DE2128504B2

DE2128504B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln eines aus einer Schmelze mit niedriger Viskosität ersponnenen Fadens

Info

Publication number: DE2128504B2
Application number: DE2128504A
Authority: DE
Inventors: Robert Ernest Cunningham; David Julian Durham Haley; Wilbur Joseph Privott Jun.
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1970-06-09
Filing date: 1971-06-08
Publication date: 1980-06-04
Also published as: SE382925B; GB1316063A; DE2128504C3; FR2094140B1; FR2094140A1; DE2128504A1; NL7107761A; BE768240A; LU63303A1; JPS541808B1; US3677481A; CA931721A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 2 und 3.

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt (FR-PS 15 67 958), um einen Faden durch Extrusion aus einer Schmelze zu spinnen, deren Viskosität so niedrig ist, daß das Eigengewicht des gesponnenen Fadens zum Abreißen des noch nicht erstarrten Fadens unmittelbar nach Verlassen der Extrusionsdüse führen würde. Um ein solches Abreißen zu verhindern, ist unterhalb der Extrusionsdüse eine Bremsfläche vorgesehen, welche zwischen dem Erstarrungspunkt liegt, an welchem sich ein fester Faden gebildet hat, und dem Abreißpunkt, an dem das Eigengewicht des Fadens diesen vor dem Erstarrungspunkt reißen läßt. Der auf die Bremsfläche auftreffende Faden wird umgelenkt, tritt über den Rand der Bremsfläche hinaus und schwebt in unregelmäßiger Wendelform nach unten, wo er aufgewickelt wird. Hierbei wird das Gewicht des nach unten fallenden Fadens durch Reibung in die Bremsfläche eingeleitet und führt somit nicht zum Abreißen des Fadens.

ίο

ι;

κι

Problematisch ist allerdings das Aufwickeln des Fadens; von der Aufwickeleinrichtung darf auf den lose wendelförmig nach unten schwebenden Faden keine Zugkraft aufgebracht werden, die so groß ist, daß sie sich bis zur Bremsfläche fortsetzen würde, da sonst die Zugkräfte im Faden nicht mehr voll von der Bremsfläche aufgenommen werden könnten und somit ein Fadenbruch vor dem Erstarrungspunkt die Folge wäre. Andererseits ist es außerordentlich schwierig, aus einem lose und wendelförmig herabhängenden Faden einen sauberen Wickel zu gewinnen.

Ausgehend von dieser Problemlage liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie Vorrichtungen zu dessen Durchführung bereitzustellen, womit ein aus einer Schmelze mit niedriger Viskosität gewonnener, stabilisierter Faden ohne Fadenbruch einfach und sauber aufgewickelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche gelöst

Hierbei wird der Faden solange über die Bremsfläche geführt bis er aufgrund der in ihm herrschenden Spannkraft von der Bremsfläche abhebt Von dieser Stelle aus wird der Faden unter ständigem Aufrechterhalten einer Schleife einer Aufwickeleinrichtung zugeführt Je nach den — im Betrieb stets schwankenden — genauen Betriebsverhältnissen — wird sich der Abhebepunkt des Fadens an unterschiedlichen Stellen der Bremsfläche bilden, was für die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Einfluß bleibt; wesentlich ist lediglich der Umstand, daß der Faden stets über die längstmögliche Strecke mit der Bremsfläche in Eingriff steht und daß die sich anschließend selbst bildende Schleife stets aufrechterhalten wird.

Bei konstanten Aufwickelgeschwindigkeiten bleibt die Lage der freistehenden Schleife hinsichtlich der Bremsfläche unverändert. Wenn die Aufwickelgeschwindigkeit zunimmt, hat der Punkt, an welchem sich die freistehende Schleife bildet, das Bestreben, sich längs der Bremsfläche zu bewegen, da der am Anspruch 1 definierte Ausdruck ρ A ν* in seinem Wert zugenommen hat Eine Veränderung der Aufwickelgeschwindigkeit und damit eine Veränderung der erforderlichen Spannkräfte wird durch eine geeignete Ausnutzung der Bremsfläche ausgeglichen. Das weitere Vorhandensein der freistehenden Schleife zeigt also, daß die Bremsfläche aufgrund der Reibung eine Spannkraft erzeugt die ausreicht um die minimalen Kräfte hervorzurufen, die für das Aufwickeln erforderlich sind.

