 't-Prinzip genannte werden kann.

Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert werden, die schematisch eine Schnittansicht eines Aueführungsbeispiels der Erfindung zeigt.

Diese Vorrichtung weist eine zentrale längliche zylindrische Spindel 20 auf, die vorzugsweise vertikal angeordnet ist und an ihrem unteren Ende durch Spindellager 22 und 24 so gelagert ist, dass sie um ihre Längsachse drehbar ist. Die Spindel 20 weist eine aeatrale Bohrung 26 auf, die sich von der öffnung 28 am oberen Ende der Spindel bis zu einer mittleren Stelle 29, vor- ssugeweiee in der Nähe des unteren Endes der Spindel, eretreckt. An der Spindel 20 iet ein Rohr 30 angeordnet, das eich eenk-

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recht zu der Achse der Spindel erstreckt. Das Rohr 30 kann ein gesondertes Element sein, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, oder integral mit der Spindel 20 ausgebildet sein. Es weist eine zentrale Bohrung 32 auf, die an einem Ende mit der Bohrung an der Stelle 29 verbunden ist und am anderen Ende eine Öffnung 34 hat. Beide Öffnungen 28 und 34 sind vorzugsweise glockenförmig oder nach aussen sich erweiternd ausgebildet und mit nicht dargestellten keramischen Auflagen versehen. Die Verbindung zwischen den Bohrungen 32 und 26 ist vorzugsweise innen glatt abgerundet.

Als Antrieb, um die Spindel 20 in den Lagern 22 und 24 koaxial um die Bohrung 26 zu drehen, ist ein Motor 36 vorgesehen, der einen Treibriemen 37 antreibt. Dieser letztere ist um eine Riemenscheibe 38 (die von dem Motor 36 angetrieben wird) und um den Treibriemenschlitz 39 herumgeführt, der in der Spindel 20 zwischen den Spindellagern 22 und 24 ausgebildet ist.

Um den Umfang der Spindel 20 drehbar ist neben dem Rohr 30 ein Rotorlager 40 angeordnet. Ein entsprechendes Rotorlager 42 ist an die Spindel 20 an einer Stelle"zwischen dem oberen Ende der Spindel und dem Lager 40 vorgesehen. Ein länglicher hohler zylindrischer Rotor 44 ist koaxial um die Spindel 20 auf den Lagern 40 und 42 derart angeordnet, dass er unabhängig von der Spindel um die Längsachse der Spindel gedreht werden kann.

Zum Drehantrieb für den Rotor 44 ist dieser mit einer Anzahl von magnetischen oder magnetisierbaren Rotorpolschuhen, wie den Polschuhen 45 und 46, ausgestattet, die sich in einer gemeinsamen Ebene radial nach aussen zu der Drehachse des Rotors erstrecken. Es sind auch mehrere Statorpolschuhe, wie beispielsweise die Polschuhe 47 und 48, vorgesehen, die in der gleichen Ebene wie die Rotorpolschuhe und im Abstand nach aussen von diesen letzteren angeordnet Bind. Die Statorpolschuhe 47 und 48 sind selektiv magnetisierbar, um die Rotorpolschuhe anzutreiben. Da der Aufbau und die Technik von elektromagnetischen Antriebssystemen dieser Art bekannt iet, Bind nur die Polschuhe des Systems

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schematisch gezeigt. Um den Roter 44.ist abnehmbar und koaxial eine zylindrische Hohlspule oder Bobine 50 angeordnet, auf der der Garnwickel 52 aufgewickelt wird. Einrichtungen sind vorgesehen, beispielsweise in Form des Stifts 54, der fest mit dem Polschuh 46 verbunden und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er in eine entsprechende Ausnehmung in einarKante der Spule 50 eingreifen kann. Soweit es bisher beschrieben wurde, ist das in der Zeichnung gezeigte System der bekannten Doppeldrahtzwirnspindel recht ähnlich.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist jedoch einen Läuferrotor 56 auf, der als Scheibe oder Rad ausgebildet ist und eine Anzahl von radialen Armen oder dergleichen aufweist. Der Rotor 56 ist um das Lager 58 drehbar angeordnet. Das Lager 58 ist an der Spindel 20 in der Nähe des oberen Endes der Spindel montiert. Das Lager 58 ist sowohl drehbar um die Spindel 20, und zwar unabhängig von dieser, als auch längs der Spindel verschiebbar« Vom Umfang des Rotors 56 erstreckt sich ein Läuferarm 60 nach unten, der eine öffnung 62 in der Nähe seines Endes 63 aufweist. Der Arm 60 ist so bemessen, dass bei einer Verschiebung des Rotors 56 längs der Spindel 20 die Öffnung 62 sich längs einer Linie parallel zur Achse der Spindel 20 zwischen Punkten bewegt, die radial den Endabschnitten der Spule 50 gegenüberliegen. Der Arm 60 wird von dem Rotor 56 in einem radialen Abstand von der Spule gehalten, der ausreicht, um die Ausbildung eines Garnwickels 52 zweckmässiger Grosse auf der Spule zu ermöglichen. Um den Rotor 56 sowohl zu drehen als auch zu verschieben, kann der Rotor ebenfalls elektromagnetisch angetrieben werden. So weist der Rotor 56 im-Prinzip magnetisierte Polschuhe 64 und 65 auf, die radial im Abstand von einem oder mehreren Statorpolschuhen 66 und 67 angeordnet sind. Die Statorpolschuhe 66 und 67 sind vorzugsweise an einem Träger, wie beispielsweise an einer Schiene 68, derart montiert, dass sie sich länge einer zu der Längsachse der Spindel 20 parallelen Linie bewegen können. Die Bewegung der Statorpolschuhe an den Tragschienen wird vorzugsweise mit nicht dargestellten bekannten Einrichtungen bewirki;. Der Rotor 56 und das zugeordnete Lager

