DE2435787A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufwickeln von glasseidenspinnfaeden - Google Patents

Description

Patentanwalt H / E / W (614)

63 Giessen
Ludwigstrasse 67

PPG Industries Inc., Pittsburgh, Pa., USA

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUFWICKELN VON GLASSEIDENSPINNFÄDEN

Priorität: 3. August 1973 / USA / Ser.No. 385 361

Man hat endlose Glasseidenfäden nach ihrer Herstellung bisher auf die Weise in die Form von Wickelkörpern gebracht, dass man sie auf eine zusammendrückbare Hülse aufgewickelt hat, die auf einen Dorn von passender Form aufgesetzt ist.

Beim Aufwickeln von endlosen Glasseidenfäden entwickeln sich infolge der den Fäden inhärenten Zugfestigkeit, ihrer elastischen Dehnung unter der Wirkung von Zugkräften und der hohen Geschwindigkeiten, mit denen Glasseidenfäden normalerweise aufgewickelt werden, hohe Kompressionskräfte. Diese beim Aufwickeln von Glasseidenfäden entstehenden Kompressionskräfte sind stärker als die, die beim Aufwickeln von Fäden

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aus anderenj das heisst synthetischen oder natürlichen Materialien auftreten.

In einem Wickelkörper aus Glasseidenfäden sind die Kompressionskräfte zusammengenommen so stark, dass sie die Wickelspule, auf die die Fäden aufgewickelt sind, zusammendrücken. Dies macht es schwer, die Wickelspule vom Dorn oder von der Spindel herunterzunehmen. Überdies nehmen die Glasseidenfäden auf den Rillen, die sich beim Zusammendrücken der Aufwickelspulen an diesen bilden, häufig eine flache Form an. Sie lassen sich daher bei ihrer weiteren Bearbeitung, beispielsweise beim Verzwirnen oder Fachen nicht glatt vom Wickelkörper abnehmen.

Man hat versucht, dieser Schwierigkeit durch die Verwendung einer elastischen Wickelspule aus Kunststoff in Verbindung mit einem besonders geformten Dorn beizukommen. Dies in der US-PS 2 891 798 beschriebene System hat sich jedoch nicht bewährt, weil die Kunststoffspulen unter den sich entwickelnden inneren Spannungen zerbrechen oder sich infolge der wiederholten Dehn- und Zusammenziehbewegungen verformen.

Mit Verbesserungen von Wickelspulen aus Kunststoff befassen sich die US-PSS 3 687 381 und 3 544 016. Nach diesen Patentschriften sind drehbare Dorne mit Fingern

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versehen, die nahe beieinanderliegen und in der Längsrichtung der Dorne angeordnet sind. Die Finger haben in ihrer Längsrichtung eine zentrale Vertiefung. In diese Vertiefung kann sich die Wickelspule· mit ihrem über ihr liegenden Teil zu dem Zweck hineinfalten, dass die beim Wickeln erzeugten Kompressionskräfte abgebaut werden. Konisch ausgeformte Kanten an den Seiten der Finger bilden weitere Vertiefungen, in die sich die Wickelspulen ebenfalls einfalten können. Dies verstärkt den Abbau der beim Wickeln erzeugten Kompressionskräfte.

Wenn die in den genannten Patentschriften beschriebenen Verfahren und Mittel im Hinblick auf die Schwierigkeiten beim Aufwickeln von Glasseidenfäden auch eine Hilfe bedeuten, so treten häufig zugleich doch neue Schwierigkeiten auf. So führt die Verwendung von in einer Spindel auf Abstand zueinander angeordneten Fingern zur Bildung von Längsfalten an den Wickelspulen, auf die die Glasseidengarne aufgewickelt werden. An den Wickelspulen sind scharfe und regelmässige Faltungen unerwünscht, weil sie häufig die Ursache von Beschädigungen des Garnes sind. Dies deshalb, weil es in der Praxis üblich ist, die Wickelspulen so auf die Dorne aufzusetzen, dass die Faltungen in den Räumen zwischen den Fingern liegen.