Im nachstehenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung mit der Fadenlänge als einer Funktion der Abfangstrecke, gemessen von der Extrusionsdüse des Schmelzestrahls,

F i g. 2 ein schematisches Aufwickelsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 bis 6 schematische Darstellungen verschiedener anderer Ausführungsformen gemäß der Erfindung.

Bei der Herstellung von fortlaufenden Fäden mit niedriger Schmelzviskosität ist es äußerst wichtig, den fallenden Strahl an einer geeigneten Stelle seiner Bahn zu erfassen, aufzufangen oder in anderer Weise zu verzögern. Eine vorzeitige Verzögerung kann zu einer nichtfadenförmigen Masse führen, da der Schmelzestrahl nicht ausreichend Zeit für die Verfestigung in Fadenform hat. Der Punkt, welcher die Grenze zwischen den verzögernden Stellen anzeigt, an denen

man eine nicht fadenförmige Masse im Gegensatz zu einer fadenförmigen Masse erhält, wird mit D₀ bezeichnet Eine langsame Verzögerung führt zu Kurzfaserbildung, da das Gewicht der: Strahls eine Spannkraft erzeugt, welche die Festigkeit des stabilisierenden Films übersteigt, so daß der Strahl im flüssigen Abschnitt in der Nähe der Düse bricht Der Punkt, oberhalb dessen der Strahl aufgefangen werden muß, um ein Abreißen aufgrund seines Gewichts zu verhindern, wird mit D* bezeichnet

Die reine Spannkraft ist die Resultierende der Kräfte, welche aufgrund der Schwerkraft und des aerodynamischen Luftwiderstands auf den Strahl einwirken. Es kann in expfaiter Form gezeigt werden, daß die maximale, reine Spannkraft F, (max.), die auf den Strahl über eine Länge von der Düse bis zum Punkt Db einwirkt, sehr genau wiedergegeben werden kann durch die Gleichung

F,(max) = («/4g-!J3i<i7)-D (1)

hierin sind

ρ die Dichte des Strahls in g/cm³

A die Querschnittsfläche des Strahls in cm²

g die Fallbeschleunigung in cm/sec²

μ die Viskosität des Gases in Poise

ν die Extrusionsgeschwindigkeit des Strahls i η cm/sec

D die Länge des Strahls von der Düse bis Di, i: cm.

Die vertikale Richtung nach unten wird als positiv angenommen. Aus der Gleichung (1) ist zu sehen, daß es notwendig ist, den Strahl zu verzögern, bevoi· die Spannkräfte den Wert F, (max) erreichen, d. h. der Strahl muß verzögert werden, bevor er den Punkt Dg erreicht

Die Verzögerung des Strahls zwischen den Punkten D₀ und Db stellt jedoch die Kontinuität nicht sicher. Aufgrund der physikalischen Eigenschaft des Strahls unmittelbar unterhalb von D₀ wird der Strahl nach der Verzögerung in Kurzfasern brechen. Wie in F i g. 1 zu sehen ist, nimmt die Länge der Kurzfasern von der Aufnahme bei D₀ zu, bis der Faden bei einem Punkt D_a zusammenhängend wird, wenn der Punkt D₀ unterhalb von D₄ liegt.

Die Lage des Punktes D„ hängt hauptsächlich von der Strahlgeschwindigkeit und dem Wärmeübertragungskoeffizienten vom Strahl ab. Die Lage des Punktes D* ist eine Funktion des Strahldurchmessers, der Dichte, der Festigkeit des stabilisierenden Films, der Gasdichte und der Gasviskosität. Der Strahldurchmesser und die Dichte sind Veränderliche, die im allgemeinen durch die Art, Größe und Menge des gewünschten Fadens bestimmt werden. Die Gasdichte und die Viskosität sind Veränderliche, die im allgemeinen zum Optimieren der bereits gegebenen Bedingungen verwendet werden. Da die geringe Zugfestigkeit des flüssigen Abschnitts des Strahls hauptsächlich auf die Festigkeit des Films zurückzuführen ist, folgt, daß die Filmfestigkeit die bedeutendste VeVänderliche bei der Bestimmung des Punktes Dt, ist. Es ist wünschenswert, das stabilisierende Gas so nahe an die Extrusionsöffnung zu bringen, wie es der Strömungsverlauf des Strahls gestattet, da hierdurch sichergestellt ist, daß der Film gleich bei der Entstehung des Strahls gebildet wird, und daß hierdurch zusammen mit der Gaskonzentration die Festigkeit des Films in großem Ausmaß bestimmt wird. Ein Film mit ausreichender Festigkeit macht es möglich, daß der Strahl eine Länge erreicht, die über den Punkt D, hinausreicht, wenn der Punkt Db unterhalb D_a liegt. Ein Erhöhen des aerodynamischen Luftwiderstands zwischen dem Faden und der umgebenden Gasatmosphäre vergrößert auch den Abstand bis zum Punkt Db. Um festzustellen, ob die Bedingungen so eingestellt sind, daß Db unterhalb vcn D₁ liegt kann eine flache Fläche in die Bahn des Strahls eingesetzt und längs der Bahn des Strahls bewegt werden. Wenn Db unterhalb von D₁ liegt entstehen fortlaufende Fäden, sowie die Fläche in den Bereich zwischen die beiden Punkte eintritt

