DE2232876A1

DE2232876A1 - Spule aus einem thermoplastischen material zelligen aufbaus mit hoher dichte

Info

Publication number: DE2232876A1
Application number: DE19722232876
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Guillon; Bernard Jean Vinatier
Original assignee: Ugine Kuhlmann SA
Current assignee: Ugine Kuhlmann SA
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1973-01-18
Also published as: IT965882B; FR2151439A5; BR7204390D0; ES404515A1; BE785290A; CH565703A5; GB1370544A; NL7209236A

Description

PATENTANWÄLTE DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D- 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54 ■ · *· «Uli ΙΟ/Ι

Dr.W./Al.

Anmelder:

PRODUITS CHIMIQUES UGINE KUHMANN
.25, Boulevard de l'Amiral Bruix, Paris 16e

Spule aus einem thermoplastischen Material zelligen Aufbaus mit hoher Dichte

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spule aus einem thermoplastischen Material mit zellförmigen Aufbau und hoher Dichte, die in der Textilindustrie verwendbar ist.

Es ist bekannt, daß die Spulen mit sehr verschiedenen Formen in zahlreichen Stufen der Fertigung und der Behandlung von Fäden und Garnen in der Textilindustrie benutzt werden.

Zum Beispiel werden einfache Spulen häufig als Zwischenhülsen für das kegelstumpfförmige oder zylindrische Aufwickeln benutzt, die dann entleert werden, um Flecht- oder Streckmaschinen zu speisen. Die Spulen, mitgenommen durch Klöppel, erteilen dem Faden beim Aufwickeln auf Zwirnkapseln die Torsion. Die im allgemeinen zylindrisch-bikonisch ausgebildeten Kötzer nehmen den Faden in Ringspinnmaschinen auf, wobei ihm die Torsion erteilt wird.

Man kann auch Spulen mit zylindrischen Schaft mit oder ohne Wangen und jeder Abmessung zitieren, die dazu dienen, einen

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■8 Lübeck (04 51) 7 58 88 · Banki CommarzbflfkTBIWdnBtt MOioCTKfadmo-Nr. 390187 · Postscheck: Hamburg 138] 19

Faden für die synthetische Textilindustrie aufzunehmen oder abzugeben, z.B. starke Spulen, die die Fäden aus Polyamid oder Polyester nach dem Spinnen dieser Polymere im erweichten Zustand aufnehmen, sowie Spulen, die zur Aufnahme derselben Fäden nach einem Strecken benutzt werden.

Alle diese Hülsen oder Träger drehen infolge der Kadenzen der heutigen Herstellung häufig mit Geschwindigkeiten von mehreren I tausend Umdrehungen pro Minute und können 15000 Umdrehungen pro ; Minute erreichen, so daß klar ist, daß die Materialien, aus denen sie bestehen, einer bestimmten Anzahl technischer und dynamischer Beanspruchungen genügen müssen, um solche Leistungen ■ ausführen zu können. '

' Spulen und allgemein alle Wickelträger, die mit sehr hohen Drehzahlen umlaufen müssen, sind schon mit sehr verschiedenen

j Materialien hergestellt worden, z.B. aus Stahl, Aluminiumle-

i gierungen, nicht expandierte thermoplastischen Materialien,

I (

! Karton, bakelisiertes Papier oder selbst Holz.

ι \

j Indessen alle diese unabhängig betrachteten Materialien zeigen

j nicht gleichzeitig alle gewünschten Eigenschaften.

So sind Spulen aus Aluminiumlegierung, wenn sie gegen Stöße ι und Deformationen sehr widerstandsfähig sind, jedoch verhältnisj maß schwer und kostspielig.

ι _ 3 _

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Spulen aus nicht expandiertem Plastikmaterial oder aus bakelisiertem Papier zeigen gute Widerstandseigenschaften, aber sind noch schwer und haben einen hohen Gestehungspreis. Spulen aus Papier oder Karton, seien sie imprägniert oder nicht, sind dagegen leicht und erfordern einen geringeren Gestehungspreis, aber sie werden auch leicht durch Stöße oder durch chemische Stoffe beschädigt.