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Die Erfindung betrifft eine neuartige Spindel zum Aufwickeln von Glasseidenfäden auf Wickelspulen und die Verbindung dieser Spindel mit einem Motor. Die Spindel ist so gestaltet, dass sich ihre glatte Fläche während der Abnahme des Wickelkörpers zusammenzieht und dass hierdurch die den Wickelkörper tragende Spule leicht von der Spindel heruntergenommen werden kann.

Näherhin betrifft die Erfindung eine motorisierte Spindel, deren äussere glatte Fläche, auf die eine Wickelspule aufgesetzt werden kann, in wechselnder Folge aus Schienen bzw. Fingern und Keilen besteht, die so beschaffen und angeordnet sind, dass beim Rotieren der Spindel zwischen den Schienen und den ihnen zugeordneten Keilen praktisch keine Lücke vorhanden ist, die Spindel daher eine dicht geschlossene, glatte Oberfläche hat. Zwischen den Schienen und den Keilen besteht eine Winkelbeziehung dergestalt, dass die beiden Teile sich nicht gegenseitig blockieren (nonlocking), sondern sich in eine Ruhestellung zusammenziehen, wenn die Spindel sich nicht in Rotation befindet, und auf diese Weise den Durchmesser der Spindel bedeutend verkleinern. Die Schienen sind mit einer entlang ihrer Mittellinie verlaufenden Zunge (pin) versehen, die gleitbar in eine Nut eingreift, die in der mit dem Rotor des Motors verbundenen Nabe

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eingeschnitten ist. Hierdurch soll verhindert werden, dass die Schienen sich einzeln oder insgesamt bei der Rotation der Spindel tangential aus ihrer Lage verschieben.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung im folgenden in grösseren Einzelheiten anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1

die Spindel nach Figur 2 im Längsschnitt auf der Linie 1-1 mit ihren inneren Teilen und dem Motor;

Figur 2

die Spindel nach Figur 1 im Querschnitt auf der Linie 2-2, wobei der Motor weggelassen und die Darstellung auf die Oberfläche der Spindel mit den Schienen und Keilen in ihrer auseinander- und zusammengezogenen Stellung beschränkt ist;

Figur 3

die Spindel nach Figur 4 im Längsschnitt auf der Linie 3-3 mit der zusätzlichen Anordnung der das Zusammenziehen der Spindelschienen verstärkenden Magneten und

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Figur 4

die Spindel nach Figur 3 im Querschnitt auf der Linie 4-4, ohne Motor, mit der Darstellung der Schienen, der Keile und der Magneten zum Zusammenziehen der Schienen.

In Einzelheiten betrachtet zeigt Figur 1 einen Motor mit einer feststehenden Welle 11 und einem diese umgebenden Stator 12. Zwischen der Umfangsfläche des Stators 12 und einem mit diesem verbundenen Rotor 14 befindet sich ein Luftspalt 13. Die Spulen 15 des Stators 12 sind durch elektrische Leitungen 19, die durch Hohlräume 20 und 21 in der Welle 11 hindurchgehen, an eine nicht gezeigte Energiequelle angeschlossen. Mit ,dem Rotor 14 ist die Nabe (hub) 22 durch eine nicht gezeigte Stellschraube mechanisch verbunden. Am einen Ende des Motors ist ein Lagerrahmen 16 eingebaut. Dieser ist mit einer Gewindebohrung 17 versehen, an die sich eine gleiche Gewindebohrung 18 in der Schulter der Nabe 22 gleichgerichtet anschliesst. Eine in die Bohrungen 17 und 18 eingesetzte Stellschraube 24 verbindet den Lagerrahmen 16 fest mit der Nabe 22. Zwischen dem Lagerrahmen 16, der Gegenmutter 26 und dem Nabendeckel 27 ist ein abgedichtetes Kugellager 25 eingebaut. Der Nabendeckel 27 ist mit einer Bohrung 28 versehen, durch die eine Stellschraube 29 hindurchgeht und in eine im Lagerrahmen 16 vorgesehene Gewindebohrung 30 eingreift.