ι ο Das Hauptproblem beim kontinuierlichen Aufwickeln von Fadenmaterial, welches aus einer Schmelze niedriger Visksotät hergestellt wurde, ist in den verhältnismäßig großen Spannkräften begründet, die zum Aufwickeln von Fadenmaterial erforderlich sind und im Gegensatz zu den gewöhnlich viel kleineren Kräften des stabilisierenden Films stehen, welcher den flüssigen Abschnitt des Strahls zusammenhält Es kann gezeigt werden, daß die Mindestspannkraft die an einen Faden angelegt werden muß, um ihn mit Hilfe einer Aufwickelspule aufwickeln zu können, ausgedrückt werden kann durch:

F₁. = ο Α v² (2)

hierin sind

Q die Dichte des Fadenmaterials
A die Querschnittsfläche des Fadens
ν die Aufwickelgeschwindigkeit des Fadens

Die maximale Kraft AF, die an einen Faden im jo Abstand AD oberhalb des Punktes Db angelegt werden kann, wird ausgedrückt durch:

IF = in Ag- 1,13 »ι;) \D (3)

AD muß notwendigerweise kleiner sein als der

j-, Abstand zwischen den Punkten D₃ und Db- Unglücklicherweise ist die Spannkraft der Gleichung (2) gewöhnlich größer als die Kraft, die bei einem maximalen AD angelegt werden kann. Im allgemeinen ist die zum Aufwickeln erforderliche Spannkraft um ein Mehrfaches größer als die Zugsfestigkeit des stabilisierenden Films.

Aus den obigen Ausführungen geht nun deutlich hervor, daß das kontinuierliche Aufwickeln eines Fadens mit zerbrechlichen oberen Abschnitten nur durchgeführt werden kann, wenn die durch die Drehbewegung des Aufwickelorgans hervorgerufene Spannkraft vom zerbrechlichen Abschnitt des Fadenmaterials isoliert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Kraft in Richtung der Achse des

« Fadens unterhalb der zerbrechlichen oberen Abschnitte angelegt wird. Diese Kraft hat eine Größe, die ausreicht, um die Spannkraft in etwa auf dem Wert zu halten, der zum Aufwickeln des Fadens auf einer Spule erforderlich ist. Hierfür gilt folgende Beziehung:

F₁, = [F₁-Fi) < I F(max)

F_e ist die reine Spannkraft, die auf den zerbrechlichen Abschnitt des Fadens einwirkt, und F,- ist die Kraft, die längs der Achse des Fadens angelegt wird.

bo In F i g. 2 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, mit welcher die Spannkraft erzeugt wird, die zum Aufwickeln von Fäden mit oberen Abschnitten geringer Zugfestigkeiten e-forderlich ist. Seitenstützen 11 tragen eine unterschiedlich gekrümmte Fläche mit einem abfallenden, ersten konkaven Bereich 13 und einem ansteigenden, zweiten konkaven Bereich 14, der in einen konvexen Bereich 15 übergeht. Eine Aufwickelvorrichtung 16 ist in der Nähe der Vorrichtung 10 angeordnet.