Man kennt andererseits auch schon Spulen mit kleinen Abmessungen und andere Hülsen dieser Art aus expandiertem thermoplastischem Material, aber diese Spulen sind bis jetzt nur für häusliche Zwecke, insbesondere für den Einzelverkauf des Nähfadens verwendet worden. Überdies sind diese fraglichen Spulen aus sehr stark expandiertem thermoplastischem Material hergestellt mit einer Dichte, die nicht über 0,3 und. im allgemeinen in der j Größenordnung von 0,1 liegen.Deshalb, selbst wenn sie die erforderlichen Abmessungen hätten, um große industrielle Wicklungen

i I

aufzunehmen, wurden sie eine völlig unzureichende Steifigkeit besitzen, um den dynamischen erforderlichen Ansprüchen bei den hohen Drehgeschwindigkeiten zu genügen und um den Kräfte« zu genügen, die beim Wickeln unter starker Spannung auftreten. '

• . ■ i

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Spule zu gewinnen, die einen Faden aufnehmen und abgeben kann, an eine Spinn- oder \ Zwirnmaschine, eine Spulmaschine, eine Streckmaschine oder an irgendeine andere Maschine zur Behandlung von Fäden mit einer ^: Geschwindigkeit., die 10000 Umdrehungen pro Minute und darüber erreicht. Diese Spule ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,

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daß sie aus einem thermoplastischen Material mit zelligem Aufbau besteht und eine verhältnismäßig hohe Dichte besitzt.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Spule, die der obenbeschriebenen identisch ist und die sich im wesentlichen dadurch kennzeichnet, daß sie aus einem thermoplastischen Material mit zellförmigen Aufbau und verhältnismäßig großer Dichte besteht, welches durch Glasfibern verstärkt ist, die der Basismischung in einem* Verhältnis im allgemeinen zwischen

100
5 und 35 Gewichtsteilen pro/Teile Harz, vorzugsweise zwischen .

10 und 25 Teile für 100 Harzteile zugesetzt sind. >

Das schwach expandierte thermoplastische Material, welches die j

Spule bildet, kann aus jedem thermoplastischen Polymer bestehen» welches allein oder in Verbindung mit Glasfibern eine Steifigkeit, eine Härte und eine ausreichende Elastizität besitzt. Man r kann insbesondere Polyolefine verwenden wie z.B. Polyethylen'·, , , Polypropylen.- und Polystyrene . Indessen andere plastische

Materialien wie bestimmte Polyamide, Polyester, Polymere und i \ Copolymere des Acryls und Vinyls können sich auch für diese Anwendungszwecke eignen. !

Als schwach expandiertes thermoplastisches Material oder thermoj plastisches Material mit zellförmigen Aufbau hoher Dichte ver- ! steht man ein thermoplastisches Material, dessen Dichte

zwischen der Dichte des Ausgangspolymeres und einem Viertel ' derselben, vorzugsweise zwischen dem Mittelwert und 9/10 der ^; — ς _

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Dichte des nicht expandierten Ausgangspolymeres liegt. Unterhalb einer Dichte eines Viertels der Dichte des nicht expandierten Polymeres können die Härte und die Steifigkeit ungenügend werden, während die Elastizität zu hohe Werte erreichen kann. Oberhalb einer Dichte von 9/10 der Dichte des nicht expandierten Polymeres nähert man sich zu sehr der Dichte des plastischen Materials selbst, und die Torteile des expandierten plastischen Materials, die nachstehend beschrieben werden, sind weniger erheblich.

Im Fall von schwach expandierten thermoplastischen Material, verstärkt durch Glasfasern, kann man endgültige Gegenstände herstellen, deren Dichte zwischen der wirklichen theoretischen i. Dichte der Mischung aus Fibern-Harz und dem Mittelwert der- '■ selben und vorzugsweise zwischen 7/10 und 9/10 der wirklichen

Dichte der Mischung Fibern-Harz liegt. '

: Neben an sich bekannten Expansionsreagenzien und deren Yorhanden*

'

sein in gerade ausreichender Menge für die Erreichung, der ge- j

wünschten.Dichte kann das plastische Ausgangsmaterial übliche j Zusätze, insbesondere Plastifiziermittel und Stabilisiermittel , enthalten.