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sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie von der Spindel 20 abgenommen werden können, um das Abnehmen oder Einsetzen der Spule 50 zu ermöglichen.

Schliesslich weist das System eine Garnführung, wie beispielsweise eine Sauschwänzchen-Führung 70, auf, die an Einrichtungen stationär, vorzugsweise oberhalb der Spindel und in der Achse der Spindel, angeordnet ist.

Beim Betrieb wird beispielsweise ein ein Garn bildendes Fadenbündel, als gestrichelte Linie 72 dargestellt, durch die Sauschwänzchen-Führung 70 zwischen dem Rotor 56 und den Statorpolschuhen 66 und 67 in die Öffnung 34 eingeführt. Das Garn läuft dann durch die Bohrungen 32 und 26 aus der Öffnung 28 heraus, zurück zwischen dem Rotor 56 und den Statorpolschuhen 66 und 67 hindurch durch die öffnung 62 und wird an der Spule 50 befestigt. Der Motor 36' treibt die Spindel 20 an, während durch die Statorpolschuhe 47 und 48 erteilte elektromagnetische Impulse den Rotor 44 antreiben und durch die Statorpolschuhe 66 und 67 erteilte elektromagnetische Impulse den Rotor 56 antreiben.

Die Spindel 20 und der Läuferrotor 56 sollten sich entgegengesetzt drehen. Jede Drehung der Spindel um 360° erteilt dem Garn 72, das auf der Spule aufgewickelt wird, zwei Drehungen. Jede Drehung des Läuferarms 60 um 360° erteilt dem Garn eine einzige Drehung. Wenn die Spindel 20 sich in Draufsicht im Uhrzeigersinn dreht, werden dem Garn zwei Z-Drehungen erteilt, wobei die Drehung des Arms 60 gegen den Uhrzeigersinn eine dritte Z-Drehung ergibt. Umgekehrt ergibt jede Drehung der Spindel gegen den Uhrzeigersinn mit gleichzeitiger Drehung des Läuferarms im Uhrzeigersinn drei S-Drehungen.

Die Spule kann gewünsentenfalle gedreht werden, muss jedoch nicht gedreht werden. Falls die Spule gedreht wird, wird sie vorzugsweise so angetrieben, dass sie sich im gleichen Sinn wie der Läuferarm, jedoch mit etwas anderer Drehzahl, entweder schneller bd%r langsamer, dreht«

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Die Spule kann auch gewünschtenfalls in entgegengesetzter Richtung zu dem Läufer gedreht werden, um extrem hohe Wickelgeschwindigkeiten zu erzielen, was jedoch notwendigerweise die Gesamtdrehung je Längeneinheit herabsetzt.

Es sei bemerkt, dass die Erfindung vorzugsweise drei unabhängige Rotoren vorsieht, von denen einer dem Garn zwei Drehungen je Umdrehung erteilt, ein zweiter dem Garn eine weitere Drehung je Umdrehung erteilt und der dritte die Aufwicklung des dreifach gedrehten Garns bewirkt»

Es sind gewisse Abänderungen bei der oben beschriebenen Torrichtung möglich, die im Rahmen der Erfindung liegen. So ist ersichtlich, dass beim Betrieb der gezeigten Vorrichtung ein Doppelballon gebildet wird, nämlich ein äusserer Ballon, der sich von der Sauschwänzchen-FÜhrung 70 zu der öffnung 34 des Rohrs 50 erstreckt, und ein innerer Ballon, der sich von der Öffnung 28 in der Spindel zu der öffnung 62 in dem Läuferarm erstreckt-. Beide Ballons gehen durch den Zwischenraum zwischen den Statorpolschuhen 66 und 67 und dem Rotor 56 hindurch. Zur Verhinderung von jeglicher unerwünschter und nachteiliger Verwirrung zwischen den beiden Ballons kann der äussere Umfang des Rotors 56 einen Pührungsschlitz oder eine Führungsöffnung für den inneren Ballon aufweisen, der sich immer nur so schnell wie der Läuferarm dreht. Eine solche Anordnung gewährleistet, dass die beiden Ballons sich nicht berühren, zumindest zwischen dem Rotor 56 und den zugeordneten Statorpolschuhen, Gewünschtenfalls können die verschiedenen Rotoren auch alle mechanisch durch koaxiale Hülsen angetrieben werden, von denen jede, beispielsweise über ein Getriebe,mit einem Motor verbunden ist.