Der erste konkave Bereich ist so angeordnet, daß er einen aus einem Schmelztiegel 18 extrudierten Faden 17 auffängt, der mit Hilfe der Filmstabilisationstechnik hergestellt wurde. Der Auffangpunkt 19 liegt auf der Fadenbahn zwischen den Flankten D₁ und Db. Der ^r> Zweck der Vorrichtung 10 ist, an den Faden eine Spannkraft anzulegen, jedoch diese gleiche Spannkraft vom flüssigen oberen Abschnitt zu isolieren. Der Faden 17 wird aufgrund der Zentrifugalkraft gezwungen, längs der konkaven Bereiche 13, 14 der unterschiedlich ι ο gekrümmten Fläche zu gleiten. Die Wechselwirkung zwischen dem Faden 17 und der Fläche führt dazu, daß eine Reibkraft, die Kraft Fi in Gleichung (4), kontinuierlich aufgebaut wird. Mit Hilfe des aerodynamischen Luftwiderstands, der Schwerkraft und der durch das n Gewicht des Fadens hervorgerufenen Reibung erreicht die Spannung einen Wert von etwa ρ A ν². An diesem Punkt hat der Faden 17 eine ausreichende Spannung, um eine freistehende Schleife 20 zu bilden. Der konvexe Bereich 15 liegt oberhalb des Punktes, an welchem der Faden die Schleife bildet, so daß sich der Faden nach oben und über den konvexen Bereich 15 hin zur Aufwickeleinrichtung 16 bewegt.

Die im Faden aufgebaute Spannung, die ausschließlich auf die Reibwechselwirkung des sich aufgrund der Zentrifugalkraft gegen eine konkave Fläche bewegenden Fadens zurückzuführen ist, kann dargestellt werden durch:

dT

hierin sind

η A V²

(5)

30

μ der Reibkoeffizient zwischen dem Faden und der a

konkaven Fläche

r der Radius der Krümmung der konkaven Fläche

χ der Abstand längs der Fläche in cm

Γ die auf den Faden ausgeübte Spannkraft in dyn

Q die Dichte des Fadens in g/cm²

A die Querschnittsfläche des Fadens in cm²

ν die Geschwindigkeit des Fadens in cm/sec

Wie aus Gleichung (5) zu sehen ist, nähert sich T einem Grenzwert ρΛΛ Für Werte von Tin der Nähe von Q A v² ist die konkave Fläche wirkungslos, um eine bedeutende Spannungsabnahme hervorzurufen. Es ist weiter zu sehen, daß der aerodynamische Luftwiderstand und die Schwerkraft die bedeutendsten Faktoren für die Erhöhung der Spannung im Faden während der letzten 10% oder einer ähnlichen Strecke längs der konkaven Fläche sind, wenn Tin der Nähe des Werts Q A v¹ ist Da es sehr wünschenswert ist, eine freistehende Schleife im Faden zu erhalten, ist es in vielen Fällen vorzuziehen, die Wirkung der Schwerkraft zu steigern, indem man eine konkave Fläche mit einem ansteigenden Abschnitt (wie beispielsweise Bereich 14 in Fig.2) verwendet, der unmittelbar auf den absteigenden Abschnitt folgt Die Gleichung (5) zeigt auch die Bedeutung des Radius der Krümmung der t>o gekrümmten Fläche. Je kleiner der Radius ist, d. h. je stärker die Krümmung ist, desto kurzer ist die Länge der Fläche, die für eine Annäherung an den Wert ρ Λ v² erforderlich ist, wobei alle anderen Faktoren konstant sind Wie weiter oben dargelegt wurde, ist eine konvexe Fläche für eine Vergrößerung der Spannkraft in einem Faden wirkungslos, wenn der Faden nicht bereits eine Kraft besitzt, die größer als ρ A ν² ist Die Schwerkraft, die auf den Faden einwirkt, wenn er sich nach oben zur konvexen Fläche bewegt, erhöht die Spannkraft auf einen Wert etwas über ρ A ν². Die konvexe Fläche vergrößert aufgrund der Reibwechselwirkung mit dem Faden die Spannkraft weiter auf einen Wert, der für ein gutes Aufwickeln auf eine Spule vorherbestimmt wurde. Obgleich die Steifheit des Fadens zur Spannung beiträgt, ist deren Wirkung gering und daher vernachlässigbar.