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Am Ende der Spindel, über das die Welle 11 hinausragt, ist ein abgedichtetes Kugellager 31 eingebaut. Das Kugellager 31 ist zwischen einem zugleich als Lagerrahmen dienenden Verschlussdeckel 32, dem Druckring 33 und dem Lagerdeckel 34 gelagert. Der Lagerdeckel 34 ist am Verschlussdeckel 32 durch eine Stellschraube 35 befestigt, die durch eine Bohrung 36 im Lagerdeckel 34 und eine daran gleichgerichtet anschliessende Bohrung 37 im Verschlussdeckel 32 hindurchgeht. Hinter dem Lagerdeckel 34 ist, die Welle 11 umfassend, ein Lagerdeckelverschluss 56 angebracht.

Wie aus Figur 2 in grösseren Einzelheiten ersichtlich, trägt die Nabe 22 auf ihrer Oberfläche eine Vielzahl von Nuten 42 und Zungen 43. Jede der Schienen 38 hat nach der Darstellung eine leicht gekrümmte Aussenfläche. Auf ihrer Unterseite hat jede Schiene 38 eine entlang ihrer Mittellinie verlaufende Zunge 39 und Seitenarme 40 und 41. Diese sind auf die Zunge 39 zu, das heisst nach innen, abgewinkelt. Die Nuten 42 verlaufen in der Richtung der Längsachse der Nabe 22 und sind >so gestaltet, dass sie die Zunge 39 der Schienen 38 gleitbar aufnehmen können. Seitlich der Zungen 43 befinden sich Nuten 44 und 45. An die Nuten 42 grenzen seitwärts die hervorstehenden Teile 47 und 48 an. Ein keilartiger Teil 46 greift mit einer auf seiner Unterseite entlang seiner Mittellinie eingeschnittenen Nut 49

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gleitbar über die Zunge 43 und legt sich reibungskraftschlüssig an die Seitenarme 40 und 41 der benachbarten Schienen an.

Wenn die Schienen 38 und die Keile 46 auf die Nabe 22 aufgesetzt worden sind, wird die gebildete Einheit mit dem Deckel 58 verschlossen. Der Deckel 58 ist mit einem Schraubenbolzen 51, der durch eine Gewindebohrung 52 im₍Deckel 58 hindurch in eine gleiche Bohrung 53 in der Nabe 22 eingreift, an der Nabe 22 befestigt. Auf der Innenseite des Deckels 58 ist eine Rille 55 zum Einlegen eines Ringes oder einer Dichtung vorgesehen. Dies dient dazu, eine Platte 54 an den Deckel 58 anzupressen und hierdurch die Vorrichtung luftdicht abzuschliessen.

In Figur 2 zeigt die linke Hälfte der Zeichnung die Schienen 38 und die Keile 46 in geöffneter Stellung. Diese Stellung nehmen diese Teile ein, wenn die Spindel mit Wickelgeschwindigkeit rotiert. Die rechte Hälfte der Zeichnung dagegen zeigt die Stellung der Schienen 38 und der Keile 46 im Ruhezustand der Spindel.

Wie deutlich zu erkennen ist, legen sich die Keile 46 in ihrer angehobenen Stellung satt an die nach innen gerichteten Seitenarme 40 und 41 der Schienen 38 an und bilden mit diesen zusammen auf der Spindel eine dicht geschlossene, glatte Oberfläche. Die in der Nut

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49 des Keils 46 eingreifende Zunge 43 ist so hoch, dass der Keil nicht anders von der Nabe 22 heruntergenommen werden kann als durch eine Gleitbewegung in der Längsrichtung der Spindel.Ebenso stehen die Zunge 39 und die Nut 42 in einem solchen Maßverhältnis zueinander, dass die Keile 46 sowohl bei der Rotation als auch in der Ruhestellung nur in der Längsrichtung der Spindel auf der Zunge 43 gleitend von der Nabe 22 heruntergenommen werden können.

