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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abwickelvorrichttung
für Fasern
sowie auf ein Verfahren zum Abwickeln von elastomeren Fasern in
einer Abwickelvorrichtung, insbesondere bezieht sie sich auf eine
Vorrichtung, welche die durchschnittlichen Spannungsniveaus und
Spannungsschwankungen einer Vielzahl von elastomeren Fasern minimiert,
welche zu einem nachgeschalteten Faserverarbeitungsvorgang geleitet
werden.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Die
gebräuchlichste
Art und Weise bei einem Verarbeitungsverfahren Fasern von einem
zylindrischen Wickeldorn (oder einer „Spule") abzuwickeln wird als „Anrollen" (oder „Rollenstart") bezeichnet. Wenn
die Spule aufgebraucht ist, muss der leere Wickeldorn entfernt werden
und es muss eine neue Spule installiert werden. Diese Maßnahme erfordert
eine Stilllegung der Fertigungslinie, wobei eine unproduktive Stillstandszeit
verursacht wird.
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Eine
andere, oft angewandte Methode, das Überkopfabwickeln (OETO = over
end takeoff), erlaubt einen kontinuierlichen Betrieb, da das Abschlussende
der auf der aktiven Spule aufgewickelten Faser an das Vorderende
der Faser befestigt werden kann, welche auf einer in Bereitschaft
stehenden Spule gewickelt ist. Dies erlaubt es der aktiven Spule
vollständig
aufgebraucht zu werden und an diesem Punkt wird die in Bereitschaft
stehende Spule die aktive Spule und dies alles ohne irgendeine Produktionsunterbrechung.
Jedoch sind unannehmbare Schwankungen der Fadenlinienspannung bei
dem Überkopfabwickeln
gebräuchlich.
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Research
Disclosure, S. 729, November 1995, item # 37922, enthüllt ein Überkopfabwickelsystem,
bei welchem eine elastomere Faser durch ein System hindurch geführt wird,
welches einen Relaxationsabschnitt sowie von einem Motor angetriebene
Quetschrollen umfasst, bevor die Faser in die Fertigungslinie eingespeist wird.
Dem sich zwischen den Spulen- und den Quetschrollen erstreckenden
Relaxationsabschnitt wird nachgesagt, dass er die Spannungsschwankungen
unterdrückt.
Jedoch entfalten Fasern, welche hohe Kohäsionskräfte (üblicherweise als "Tack" bzw. "Klebrigkeit" bezeichnet) aufweisen,
ungewöhnlich
große
Schwankungen bei den Reibungskräften
und den Spannungsniveaus während
sich die Spule abwickelt. Die Schlaffheit der Fadenlinie in dem
Relaxationsabschnitt kann sich ändern
und kann eine zeitweilig überschüssige Mengen
an Filament zur Folge haben, welches von der Spule abgewickelt wird.
Diese überschüssige Faser
kann in die Quetschrollen hinein gezogen werden und sie kann auf
sich selbst aufgewickelt werden, was zu einem Knäuel oder einem Abreißen der
Fadenlinie führen
kann, was ein Stillsetzen der Fertigungslinie erfordert. Der hohe Grad
der Klebrigkeit trägt
zu der Möglichkeit
bei, dass überschüssige Faser
an sich selbst und an den Quetschrollen klebt. Die Überkopfabwicklungsvorrichtung
kann auch so ausgelegt werden, dass die Faser den Relaxationsabschnitt
horizontal durchläuft.
In diesem Fall durchläuft
die Faser dann Quetschrollen, deren Achsen vertikal verlaufen. Jedoch
kann die Faser in dieser Ausführung
in dem Bereich zwischen den Spulen- und den Quetschrollen durchhängen. Das
Durchhängen
erlaubt es der Position der Fadenlinie auf den Quetschrollen unstabil
zu werden, und es kann zu einer Interferenz zwischen benachbarten
Fäden führen.