Wie aus den vorhergehenden Ausführungen entnommen werden kann, wird die optimale Form der Gleitbahn hauptsächlich bestimmt durch

1) die Spannung, die aufgrund der Bewegung des Fadens aufgebaut wird, der aufgrund der Zentrifugalkraft gegen den konkaven Abschnitt gezwungen wird;

2) die Spannung, die aufgrund des aerodynamischen Luftwiderstands aufgebaut wird;

3) die Spannung, die aufgrund der durch die Schwerkraft hervorgerufenen Reibung aufgebaut wird;

4) die Spannung, die aufgrund der Bewegung mit oder gegen die Schwerkraft aufgebaut wird.

Hieraus folgt, daß die Form vom Gewicht des Fadens, dem Reibkoeffizienten und der Fadengeschwindigkeit abhängt

Das Vorhandensein einer freiliegenden Schleife 20 zeigt nicht nur, daß an den Faden 17 eine Spannkraft von etwa ρ A W angelegt wurde, sondern zeigt auch, daß eine Selbstregulierung vorhanden ist Wenn die Aufwickelgeschwindigkeit des Fadens 17 und/oder die Extrusionsgeschwindigkeit geändert werden, entsteht die freistehende Schleife im allgemeinen an einer anderen Stelle der Gleitbahn. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Beziehungen der Spannkräfte geändert haben.

Das Ausmaß der Selbstregulierung wird hauptsächlich durch den möglichen Unterschied zwischen der Extrusionsgeschwindigkeit und der Aufwickelgeschwindigkeit bestimmt wobei die Aufwickelgeschwindigkeit ebenso groß oder größer als die Extrusionsgeschwindigkeit ist Es wurde ferner festgestellt, daß die Aufwickelgeschwindigkeit die Extrusionsgeschwindigkeit bis zu 20% überschreiten kann, d. h. V2S 1,20 y,, wobei Vi die Extrusionsgeschwindigkeit und V2 die Aufwickelgeschwindigkeit ist Wenn die Aufwickelgeschwindigkeit größer ist als die Extrusionsgeschwindigkeit wird der Schmelzestrahl auf einen kleineren Durchmesser verdünnt was in vielen Fällen sehr wünschenswert ist

Der Auffangwinkel <%, d. h. der in F i g. 2 dargestellte Winkel zwischen dem konkaven Bereich 13 und dem Faden 17 sollte einen solchen Wert haben, daß die beim Reiben auf dem konkaven Flächenbereich 13 erzeugten Kräfte beim Abbiegen des Fadens absorbiert werden, um eher der Gleitbahn zu folgen als Spannkräfte hervorzurufen. Die auf den Faden ausgeübte Kraft beim Auftreffen ist:

,Av²

T₂

nAv²
COSa

+ 1

Γι ist die Kraft im Draht vor seinem Auftreffen in dyn und T2 ist die Kraft im Draht nach seinem Auftreffen in dyn. Bei sehr kleinen Werten für et würde der genaue

Punkt der Berührung mit der Gleitbahn bei kleinen seitlichen Verschiebungen beträchtlich schwanken. Bei großen Werten für « verursacht das Biegemoment des Fadens eine Spannkraft im fallenden Faden, wobei die maximale Spannkraft F, (max) der Gleichung (1) überschritten wird. Es wurde festgestellt, daß der Auffangwinkel λ einen Wert

0° < Oi < 90°

haben sollte, wobei optimale Ergebnisse zwischen 20° ι ο und 45° erreicht werden.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die Reibeigenschaften zwischen dem Faden und der Fläche nach Wunsch geändert werden können, So können die Reibeigensehaften beispielsweise durch die Verwendung von Magneten bei Fäden aus magnetischen Materialien, von öl oder von Luftströmen geändert werden. Wie in Fig.2 gezeigt, sind mit gestrichelten Linien dargestellte Magnete 21 in geeigneter Weise angeordnet, um die Reibung zwischen der konkaven Fläche und beispielsweise einem Stahlfaden zu erhöhen.