ι Die Spule nach der Erfindung wird im allgemeinen durch Formung des thermoplastischen Materials mit den erforderlichen Hilfsmitteln hergestellt, sei es durch Extrudieren oder durch

; Spritzen. Die Formung durch Extrudieren erlaubt die Fertigung

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zylindrischer Spulen ohne Wangen und Rohren, aber in diesem Fall ist die Rauheit der Oberfläche oft ungenügend oder alle Rauhigkeiten sind im gleichen Sinn gerichtet, und daher kann das Festhaken der ersten Windungen an der Oberfläche der Hülse mangelhaft sein. Dagegen erlaubt die Formung durch Spritzen, mikroporöse Oberflächen zu erreichen, die also rauher und regelmäßiger sind, so daß sich die ersten Windungen des Fadens leicht festhaken. Das Vorhandensein von Glasfibern in den Mischungen, geformt durch Spritzen, erlaubt gleichfalls eine zusätzliche Rauhigkeit der Oberfläche zu erreichen, die besonders günstig für das Anhaken des Fadens zu Beginn des Wickeins ist. Außerdem ■' erlaubt die Formgebung durch Spritzen direkt die Herstellung , von Anschlagender Wicklungen, und sichert die genauen und : konstanten Maße.

ι
Im Fall von Spulen mit komplizierten Profilen kann man eine

: Formung aus zwei oder mehr Stümpfen durchführen, die dann vor ■ oder nach dem Zusammensetzen keiner weiteren Behandlung unterworfen werden. Das Zusammensetzen kann durch bekannte verschie-

dene Techniken erreiche werden. z.B. durch Schweißen, Schrauben, ι einfaches Ineinandersetzen mit oder ohne Kleben, und hierzu treten keine Schwierigkeiten auf.

, Die Spulen nach der Neuerung (der Ausdruck Spule bedeutet hier ! jede Wickelhülse beliebiger Art) besitzen gegenüber Spulen aus anderen bekannten Materialien den Vorteil, laß sie einmal leicht und widerstandsfähig sind und zum anderem e_.nen geringen Ge-

. . - 7 »■
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stehungspreis erfordern. Wegen dieser letzteren Eigenschaft kann man selbst in bestimmten Fällen diese Spulen nach Gebrauch wegwerfen bzw. als Einwegspulen betrachten. Sie besitzen eine Härte und eine ausreichende Steifigkeit, um einen Faden bei Drehgeschwindigkeiten von mehreren tausend Umdrehungen pro Minuten aufzunehmen und abzugeben, wie sie häufig beim Spinnen oder beim Strecken der synthetischen Fäden aus Polymeren auftreten. Der leichtigkeitsfaktor ist besonders interessant, denn er erleichtert offenbar die Handhabung und den Transport der vollen Spulen als auch der leeren Spulen.

Die Spulen nach der Erfindung können in sehr verschiedenen Formen hergestellt werden und werden dem Verwendungszweck angepaßt, für den sie gedacht sind. Als Ausführungsformen kann man

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z.B. nennen Rohre, zylindrische Spulen mit oder ohne Wangen, konische, doppelkonische oder zylindrisch-doppelkonische Spulen, Kötzer, Ablaufspulen sowie Wickel, auf denen man auf jede geeignete Art Schraubenlinien der Fäden, die sich dauernd.quer verlagern, verarbeitet.