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Die
Patente der Vereinigten Staaten Nr. 3.797.767; 3.999.715 und 6.158.689
offenbaren den Gebrauch von mit Nuten spiralförmig versehenen Rollen in Faserwickelmaschinen,
um einer Faser einen bestimmten Steigungswinkel aufzuerlegen, während dieselbe
auf eine Spule aufgewickelt wird. Der Gebrauch von mit Nuten versehenen
Rollen zum Aufrechterhalten einer Lagestabilität zwischen einer Vielzahl von
Fadenlinien auf einer einzelnen Rolle wird nicht beschrieben.
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Die
vorher erwähnten
Probleme gestalten die Verarbeitung von elastomeren Fasern mit einer
hohen Klebrigkeit besonders problematisch. Die Faserklebrigkeit
und die zugehörigen
Probleme wurden durch den Gebrauch von lokalen Faseradditiven (vor
dem Aufwinden) oder durch Abwickeln der Spule und erneutes Aufwickeln
derselben auf einen neuen Wickeldorn angegangen. Jedoch verursachen
beide Annäherungen
zusätzliche
Kosten. Des Weiteren erfordern einige Anwendungen (wie zum Beispiel
die Herstellung von gemusterten Artikeln) die Verwendung einer Faser
im Spinnzustand, welche im Wesentlichen frei von Appretur ist und deswegen
eine hohe Klebrigkeit aufweist.
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Das
Patent U.S. Nr. 4.792.101 an Van Boegaert et al. enthüllt ein
Verfahren zum Abwickeln eines Fadens von einer Spule in Webstühlen sowie
eine Anordnung hierfür.
Die Vorrichtung von Van Boegaert ist ausgerichtet auf das Abwickeln
eines Fadens und spricht das Abspulen von elastomeren Fasern nicht
an. Insbesondere werden elastomere Fasern mit einer hohen Klebrigkeit
nicht in Erwägung
gezogen. Des Weiteren erfordert die Vorrichtung nach Van Boegaert
eine aktive Kontrolle eines Abstandes zwischen einer Fadenführung und
einer Rolle, was eine zusätzliche
Komplexität
für die
Vorrichtung bedeutet.
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Das
Britische Patent 1.246.318 von Leger offenbart eine Vorrichtung
zur Herstellung von Stoffen. Leger ist ebenfalls auf das Stricken,
Weben und Spinnen ausgerichtet. Es besteht kein Hinweis auf ein
Abwickeln von elastomeren Fasern.
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Eine
schnelle und zuverlässige
Methode zum Entfernen von elastomeren Fasern mit hoher Klebrigkeit von
einer Spule stellt immer noch eine Notwendigkeit dar.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
schematisch die Versuchseinrichtung zum Abwickeln der Faser, welche
zum Erzielen der Daten in den Beispielen 1–4 gebraucht wird.
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2 zeigt
eine Perspektivzeichnung einer bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung zum Überkopfabwickeln
(OETO Vorrichtung).
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3 veranschaulicht
eine Perspektivansicht eines Teiles einer Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung,
einschließlich
einiger der Spulen, Fadenlinienführungen
und der ersten angetriebenen Rolle.
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4 ist
eine Draufsicht auf eine Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung.