Wenn der Reibungskoeffizient des Fadens oder der unterschiedlich gekrümmten Fläche der F i g. 2 oder beide Reibungskoeffizienten klein sind und/oder die Abwickelgeschwindigkeit groß ist, kann in gewissen Fällen der Abstand vom Auffangpunkt zur freistehenden Schleife so groß werden, daß ein sehr langer konkaver Bereich erforderlich ist. Wenn der Raum begrenzt ist, sind lange Reibflächen sehr nachteilig und unpraktisch. Es wird auf die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform hingewiesen, die insbesondere dafür ausgelegt ist, daß der Raum auf ein Minimum beschränkt wird, der für die Spannung des Fadens erforderlich ist Die Vorrichtung 30 weist eine Vielzahl von konkaven Reibflächen 31 auf, die so angeordnet sind, daß der Bodenabschnitt einer jeden Fläche in der Nähe und in Abstand vom oberen Abschnitt einer darunterliegenden konkaven Fläche angeordnet ist Der untere Teil der untersten Fläche 31 ist in der Nähe einer konvexen Fläche 33 angeordnet Eine Aufwickeleinrichtung, beispielsweise eine Spule 34, ist in der Nähe der Fläche 33 angeordnet

Während des Betriebs nimmt die oberste Fläche 31 den Faden 35 auf, der mit den konkaven Flächen in Berührung bleibt bis er die unterste Fläche 31 erreicht An einer Stelle auf der untersten Fläche 31 erreicht die Spannkraft im Faden 35 den Wert, der zur Bildung einer freistehenden Schleife erforderlich ist Wie bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird auch hier die zusätzliche Spannkraft durch die Reibwechselwirkung des sich bewegenden Fadens mit der konvexen Fläche 33 hervorgerufen. Die konvexe Fläche 33 liegt im Abstand und oberhalb des unteren Abschnitts der untersten Fläche 31. Der gespannte Faden wird dann auf die Spule 34 aufgewickelt

In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Faden 40 gezwungen wird, über zwei konkave Flächen 41 und 42 zu laufen, von denen die eine über der anderen angeordnet ist Die Spannkraft im Faden erreicht etwa den Wert ρ A ν* an einem Punkt irgendwo auf der Fläche 42 Wie bei den Ausführungsformen nach den Fig.2 und 3 wird die Spannkraft weiter dadurch erhöht, daß man den Faden nach oben entgegen der Wirkung der Schwerkraft und/oder über eine konvexe Fläche 43 zu einer Aufwickelspule 44 laufen läßt

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß die Fläche selbst nicht vollständig konkav zu sein braucht, sondern nur ein allgemeines konkaves Aussehen haben muß, selbst wenn der Faden 50 in einer konkaven Bahn laufen muß. Der Faden 50 berührt nur die Spitzen 52 der Fläche 51, wenn er sich über die Fläche 51 bewegt. Wie vorher kann eine konvexe Fläche 53 verwendet werden, bevor der Faden zu einer Aufwickelspule 54 läuft.

Fig.6 zeigt einen Grenzfall der Ausführungsform nach Fig.3, wonach ein Faden 60 durch die Schwerkraft und die Lage der Platten 61 gezwungen wird, sich gegen die Platten 61 zu bewegen. Das bedeutet, daß die vom Faden 60 ausgeübten Zentrifugalkräfte immer gegen die Platten 61 gerichtet sind. Die Spannkraft wird hierbei auf einen Wert von etwa ρ A ν² erhöht Wenn dieser Spannungswert erreicht wird, bildet der Faden 60 eine freistehende Schleife. Zusätzliche Platten können die Spannkräfte nicht weiter erhöhen, so daß es notwendig ist, die Spannkraft durch andere Einrichtungen wie beispielsweise durch eine konvexe Fläche 62 zu erhöhen, um das Aufwickeln um eine Spule 63 zu erleichtern.

Die Erfindung wird nun zum besseren Verständnis anhand eines Beispiels erläutert.

Es wurde eine Vorrichtung ähnlich der in Fig.2 dargestellten verwendet, um einen fortlaufenden Aluminiumfaden aufzufangen und aufzuwickeln. Die mehrfach gekrümmte Fläche wurde aus einem Stahlblech mit einer Dicke von 0,94 mm hergestellt, gegen das ein Aluminiumdraht einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,7 hat Der Krümmungsradius der Fläche variierte von etwa 2,1 m im abfallenden Abschnitt bis etwa 60 cm im ansteigenden Abschnitt in der Nähe der konvexen Hache. Der Krümmungsradiums der konvexen Fläche betrug etwa 25 cm. Der Durchmesser der Extrusionsdüse betrug etwa 0,183 mm. Die Dichte der für den Metallfaden verwendeten Aluminiumschmelze betrug etwa 23 g/cm³.

