DE2128504B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln eines aus einer Schmelze mit niedriger Viskosität ersponnenen Fadens - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln eines aus einer Schmelze mit niedriger Viskosität ersponnenen FadensInfo
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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 Da
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 Da 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
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)
Fe 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
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
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 (3)
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.
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