Um zu erreichen, dass sich die Keile 46 und die Schienen 38 zusammenziehen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel zur Abnahme eines Wickelkörpers verlangsamt wird, stellt man zwischen den beiden Teilen eine bestimmte und für die Erfindung wesentliche Winkelbeziehung her, das heisst man lässt eine durch die Achse einer Zunge 43 gezogene Linie und eine die Berührungsfläche zwischen einem der Seitenarme 40 und 41 einer Schiene 38 und einer der Seiten eines Keils 46 durchlaufende Linie in einem Winkel 57 sich schneiden. Für die Erfindung kennzeichnend ist ein Winkel von mindestens 15°, normalerweise ein Winkel von 17 bis 22°, bevorzugt ein Winkel von 18 bis 20°.

Figur 3 zeigt die Spindel nach Figur 1 in abgewandelter Form. Die Abwandlung besteht in der Verwendung von Magneten 65, die die Einziehbewegung der Schienen 38 unter-

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stützen, wenn die Rotation der Spindel sich bei der Beendigung eines WickeIvorgangs verlangsamt. Zu diesem Zweck versieht man die mit dem Rotor 14 durch nichtdargestellte Mittel verbundene Nabe 22 mit einer Reihe von Gewindeeinsätzen 62. In jedem dieser Einsätze 62 kann ein Pol 63 eines Magneten 65 eingeschraubt oder sonstwie eingesetzt werden. Auf ihrer Unterseite sind die Schienen 38 mit einer Nut versehen, in die ein Gegenpol 64 eingesetzt ist. Die Pole 63 und 64 der Magneten 65 sind so angeordnet, dass die Polflächen einander zugekehrt sind. Die übrigen Teile der in Figur 3 gezeigten Spindel sind entsprechenden Teilen der Spindel nach Figur 1 gleich. Für sie gelten daher auch die in der vorangehenden Beschreibung der Figur gebrauchten Bezugszeichen.

Figur 4 stellt die Spindel nach Figur 3 im Querschnitt auf der Linie 4-4 dar und zeigt im besonderen die Anordnung der Magneten 65 und der Pole 63 und 64. Die rechte Seite der Zeichnung zeigt die Schienen 38, die Keile 46 und die Magneten 65 in der Ruhestellung der Spindel. Die linke Seite der Zeichnung dagegen zeigt die gleichen Elemente bei rotierender Spindel.

In der Darstellung nach Figur 1 und Figur 3 der Zeichnung ist die Spindel in ihrer Längsrichtung, Ende an Ende, mit zwei Reihen von Schienen 38 ausgerüstet. Dies ge-

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stattet, gleichzeitig zwei Wickelspulen zur Herstellung von zwei Wickelkörpern auf die Spindel aufzusetzen. In diesem Fall ist· die Verwendung eines Changierfadenführers für jede Seite erforderlich. Selbstverständlich kann die -Spindel auch für die Herstellung eines einzelnen Wickelkörpers verwendet werden. Hierzu genügt die Verwendung einer kleineren Nabe mit einer einzigen Reihe von in der Längsrichtung der Spindel verlaufenden Schienen und eines einzigen Fadenführers für die Hin- und Herbewegung des Glasseidenfadens in der Längsrichtung der Wickelspule.