Die anfängliche Extrusionsgeschwindigkeit des AIurniniumstrahls an der Düse betrug 210 m/min. Zur Stabilisation des Schmelzestrahls wurde in der Atmosphäre vorhandener Sauerstoff mit annähernd Raumtemperatur und Umgebungsdruck verwendet. Wenn ein im wesentlichen aus Aluminium bestehender Metalldraht mit diesem Durchmesser bei dieser Geschwindigkeit gesponnen wird, reicht die Sauerstoffkonzentration in der Luft aus, um sicherzustellen, daß A, unterhalb von D, liegt Dies wurde dadurch festgestellt, daß eine Auffangfläche längs des Strahls bewegt wurde, bis fortlaufende Fäden entstanden. Bei Verwendung des abfallenden Abschnitts der konkaven Fläche wurde der Strahl etwas unterhalb des Punktes D, bei etwa 3 m unterhalb der Düse bei einem Winkel von etwa 30" aufgefangen. Als sich der Faden die Fläche herunterbewegte, wurde das vordere Ende mit der Hand erfaßt und über die konvexe Fläche zu einer Aufwickelvorrichtung geführt Die Aufwickelvorrichtung war eine sich drehende Spule und eine Changiereinrichtung.

Die freistehende Schleife entstand im ansteigenden Abschnitt an einer Stelle, die vom Auffangspunkt etwa 2 m entfernt war. Die Verdünnung des Fadens war hauptsächlich auf die reine, auf den Faden ausgeübte Spannung zurückzuführen, da die Fadengeschwindigkeit an der Auffangstelle im wesentlichen die gleiche war wie die Auffanggeschwindigkeit d. h. etwa 215 m/ min.

Die Tabelle zeigt daß mit der Zunahme der Aufwickelgeschwindigkeit der Durchmesser des Fadens abnimmt

Tabelle

Aulwickelgeschwindigkeil in cni/sec

Kadendurchmesser in cm

350	0,018
362	0,0176
375	0,0173
387	0,017
400	0,0167
412	0,0164

10 Der kleinere Durchmesser bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 350cm/sec zeigt, daß die Verdünnung hauptsächlich auf das Gewicht des sich von der Düse bis zum Auffangpunkt erstreckenden Fadens, d. h. auf die Schwerkraft — Verdünnung zurückzuführen ist. Das durch die Tabelle I aufgezeigte, wichtige Merkmal liegt darin, daß kleine, aber bedeutsame Änderungen in der Aufwickelgeschwindigkeit und/oder in der Extrusionsgeschwindigkeit sich auf das Aufwickeln und auf die Bildung eines fortlaufenden Fadens nicht nachteilig auswirken.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufwickeln eines aus einer Schmelze mit niedriger Viskosität ersponnenen Fadens, wobei der verfestigte Faden zu einer Stelle, die zwischen dem Erstarrungspunkt, an dem ein kontinuierlicher Faden entsteht, und dem Abreißpunkt liegt, an dem das Eigengewicht des Fadens diesen vor dem Erstarrungspunkt reißen IaBt, auf eine geneigte Bremsfläche auftrifft längs der Bremsfläche geführt wird und dann aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden über eine solche Wegstrecke auf der Bremsfläche geführt wird, bis in ihm eine Spannkraft Fc — ρ · A ■ ν² herrscht, wobei ρ die Dichte und A die Querschnittsfläche des Fadens und ν die Auftreffgeschwindigkeit des Fadens auf die Bremsfläche ist, und daß der Faden dann mit einer solchen Geschwindigkeit Vi aufgewickelt wird, daß er unter Bildung einer ständigen Schleife von der Bremsfläche weg der Aufwickelvorrichtung zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Spinneinrichtung, einer Verfestigungseinrichtung, einer geneigten Bremsfläche, auf der der verfestigte Faden geführt ist, und einer Aufwickeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsfläche eine konkave Fläche (13) ist, auf welche der Faden (17) unter einem Winkel α zwischen 0 und 90° auftrifft, und daß sich an die konkave Fläche eine weitere konkave Fläche (14) anschließt, die in eine konvexe Fläche (15) übergeht.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Spinneinrichtung, einer Verfestigungseinrichtung, einer geneigten Bremsfläche, auf der der verfestigte Faden geführt ist, und einer Abwickeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsfläche aus einer Vielzahl ebener oder konkaver, im Abstand untereinander angeordneter Flächen (31,61) besteht, die dem Faden (35,60) eine im wesentlichen nach unten gerichtete Bahn aufzwingen.