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5A und 5B,
sind die Rück-
respektiv Seitenansichten einer Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
ersten Ausführung
liefert die vorliegende Erfindung eine Abwickelvorrichtung, umfassend
- a) einen Rahmen;
- b) eine an besagtem Rahmen befestigte Faserspulenhalterung,
zum Halten einer Faserspule um eine Drehachse, so dass wenigstens
eine Faser von besagter Faserspule in eine Richtung abspulen kann,
welche einen spitzen Winkel mit der Drehachse der Faserspule bildet;
- c) eine angetriebene Abzugswalze, um eine Faser von der Faserspule
mit einer vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeit abzuwickeln;
- d) eine erste Faserführung,
um eine von der Faserspule abgewickelte Faser zu der angetriebenen
Abzugswalze zu leiten, wobei die besagte erste Faserführung an
besagtem Rahmen so angebracht ist, dass:
- i. ein Abstand (d) von der ersten Faserführung bis zum Ende der Faserspule,
welche besagter ersten Faserführung
zugewandt ist, gemessen auf der Linie, welche von der Drehachse
der Faserspule definiert wird, gleich ist mit:
1) wenigstens
annähernd
0,41 m für
eine Faser mit Tack bzw. Klebrigkeit von größer als annähernd 2 Gramm OETO (unter Gebrauch
einer Überkopfabwicklungsmethode)
und weniger als annähernd
7,5 Gramm OETO; oder
2) von annähernd 0,71 m bis annähernd 0,91
m für eine
Faser mit Tack größer als
annähernd
7,5 Gramm; und
- ii) ein Winkel (θ),
definiert durch den Schnittpunkt der imaginären Linien entsprechend, respektiv,
der Drehachse der Spule und der Zentralachse der Eintrittsöffnung der
Faserführung,
gleich ist mit:
1) 0° bis
annähernd
30° für eine Faser
mit Tack größer als
annähernd
2 Gramm OETO und weniger als annähernd
7,5 Gramm OETO; oder
2) 0° bis
annähernd
10° für eine Faser
mit Klebrigkeitsniveaus größer als
annähernd
7,5 Gramm OETO.
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Die
Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung
kann des Weiteren noch zusätzliche
Faserführungen zwischen
der Spule und der besagten Abzugsrolle umfassen.
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Die
Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung
umfasst vorzugsweise ferner eine zweite Faserführung, angebracht zwischen
der Faserspule und der ersten Faserführung, um eine von der Faserspule
abgewickelte Faser zu leiten. Noch bevorzugter umfasst die Abwickelvorrichtung
gemäß der Erfindung
ferner eine dritte Faserführung,
angebracht zwischen der ersten Faserführung und der angetriebenen
Abzugsrolle.
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Die
Abwickelvorrichtung gemäß der Erfindung
kann auch noch eine vierte Faserführung umfassen, angebracht
zwischen der dritten Faserführung
und der angetriebenen Abzugsrolle.
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Wenigstens
eine der Faserführungen
kann eine Rillenwalze sein oder die angetriebene Abzugsrolle kann
eine Rillenwalze sein.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist wenigstens eine Faserführung
eine feststehende kreisrunde Führung,
die mit einer verschleißfesten
Oberfläche
in Berührung
mit der Faser versehen ist. Die kreisrunde Faserführung hat
vorzugsweise eine innere verschleißfeste Oberfläche derart,
dass die verschleißfeste
Oberfläche
die innere Fläche
eines Kreisrings darstellt.
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Bei
einer zweiten Ausführung
liefert die Erfindung eine Methode zum Abwickeln einer Faser, welche die
folgenden Schritte umfasst:
- a. Halten einer
Faserspule um eine Drehachse herum, so dass wenigstens eine Faser
von der Faserspule in eine Richtung abspulen kann, welche einen
spitzen Winkel mit der Drehachse der Faserspule bildet;
- b. Abspulen einer Faser von der Faserspule des Schrittes (a)
mit einer kontrollierten, vorgegebenen Geschwindigkeit;
- c. Kontrollieren der Richtung der besagten Faser des Schrittes
(a) durch Einfädeln
der Faser durch eine erste Faserführung; und
- d. Kontrollieren der Distanz (d) von besagter ersten Faserführung zum
