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Vorrichtung zur Herstellung von Umwindegarnen
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
von Umwindegarnen, bestehend aus einer Liefervorrichtung für den Garnkern, einer
Abzugs- und/oder Aufwindevorrichtung für das fertige Umwindegarn und einer dazwischen
angeordneten Hohlspindel, sowie einer koaxial dazu umlaufenden Spule mit dem umwindenden
Garn.
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Als Umwindegarne werden solche Garne bezeichnet, bei denen ein Garnkern
von dem umwindenden Garn wendelförmig umgeben wird, ohne dabei die Drehung des Garnkerns
selbst wesentlich zu beeinflussen. Als Garnkern kommen z.B. Filamente aus Elastomeren
zur Anwendung. Durch das umwindende Garn soll der Garnkern abgedeckt und die Dehnbarkeit
des fertigen Garnes begrenzt werden. Es ist aber auch möglich, ein ungedrehtes Faserband,
wie es vom Streckwerk einer Spinnmaschine angeliefert wird, als Garnkern zu verwenden.
Das umwindende Garn, das dann zweckmäßigerweise aus einem feinen Filamentgarn besteht,
erhöht die Reibung zwischen den einzelnen Fasern des Faserbandes so sehr, daß diese
nicht mehr aneinander gleiten können und ein Garn mit guten Eigenschaften entsteht.
Zur Herstellung von Effektgarnen können als Garnkern auch mehrere Komponenten verwendet
werden, die der Hohlspindel z.B. in unterschiedlicher Länge zugeführt werden. Dadurch
entstehen Schlingen und Schlaufen, die durch das umwindende Garn stabilisiert werden.
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Umwindegarne werden in der Regel so hergestellt, daß der Garnkern
durch eine Hohlspindel geführt wird, auf der eine Spule mit dem umwindenden Garn
rotiert und dann beide Komponenten zusammengeführt werden. Der Garnkern kann nacheinander
auch mehrere derartige Hohlspindeln durchlaufen. Es entsteht dann ein mehrfach umwundenes
Umwindegarn.
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Durch die Rotation der Spule mit dem umwindenden Garn bildet dieses
zwangsläufig einen Garnballon. Kann sich dieser Garnballon frei ausbilden, so entsteht
durch die Fliehkräfte und durch dessen Reibung mit der Luft eine Zugkraft im umwindenden
Garn, die mit steigender Drehzahl der Garnspule zunimmt.
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Diese Zugkraft ist neben der Art des umwindenden Garns in starkem
Eaße abhängig von den geometrischen Abmessungen der Garnspule und auch davon, von
welcher Stelle der Garnspule das Garn abläuft. Die Zugkraft im umwindenden Garn
beeinflußt in erheblichem aße die Qualität des Umwindegarnes. Sie muß deshalb sowohl
hinsichtlich ihres Mittelwertes, als auch bezüglich ihrer zeitlichen Schwankungen
in möglichst engen Grenzen gehalten werden.
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Es ist möglich, daß in der Umgebungsluft vorhandener oder vom Garnkern
mitgeführter Faserflug vom Ballon des umwindenden Garnes erfaßt wird und dort zu
Anhäufungen führt-. Diese beeinflussen ebenfalls die Zugkraft im umwindenden Garn
und können, falls sie mitgerissen werden, auch zu Dickstellen im Umwindegarn führen.
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Der Energiebedarf zur Aufrechterhaltung der Rotation der Garnspule
mit dem Garnballon ist ebenfalls von den Eigenschaften des umwindenden Garns, den
geometrischen Abmessungen des Garnballons und dessen Drehzahl abhängig.
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In der Patentliteratur sind Möglichkeiten beschrieben, wie diese nachteiligen
Polgen eines sich frei ausbildenden Garnballons bei der Herstellung von Umwindegarnen
verringert werden können.
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In der DAS 24 28 483 wurde vorgeschlagen, zur Reduzierung der Fadenzugkräfte
den Ballon durch einen mit der Garnispule rotierenden Zylinder als Ballonbegrenzer
zu unterdrücken.
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DOS 28 33 326 beschreibt eine Vorrichtung, bei der zur Verringerung
von Faserflug im Bereich des umlaufenden Garnballons, der rotierende Ballonbegrenzungszylinder
durch einen mitrotierenden Deckel verschlossen wird, in dessen Zentrum ein axial
verstellbares Führungsrohr für die Zuführung des Garnkernes angebracht ist.