Duron die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, um einem Garn eine Dreifach-Drehung zu erteilen, die sioh insbesondere für das Drehen von Garnen aus synthetischen Materialien direkt nach dem Spinnen durch Spinndüsen eignet, wobei diese Vorrichtung eine angetriebene Hohlspindel mit einem Spulenhalter auf weist, der auf der Spindel unabhängig von dieser koaxial dreh-

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bar angeordnet ist. Ein axial bewegbarer Läufer ist ebenfalls an der Spindel unabhängig von dieser drehbar angeordnet, wobei sich Spindel und Läufer entgegengesetzt zueinander drehen.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   (1J Vorrichtung zum Drehen und Aufwickeln von Garn oder Fäden auf eine Hohlspule, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Hohlspindel (20), die um ihre Längsachse drehbar angeordnet ist und ein Rohr (30) aufweist, das sich im wesentlichen senkrecht zur Spindelachse erstreckt, wobei in der Spindel und dem Rohr ein durchgehender Kanal ausgebildet ist, und ein Läuferelement (60), das um die Spindelachse unabhängig von der Spindel (20) drehbar angeordnet ist und eine Garnführung (62) aufweist, die radial im Abstand von Umfang der Spule zwischen deren Enden angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (44)zur Halterung der Spule (50) vorgesehen ist, durch den die Spule um die Spindelachse unabhängig von der Spindel (20) drehbar ist, und dass das Läuferelement (60)unabhängig vor diesem Rotor (44) drehbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,gekennzeichnet durch Einrichtungen, um die Spindel, den Rotor und das Läuferelement unabhängig voneinander zu drehen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen für den Rotor und das Läuferelement elektromagnetische Antriebe sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (30) in der Nähe des einen Endes der Spindel (20) angeordnet ist, dass das Läuferelement (60) in der Nähe des anderen Endes der Spindel (20) angeordnet ist und dass der Rotor (44) um die Spindel (20) herum zwischen dem Rohr (30) und dem Lauferelement (60) angeordnet ist.

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6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lauferelement (60) gegenüber der Spindel (20) zwischen zwei Stellen axial verschiebbar angeordnet ist, an welchen die Garnführung (62) den entsprechenden Enden der Spule (50) Jeweils benachbart ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das lauferelement (60) von einem Ende der Spindel (20) abnehmbar ist, um das Einsetzen und Abnehmen der Spule (50) in und von dem Rotor (44) zu ermöglichen.
8. 8. Verfahren zur Drehung von Garnen oder Fäden während

   der Aufwicklung auf eine Spule, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn durch eine längliche Hohlspindel geführt wird, die ein im wesentlichen senkrecht angeordnetes Rohr aufweist, wobei im Inneren der Spindel und des Rohrs ein durchgehender Kanal ausgebildet ist, wobei das Garn von einer ersten Führung, die koaxial über der Spindel angeordnet ist, durch das Rohr zu einer öffnung am einen Ende der Spindel geführt wird, das Garn von diesem einen Ende der Spindel durch eine zweite Garnführung, die in einem um die Spindel unabhängig drehbaren Läuferelement angeordnet ist, zu einer Spule geführt wird, die.um die Spindel unabhängig drehbar angeordnet ist, die Spindel in einer ersten Richtung gedreht wird, um einen ersten Garnballon zu bilden, der sich von der ersten Führung zu dem Rohr erstreckt, und so dem Garn bis zu zwei volle Drehungen je volle Umdrehung der Spindel erteilt wird, das Läuferelement in einer entgegengesetzten Richtung gedreht wird, um einen zu dem ersten Ballon koaxialen zweiten Garnballon, der sich zwischen dieser öffnung und der zweiten Garnführung erstreckt, zu bilden, und so dem Garn bis zu einer dritten vollen Drehung je Umdrehung des Läuferelements erteilt wird und die Spule so gedreht wird, dass das Garn, nachdem ihm die Drehungen erteilt wurden, auf dieser aufgewickelt wird«

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9. 9. Verfahren nach'Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule mit einer Drehzahl gedreht wird, die von der des Läuferelements verschieden ist.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule im gleichen Sinne wie das Läuferelement gedreht wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule mit einer Drehzahl gedreht wird, die gleich der des
    Läuferelements ist.

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