Als Anwendungsgebiete dieser Spulen kann man auch z.B. die Aufnahme und Abgabe von Fäden in allen Stadien der Fertigung und der Behandlung von synthetischen Fäden aus Hochpolymeren heran-■ ziehen, wobei sich diese Polymere als Gespinste im erweichten ; Zustand oder in Lösung^trocken oder naß befinden. Es ist andererseits anzuführen, daß die Spulen aus schwach expandiertem thermoplastischen Material nach der Erfindung selbst für erhebliche

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! Dichten zwischen einem Viertel und dem Mittelwert der Dichte | j des nicht expandierten Polymeres eine ausreichende Steifigkeit ι

besitzen, um Kontraktionskräften zu widerstehen, d.h. selbst den Quetschkräften, die durch die Wicklungen der synthetischen Fäden

j ausgeübt werden, die häufig eine entscheidende Tendenz durch

!Zusammenziehen bei umgebender Temperatur besitzen.

In jedem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Quetschkräfte i erheblich werden, insbesondere beim Wickeln des synthetischen ¹ Fadens vor dem Strecken, schwach expandierte plastische Materialien zu benutzen, die durch Glasfibern verstärkt sind. Schließlich können die Spulen nach der Erfindung auch vorteilhaft beim üblichen Spinnen (Fertigung von Garnen mit diskontinuierlichen Fibern) für das Zwirnen, das Aufspulen und für andere Anwendungsarten vorteilhaft sein.

Nachstehend werden vier Ausführungsbeispiele einer Spule nach der Neuerung anhand der anliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigentj

Figur 1 einen Achsschnitt durch ein kurzes zylindrisches Rohr,

Figur 2 einen Achsschnitt durch eine Spule ohne Backen,

Figur 3 einen Achsschnitt durch eine Spule mit Backen bzw. Wangen,

Figur 4 die Aufsicht auf eine Spule nach Figur 3, ·

Figur 5 einen Achsschnitt durch drei zusammenge-' setzte Teile eines Spinnkötzers.

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Es ist verständlich, daß diese Ausführungsbeispiele keine Schutzi begrenzung darstellen.

Beispiel 1

Mit Hilfe einer Spritzpresse mit Schneckenkolben unter Benutzung der expansiblen Mischung auf Basis von gegen Stoß widerstandsri fähigem Polystyren , im Handel unter der Bezeichnung "UGIKACEI
PS 115" stellt man mit üblichen Techniken ein Rohr 1 her, welches im Schnitt in Figur 1 dargestellt ist.

\ Dieses Rohr, welches aus Polystyrene mit zellförmigen Aufbau ■ ' mit einer Dichte von 0,9 hergestellt ist, hat eine länge von j

i ^: 11,4 cm, einen Innendurchmesser von 9,3 cm und einen Außendurch-I

j messer von 10,2 cm. Es besitzt an einem Ende eine Aufbohrung 2,

in die die radialen Backen einer Mitnehmerspindel eingesetzt

werden können. Das Rohr 1 eignet sich zum Aufspulen mit der

Geschwindigkeit von 1500 Umdrehungen pro Minute eines Fadens |

¹ aus Nylon 66 aus 78 dtex/23 Fasern, der vorher einer Streckung !

ί um 450 fa unterworfen ist. j

ι ' Beispiel 2

Man fertigt mit Hilfe einer Spi?itzpresse eine Spule ohne Wangen | , 3 entsprechend Figur 2, indem man eine expansible thermoplastische i Mischung verwendet, deren Zusammensetzung folgende ist. > , Polyethylen hoher Dichte in Pulverform

I (Marke MANOLENE Typ 5.502). 100 Gewichtsteile

!Stearinsäure 0,1 Gewichtsteile

■ ■ - 10 - __ ,

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Mineralöl O,2 Gewichtsteile

Natriumkarbonat 3,0 Gewichtsteile

Diese Spule, die aus Polystyren zellförmigen Aufbaues hoher Dichte (Dichte 0,85) hergestellt ist, hat eine Länge von 23 cm, einen Innendurchmesser von 14,3 cm und einen Außendurchmesser von 15,6 cm. Sie besitzt eine innere Nut 4 an einem Ende, in die sich eine Mitnehmerfeder einlegt. Die Spule 3 eignet sich zum Aufspulen von Ί200 m pro Minute eines Fadens aus frisch gesponnenem Polyamid 66.