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DOS 29 28 890 behandelt eine Vorrichtung, bei der zur Verhinderung
von Faserflug im Bereich des umlaufenden Garnballons die gesamte Ballonbildungszone
durch eine Verkleidung gekapselt wird, die eine Zugangsöffnung für die Einführung
des Garnkerns in die Hohlspindel und zwischen der Verkleidung und der Hohlspindel
einen ringförmigen, in seiner axialen Ausdehnung einstellbaren Austrittsdurchgang
für das umwindende Garn besitzt und am unteren Ende der Hohlspindel ein Unterdruck
aufgebracht wird, der eine Luftströmung in der Hohlspindel und der Zugangsöffnung
für den Garnkern in Fadenlaufrichtung erzeugt.
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Die Anordnung der DOS 29 28 890 reduziert die Fadenzugkraft im umwindenden
Garn nicht wesentlich, da die Summe der Reibungswiderstände des Garnballons dadurch
nur geringfügig verändert wird. Bei hohen Spindeldrehzahlen, die aus Griinden der
irtschaftlichkeit anzustreben sind, leidet darunter die Qualität des Umwindegarnes.
Auch der Energiebedarf der Spindel wird durch diese Anordnung nur wenig reduziert.
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Die Anordnung nach DAS 24 28 483 hat allenfalls geringen Einfluß auf
die Ansammlung von Faserflug im Garnballon.
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Mit der Anordnung der DOS 28 33 326 werden die rotierenden Massen
wesentlich erhöht. Eine stets unwuchtfreie Anbringung des abnehmbaren Deckels ist
praktisch nicht möglich. Deshalb können auch nicht die hohen Drehzahlen der Spindel
ohne diesen Ballast erreicht werden. Der mitrotierende Deckel birgt auch zusätzliche
Gefahren bezüglich der Arbeitssicherheit in sich.
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DOS 28 33 326 und DOS 29 28 483 bieten einen ausreichenden Schutz
des Garnballons gegen Faserflug offensichtlich nur dann, wenn das Führungsrohr für
die Zuführung des Garnkerns zum oberen Ende der Hohlspindel individuell und ganz
exakt eingestellt wird. Im laufenden Produktionsbetrieb wird dies bei der Vielzahl
der eingesetzten Spindeln, wenn überhaupt, nur mit großem personellem Aufwand möglich
sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für die Herstellung von
Umwindegarnen eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die genannten Nachteile
nicht hat und die außerdem bezüglich des Energiebedarfes für den Antrieb der Hohlspindel,
besonders auch im höheren Drehzahlbereich günstigere Werte auS-weist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Honlspindel
und die Spule mit dem umwindenden Garn von einem mitrotierenden Ballonbegrenzungszylinder
umgeben ist, der sich seinerseits in einem feststehenden Zylinder befindet, der
an seinem einen Ende durch einen Boden geschlossen ist, der gegen die Spindel oder
deren Lager abgedichtet ist und an dessen anderem Ende ein Deckel angebracht ist,
durch dessen Zentrum der Garnkern der Hohlspindel zugeführt bzw. das fertige Umwindegarn
aus der Hohlspindel abgeführt wird und die Hohlspindel, der rotierende Ballonbegrenzungszylinder
und der feststehende Zylinder eine gemeinsame Achse besitzen.
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Yiit dieser Vorrichtung erreicht man, daß der Ballon des umwindenden
Garnes weitgehend frei von Faserflug bleibt und die Zugkraft im umwindenden Garn,
sowohl bezüglich ihres Mittelwertes als auch ihrer zeitlichen Schwankungen, in einem
für die Qualität des Umwindegarnes optimalen Bereich gehalten wird. Die Anordnung
kann leicht bedient werden und ist hinsichtlich der Arbeitssicherheit auch bei höchsten
Drehzahlen problemlos. Der Energiebedarf des Spindelantriebs ist, verglichen mit
den heute angebotenen Ausführungen, bei gleicher Drehzahl um etwa ein Drittel geringer.
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Der Energiebedarf der Spindel ist von der Größe des Luftspaltes zwischen
rotierendem und feststehendem Zylinder sowie der Rauhigkeit ihrer Oberflächen abhängig.