Die auf der Spindel nach der Erfindung verwendbaren Wickelspulen können aus Papier oder einem anderen unter Druck zum Knittern neigenden Fasermaterial hergestellt sein. Verwendet werden kann jede bekannte Art von aus Papier hergestellten Wickelspulen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Spindel nach Figur 1 der Zeichnung mit einem geschmolzenes Glas.enthaltenden Behälter verbunden. Das geschmolzene Glas wird der Spindel durch eine elektrisch beheizte Zuführtülle mit 1000 Öffnungen zugeführt. Die aus der Zuführtülle austretenden 1000 Einzelfäden mit einem Titer von zum Beispiel 150 werden mechanisch in zwei Gruppen zu je 500 Einzelfäden aufgeteilt. Die

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beiden Fadengruppen werden nach dem Aufbringen einer Spinnpräparation zu zwei Glasseidenfäden aus je 500 Einzelfäden zusammengefasst.

Die mit der Zuführtülle verbundene Spindel hat eine Länge von 71 cm und ist in ihrer Längsrichtung mit zwei an ihren Enden aneinanderliegenden Schienen 38 von je 35,5 cm Länge ausgerüstet. Um die Spindel herum sind Schienen 38 von der genannten Länge im Wechsel mit Keilen 46 von der gleichen Länge, die daher in der Längsrichtung der Spindel ebenfalls Ende gegen Ende aneinanderliegen, derart angeordnet, dass zwischen je zwei Schienen ein Keil liegt. Im Ruhezustand hat die Spindel einen äusseren Durchmesser von 30 cm. Auf die Spindel werden zwei Wickelspulen aus Papier mit einer lichten Weite von 30,5 cm aufgesetzt. Mit jeder Spule ist ein Changierfadenführer verbunden, der den Glasseidenfaden beim Auflaufen auf die Spule in deren Längsrichtung hin- und herführt.

Die beiden von der Zuführtülle herkommenden Glasseidenfäden werden auf jede der Wickelspulen durch die diesen zugeordneten Changiervorrichtungen befestigt. Der in die Spindel eingebaute Motor hat eine Leistung von 7,5 Steuer-PS und eine Laufgeschwindigkeit von 6600 Umdrehungen in der Minute. Hieraus errechnet sich eine Aufwickelgeschwindigkeit von 4880 m / min auf der Spindel. Der sich nicht schliessende Winkel 57 hat eine

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Weite von 20°. Im Zustand der Rotation hat die Spindel einen Durchmesser von 36,8 cm. Man lässt die Spindel rotieren, bis auf jede Wickelspule eine 17,2 kg wiegende Glasfadenmenge aufgewickelt ist. Danach bringt man die Spindel zum Stillstand, wonach man die die Wickelkörper tragenden Spulen leicht von Hand herunternehmen kann.

Man hat beobachtet, dass die Wickelspulen nach langem Lagern zu Faltungen auf ihrer Innenseite, in der Regel zur Ausbildung einer einzelnen Längsfalte neigen. Beim Wiedergebrauch der Spule wird diese Falte durch die Rotation der Spindel eingeglättet. Wenn man Spindeln mit dem in Figur 3 der Zeichnung gezeigten magnetischen Retraktionssystem verwendet, lassen sich die Wickelspulen sogar noch leichter von der Spindel abnehmen, weil bei dieser Ausführungsform der Erfindung alle Schienen vollständig in ihre Ruhestellung zurückgezogen werden.

Die Spindel nach der Erfindung eignen sich zum Aufwickeln von Fäden mit unterschiedlichen Durchmessern, beispielsweise solche vom Typ D, DE, C und G.

Man kann für die Wickelvorrichtung nach der Erfindung Konstruktionswerkstoffe der gebräuchlichen Art, beispielsweise Stahl, Aluminium oder Nickel, verwenden.