Beispiel 3

iMan stellt mit Hilfe einer Spritzpresse zwei unterschiedliche I ■Teile 5 und 6 her, die durch Ineinanderschachteln zusammenge- \

i setzt werden, um eine Spule mit Wangen 7 entsprechend Figur 3 I

herzustellen, wobei die expansible thermoplastische Zusammen-

jsetzung hierzu folgendeiist. '

jGeperltes Polystyren Homopolymer . . ^:

;von Standardqualität- 100 Gewichtsteile ^:

Stearinsäure 0,1 Gewichtsteile ;

Mineralöl 0,2 Gewichtsteile

Azodicarbonamid 0,4 Gewithtsteile

Diese Spule die aus Polystyren zellförmigen Aufbaues hoher ! !Dichte (Dichte 1,02) hergestellt ist, hat eine länge von 16 cm, ^: leinen Schaft mit äußeren Durchmesser von 7 cm und Wangen von 13 cm Durchmesser. Sie besitzt zusätzlich radiale Verstärkungs-

irippen 8, wie sich besonders klar aus ?igur 4 ergibt. ■

■ - 11 -

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Die Spule 7 kann für das Aufspulen von 200 m pro Minute unter einer Spannung von 20 bis 30 g für einen Faserfaden aus Poly- .

amid mit 360 dtex nach dem Strecken benutzt werden. Diese Spule i widersteht einwandfrei den Quetschkräften, die der Faden auf \ den Schaft und die Wangen ausübt.

Es ist anzuführen, daß bei Verwendung einer expansiblen thermojplastischen Zusammensetzung als Spritzmaterial man Deformationen der Oberflächen, d.h. Schrumpfungen auf den Innenflächen der Wangen in der Höhe der radialen Verstärkungsrippen vermeidet, jwas ausschließt, daß sich die Schraubenlinien der Wicklung !verformen. Solche Oberflächenverformungen treten sehr häufig !beim Spritzformen mit nicht expansiblen thermoplastischen !Materialien auf.

j . Beispiel 4

;Man formt durch Spritzen unter Verwendung einer expansiblen i

'thermoplastischen Mischung auf Basis von Polystyren, im Handel

unter der Bezeichnung "UGIKACEl PS 115", drei Stümpfe 9> 10 und :

11 eines Kötzers 12, die in Figur 5 zusammengestellt dargestellt I

,sind. „ !

Der obere Stumpf 9 des Kötzers besitzt eine länge von 14 cm und \

ι zeigt eine Ausnehmung 13, in die sich ein Etikett oder ein ; Stöpsel einpassen kann. Der Stumpf 10 mißt 18 cm und ist mit einem Zentrierkonus 14 versehen, während der untere Stumpf 11 von 14 cm länge eine übliche Mitnehmerbuchse 15 besitzt.

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Der Kötzer 12, durch Zusammensetzen der drei Stümpfe gebildet, besitzt eine Länge von 42 cm. Sein Gewicht beträgt für eine _: Wanddicke von 6 mm etwa 320 g, was einer Dichte von 0,7 g/cm j entspricht, während ein metallischer Kötzer derselben Abmessungen ein doppeltes Gewicht besitzt. Das Zusammenfügen der drei Stümpfe ist durch Ineinanderschachteln und Verkleben leicht durchführbar.

Dieser Kötzer eignet sich durchaus für die Aufnahme eines Garnes, zum Beispiel in einer Ringspinnmaschine mit Zapfen. ;

Beispiel 5

Mit Hilfe einer Spritzpresse mit Schneckenkolben unter Verwendung einer expansiblen Zusammensetzung auf Basis von Polystyren, verstärkt durch Glasfasern, wird ein Rohr hergestellt, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei die Zusammensetzung folgende ist.