Es ist deshalb zweckmäBig, den Luftspalt möglichst klein zu machen und die einander
zugekehrten Flächen beider Zylinder poliert auszuführen. Der Größe des Luftspaltes
sind Grenzen gesetzt-durch die Bewegung der Spindel in radialer Richtung, die beim
Anfahren besonders hoch ist. Ein Luftspalt von weniger als 5 mm ist
technisch
aber ohne größeren Aufwand zu realisieren. Vorteilhaft ist es, den Luftspalt kleiner
als 2 mm zu halten. Dazu müssen Spindelkonstruktionen verwendet werden, die möglichst
wenig Radialbewegung zulassen.
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Durch seine Größe und Form ist der rotierende Zylinder bei praxisgerechten
Drehzahlen durch beachtliche Zentrifugalkräfte belastet. Seine Masse beansprucht
die Spindellagerung zusätzlich. Die Verwendung von hochfestem Material mit hohem
Elastizitätsmodul und geringer Dichte erweitert deshalb die erreichbaren Drehzahlen
und die konstruktiven Möglichkeiten für die Spindel. Werte für das Verhältnis von
Elastizitätsmodul zu Dichte von mehr als 1 x 105 km sind deshalb vorteilhaft. Solche
Werte können mit kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) erreicht werden.
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Durch die Zugkraft des umwindenden Garnes wird der Garnkern an die
wandung der Hohlspindel gezogen. Infolge der Drehung der Hohlspindel rollt er dabei
auf deren innerer Wandung ab und erhält einen Falschdrall. Es ist von Vorteil, wenn
sich dieser Falschdrall entgegen der Fadenlaufrichtung ungehindert bis zum Lieferzylinder
des Streckwerks fortsetzt. Eine Beruhrung des Garnkerns mit der Bohrung des stehenden
Deckels ist deshalb zu vermeiden. Der Durchmesser der Bohrung des Deckels muß deshalb
größer sein als die Bohrung der Hohlspindel. Der Falschdrall kann noch erhöht werden,
indem die Achse der Hohl spindel gegen die Ablauftangente des Garnkerns vom Lieferzylinder
versetzt wird.
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Das Kerngarn kann Faserflug durch die Bohrung des feststehenden Deckels
mitnehmen. Um zu verhindern, daß dieser Faserflug in den Bereich des Garnballons
kommt, ist es vorteil-- haft, wenn sich Deckel und Hohlspindel überlappen. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn diese Überlappung die Form eines Kegelstumpfes hat, dessen
Spitze zur Hohlspindel weist.
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Einen besonderen Schutz gegen das Eindringen von Faserflug in den
vom Garnballon bestrichenen Raum erhält man, wenn der Innenraum des feststehenden
Zylinders unter Überdruck gesetzt wird. Zwischen feststehendem Deckel und Hohlspindel
erhält
man dadurch eine radiale Luftströmung'in Richtung auf deren
gemeinsame Achse, die dem durch Fliehkräfte bewegten Faserflug entgegenwirkt. Außerdem
entsteht in der Bohrung des Deckels eine der Bewegungsrichtung des Kerngarnes entgegengesetzte
Luftströmung und in der Hohlspindel eine Strömung in Garnlaufrichtung.
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Durch die Strömung in der Bohrung des Deckels wird das bindringen
von Faserflug schon weitgehend verhindert. Etwa doch bis zum Übergang vom Deckel
zur Hohlspindel gelangender Faserflug wird mit großer Sicherheit durch -Luftströmung
und Garnbewegung über die Hohlspindel abgeführt bzw. im Garn eingebunden. Die radiale
Luftströmung zwischen Deckel und Hohlspindel verhindert mit Sicherheit das Eindringen
von Faserflug in die Ballonlaufbahn.
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Der Überdruck innerhalb des feststehenden Zylinders kann durch einen
Anschluß an Druckluft von aussen erzeugt werden.
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Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, ihn durch die Spindel selbst
zu erzeugen. Dies kann z.B. durch eine Ausbildung des Raumes zwischen rotierendem
und festehendem Zylinder als Axialverdichter erfolgen. In diesem Falle müssen im
feststehenden Zylinder Öffnungen für den Zustrom der Luft mit entsprechenden Filtern
zum Fernhalten von Fremdstoffen vorgesehen werden.
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Ein mit dem rotierenden Ballonbegrenzungszylinder rotierender Deckel,
der den feststehenden Deckel durchdringt, verhindert eine Berührung des gegebenenfalls
als ungedrehtes Faserband vorliegenden Garnkerns mit dem feststehenden Deckel. Mit
dieser Anordnung kann auch ein höherer zusätzlicher Falschdrall erreicht werden,
da die Achse der Hohlspindel und die Ablauftangente des Garnkerns vom Lieferzylinder
sehr viel stärker gegeneinander versetzt werden können.