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Für die Schienen 38, die Keile 46 und die Nabe 22 verwendet man bevorzugt Aluminium, um das Gewicht dieser Einheit zu verringern und ihre Korrosionsbeständigkeit gegen die in beträchtlichen Mengen zur Behandlung von Glasseidenfäden verwendeten Lösungen von Bindemitteln und Spinnpräparationen zu erhöhen. Die Verwendung einer feststehenden Welle 11 im Motor der Wickelvorrichtung nach der Erfindung hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil es bei ihr das Problem der kritischen Geschwindigkeit nicht gibt und Vibrationen infolge hoher Rotationsgeschwindigkeiten in der Vorrichtung nicht auftreten. Dies ist beim Aufwickeln von Glasseidenfäden deshalb von Vorteil, weil es die Unterschiede im Denier (Durchmesser) der Fäden verringert, mit denen sonst gerechnet werden muss. Je nach der Grosse des Motors, dem Durchmesser der Spindel und in Abhängigkeit von anderen Faktoren liegen die Aufwickel geschwindigkeit: en an der Peripherie der Spindel in der Regel zwischen 3 050 und 5500 ra/min. Für die Erfindung besonders charakteristisch sind Aufwickelgeschwindigkeiten von 3 660 bis 4 880 m/min.

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Claims (7)

Patentansprüche:

1.) Vorrichtung zum Aufwickeln von Fäden auf eine Wickelspule, gekennzeichnet durch einen Motor mit einer zentral angeordneten feststehenden Welle (11), durch einen auf die Welle aufgesetzten Stator (12), durch einen dem Stator gegenüberliegenden Rotor (14), durch eine mit dem Rotor verbundene und mit diesem rotierende Nabe (22), durch eine Vielzahl von gegeneinander verschliessbaren Schienen (38) und Keilen (46), die auf der Aussenfläche der Nabe um diese herum derart angeordnet sind, dass sie sich in geringer Höhe von der Oberfläche der Nabe vertikal wegbewegen können, sich in dieser Bewegungsrichtung aber nicht von der Nabe trennen lassen und dass ihre Aussenfläche so gestaltet ist, dass sie, von der Nabe abgehoben, eine dicht geschlossene und glatte zylindrische Fläche bilden, und durch Mittel zur Betätigung des Motors.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Schienen (38) auf der Nabe (22) dadurch in ihrer Stellung arretiert werden, dass sie mit einer auf ihrer Unterseite befindlichen Zunge (39) gleitbar in eine in die Nabe eingeschnittene Längsnut (42) eingesetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Keile (46) dadurch auf der Nabe (22) in ihrer Stellung arretiert werden, dass sie mit einer auf ihrer Unterseite eingeschnittenen Längsnut (49) über eine auf der Nabe befindliche Zunge (43) greifen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass auf der Nabe (22) und an den Schienen (38) magnetische Mittel (62, 63, 64, 65) angebracht sind, die die Schienen an die Nabe heranziehen.

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5. Verfahren zum Aufwickeln von aus geschmolzenem Glas ersponnenen Glasseidenfäden auf eine von einer rotierenden Spindel getragene Wickelspule, dadurch gekennzeichnet ,. dass man die Wickelspule auf eine mit einem Motor verbundene Spindel mit einer unterbrochenen, das heisst nicht - glatten Aussenfläche aufsetzt, dein Glasseidenfaden auf der Spule befestigt, die Spindel in Rotation versetzt und hierdurch ihre unterbrochene, nicht - glatte Aussenfläche in eine glatte Fläche verwandelt, wobei sich der Durchmesser der Spindel so vergrössert, dass sich die Wickelspule ausweitet, dass man auf die Wickelspule Glasseidenfäden solange aufwickelt, bis sich ein Wickelkörper von der gewünschten Stärke gebildet hat, dass man danach den Wickelvorgang beendet und hierdurch die Oberfläche der Spindel in ihren nicht glatten Zustand zurückführt und dass man die den Wickelkörper tragende Wickelspule von der Spindel herunternimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass sich die Wickelspule um 1 bis 2,5 % über ihren ursprünglichen Durchmesser hinaus ausweitet.

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7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Spindel mit einer peripheren Umfangsgeschwindigkeit von 3 050 bis 5 500 m/min rotiert.

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