Geperltes Polystyren Homopolymer 100 Gewichtsteile

Zerschnittene Glasfasern 15 Gewichtsteile

Stearinsäure 0,1 Gewichtsteile

Mineralöl 0,05 Gewichtsteile

Natriumbikarbonat 1 Gewichtsteil

Der Elastizitätsmodul des susammengesetzten Materials dieser Röhren mit einer Dichte von 0,9 ist aufgrund von Biegeversuchen zwischen Stützen errechnet und liegt zwischen 500 bis 320 kg

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pro nun anstatt zwischen 170 bis 180 kg pro mm für das leichte

nicht verstärkte Polystyren der gleichen Dichte.

Man vermeidet somit im Fall starker Schrumpfkräfte die Tendenz
zur Deformation des Rohres, die beim regulären Aufspulen des
Fadens und beim leichten Abnehmen des Rohres von der Mitnehmerspindel nach Beendigung des Wickelvorganges schädlich ist.

Das Rohr nach dem Beispiel 5 eigenet sich zum Aufspulen mit
Geschwindigkeiten, die 10000 Umdrehungen pro Minute und mehr
bei einem Nylonfaden 66 aus 78 dtex/23, der vorher einer
.Streckung von 450 $ unterworfen ist, erreichen können.

Beispiel 6

Man benutzt mit Hilfe einer Spritzpresse mit Schneckenkolben

die folgende expansible thermoplastische Zusammensetzung auf '.

; f

Basis von Polystyren, verstärkt durch Glasfibern. [

I I

!Geperltes Polystyren Homopolymer 100 Gewichtsteile '

ι I

'Zerschnittene Glasfasern 20 Gewichtsteile j

Stearinsäure 0,1 Gewichtsteile j

'Mineralöl 0,05 Gewichtsteile

'Natriumbikarbonat 1 Gewichtsteil <

, .ι

ι In einem einzigen Vorgang formt man einen Kötzer mit der Dichte ί, ¹ einer Länge von 420 mm, dessen äußerer Durchmesser und innerer
Durchmesser 47 bzw. 41,2 mm betragen, wobei dieser Kötzer an
¹ der Basis eine übliche Mitnehmerbuchse aufweist und im Innern
! - 14 -

-H-

eine Führungszone mit der länge von 75 mm und dem Durchmesser von 19,05 mm zur Aufnahme einer Mitnehmerspindel.

Dieser Kötzer ist speziell zum Wickel bei einer Drehgeschwindigkeit von 6800 pro Minute für einen synthetischen Faden geeignet, der vorher einer Streckung unterworfen wurde.

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Claims

PATENTANWÄLTE ? 7 "3 ? ß 7 ß

DR, HUGO WILCKEN * DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN ^l *- ⁶ * ^ö ' &

D -24 LÜBECK, BREITE STRASSE 52-54

-JS. ' Oi Juli 1572

Dr.W./Al.

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PRODUITS CHIMIQUES UGINE KUHLMANN,

25, Boulevard de l'Amiral.Bruix, Paris 16e

Patentansprüche

.ySpule zur Aufnahme oder Abgabe eines Fadens.auf bzw. an eine Spinn- oder Zwirnmaschine, eine Spulmaschine, eine Streckmaschine oder jede andere Maschine zur Behandlung des Fadens mit einer Geschwindigkeit, die 10000 Umdrehungen pro Minute und darüber ausführt, dadurch gekennzeichnet, ■daß sie aus einem thermoplastischem Material mit zellenartigem Aufbau von einer Dichte besteht, die zwischen der Dichte des Ausgangspolymers und einem Viertel derselben, vorzugsweise zwischen dem Mittelwert und 9/10 der Dichte des nicht expandierten Ausgangspolymers liegt.
2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr expandiertes thermoplastisches Material aus Polystyren, Polyethylen, Polypropylen oder auch aus einem Polyamid, Polyester oder einem Polymer oder Copolymer auf Acryl- und Viny!basis besteht.
3. Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das expandierte thermoplastische Material der Spule durch

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Glasfasern verstärkt ist.
4. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens zwei unterschiedlichen, gespritzten und durch ein passendes Mittel zusammengefügten Teilen besteht.

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