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Lagert man den mitrotierenden Deckel in dem feststehenden Deckel und
verbindet man den rotierenden Deckel mit dem mit rotierenden Ballonbegrenzungszylinder
so, daß Kräfte von ihm über seinen Deckel auf das Lager im feststehenden Deckel
übertragen werden können, so kann dadurch das Lager der Hohlspindel
entlastet
werden. Damit können höhere Drehzahlen erreicht werden.
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Bei dieser Ausführung muß, wenn in dem Spalt zwischen rotierendem
Deckel und Hohlspindel eine Luftströmung erzeugt werden soll, der rotierende Zylinder
und/oder dessen Deckel für Luft durchgängig sein, damit der Überdruck von dem vom
feststehenden Zylinder umschlossenen Raum ungestört in den vom rotierenden Zylinder
umschlossenen Raum gelangen kann.
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Anhand der Fig.l bis 4 soll die Erfindung weiter erläutert werden.
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In Fig.l v;ird vom Lieferzylinder eines nicht eingezeichneten Streckwerkes
der Garnkern (1) als ungedrehtes Faserbändchen der Hohlspindel (4) zugeführt. Diese
wird durch einen Tangentialriemen (8) in Drehung versetzt. it der Hohlspindel wird
auch die Garnspule mit dem utriwindenden Garn (5) und der Ballonbegrenzungszylinder
(7) angetrieben. Dieser ist umgeben von dem feststehenden Zylinder (6), der seinerseits
mit dem Lager (10) verbunden ist, und der nach oben mit dem Deckel (2) abgeschlossen
ist. Das umwindende Garn (3) wird von der Garnspule (5) über einen Garnballon ebenfalls
der Hohlspindel (4) zugeführt. Dort wird es mit dem Garnkern (1) vereinigt und umwindet
diesen zum fertigen Umwindegarn (9). Das Umwindegarn wird durch ein nachfolgendes
Lieferwerk, das ebenfalls nicht eingezeichnet ist, abgezogen und anschließend auf
eine Kreuzspule aufgewunden.
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In Fig.2 ist die Ausführung mit konischer Überlappung zwischen Deckel
(2) und Hohlspindel (4) dargestellt. Das umwindende Garn (3) wird durch den konischen
Spalt zwischen Deckel und Hohlspindel zur Hohlspindel geführt und umwindet dort
den Garnkern (1) zum fertigen Umwindegarn (9).
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Fig.3 zeigt eine Ausführung mit zwei nacheinander angeordneten und
sich gegenläufig drehenden Umwindespindeln mit feststehendem äußerem Zylinder (6)
mit Deckel (2) und mitrotierendem Ballonbegrenzungszylinder (7), sowie der Garnspule
(5) auf der Hohlspindel (4), die vom Tangentialriemen (8) angetrieben
wird.
Von einem nicht eingezeichneten Lieferwerk wird ein Elastomergarn als Kerngarn (1)
unter Verdehnung der Hohlspindel (4) zugeführt und am Einlauf zum Deckel (2) von
dem umwindenden Garn umwunden. Im Deckel (2) der über der ersten Spindel angeordneten
zweiten Spindel wird das schon einmal umwundene Kerngarn von einem weiteren umwindenden
Garn (3) in gegenläufiger Richtung nocheinmal umwunden und anschließend von einem
nicht mehr eingezeichneten Spulaggregat unter Spannung auf eine Kreuzspule aufgewunden.
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Fig.4 zeigt im Detail die Anordnung des mit dem Ballonbegrenzungszylinder
rotierenden Deckels. Auf der Hohlspindel (4) sitzt die Spule mit dem umwindenden
Garn (5) und der mitrotierende Ballonbegrenzungszylinder (7), der von dem feststehenden
Zylinder (6) umgeben ist. Der Deckel (11) des mitrotierenden Ballonbegrenzungszylinders
ist mit diesem durch eine ausreichend dimensionierte Passung und eventuell eine
zusätzliche Verzahnung verbunden. Er ist im feststehenden Dekkel (2) drehbar gelagert
und wird von diesem auch in seiner Lage gegen den Ballonbegrenzungzylinder festgehalten.
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