Ende der Faserspule, welche besagter Faserführung zugewandt ist, gemessen
auf der Linie, welche durch die Drehachse der Faserspule bestimmt
wird, so dass besagte Distanz (in gleich ist mit:
i. wenigstens
annähernd
0,41 m für
eine Faser mit Tack größer als
annähernd
2 Gramm OETO und weniger als annähernd
7,5 Gramm OETO; oder
ii. von annähernd 0,71 m bis annähernd 0,91
m für eine
Faser mit Tack größer als
annähernd
7,5 Gramm;
- e. Festlegen eines Winkels (θ),
definiert durch den Schnittpunkt der imaginären Linien entsprechend, respektiv,
der Drehachse der Spule und der Zentralachse von besagter ersten
Faserführung,
welche senkrecht auf der Ebene der Öffnung steht, so dass der Winkel
(θ) gleich
ist mit:
i. 0° bis
annähernd
30° für eine Faser
mit Tack größer als
annähernd
2 Gramm OETO und weniger als annähernd
7,5 Gramm OETO; oder
ii. 0° bis
annähernd
10° für eine Faser
mit Klebrigkeitsniveaus größer als
annähernd
7,5 Gramm OETO.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird eine Faserspule (10)
durch eine (nicht gezeigte) zylindrische Stange in einer gewünschten
Ausrichtung gehalten. Der Durchmesser der Stange ist kleiner als
der Durchmesser des offenen Kerns der Spule, so dass die Spule über die
auf zweckmäßige Weise
positionierte Stange derart geschoben werden kann, dass die Faser
mit Hilfe einer Überkopfabwickelvorrichtung
von der Spule abgewickelt werden kann. Die Faser wird anschließend geführt, in
der genannten Reihenfolge, durch eine feststehende Faserführung 20 mit
einer im Wesentlichen kreisrunden Öffnung; eine angetriebene Abwickel-
bzw. Abzugsrolle 30, um welche die Faser über 360° gewickelt
wird, oder weniger; und eine zweite, angetriebene Aufnahmerolle
oder durch einen Satz von Rollen 50. Die feststehende Faserführung 20 besteht
typischerweise aus einer Öffnung,
deren innere Oberfläche
ein auf Hochglanz poliertes Keramikmaterial sein kann. Eine solche Oberfläche kann
einen hervorragenden Verschleißwiderstand
und einen niedrigen Reibungswiderstand liefern. Die eine oder mehrere
Aufnahmerollen 50, welche denjenigen Teil der Installation
des Herstellungsverfahren darstellen, an welchen die Faser geliefert
wird, werden mit einer verhältnismäßig höheren Geschwindigkeit
angetrieben als diejenige der ersten angetriebenen Abwickelrolle 30,
um auf diese Weise den gewünschten
Zug zu erzeugen. Ein Abstand (d) zwischen der Faserspule 10 und
der feststehenden Faserführung 20,
welcher wenigstens annähernd
0,43 Meter und vorzugsweise nicht mehr als annähernd 0,91 Meter beträgt, kann
beibehalten werden für
das Arbeiten mit Fasern mit einer hohen Klebrigkeit. Ein spitzer
Winkel (θ),
definiert durch den Schnittpunkt der imaginären Linien entsprechend, respektiv
der Drehachse der Spule und der Zentralachse der Öffnung der
feststehenden Faserführung,
welche senkrecht auf der Ebene der Öffnung steht, wird vorzugsweise
zwischen 0 und 30° gehalten
bei dem Arbeiten mit Fasern mit einer hohen Klebrigkeit. Mittel
zum Stabilisieren der Lage der Fadenlinie an der ersten angetriebenen
Abwickelrolle 30 können geliefert
werden durch, zum Beispiel, die Verwendung von einer oder von mehreren
zusätzlichen
Faserführungen 60, 70, 80 und/oder
einer größeren Anzahl
von Rillen an der Oberfläche
der ersten angetriebenen Abwickelrolle 30, wobei besagte
Rillen im Wesentlichen senkrecht zu der Rollenachse stehen und im
Wesentlichen parallel zu der Richtung der Fortbewegung der Fadenlinie
verlaufen.
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Abstände von
weniger als 0,41 Meter können
zu unerwünscht
großen
Spannungsänderungen
führen. Diese
Spannungsänderungen
können
Schwierigkeiten bei der Kontrolle des Prozesses verursachen und
sie können
auch zum Reißen
der Fadenlinie führen.
Abstände
von mehr als 0,91 Meter können
die Abwickeleinrichtung weniger kompakt und ergonomisch weniger
günstig
gestalten. In dem Maße
wie das von der Faser gezeigte Klebrigkeitsniveau zunimmt, vergrößert sich
der zulässige
minimale Abstand d. Für
Fasern mit Klebrigkeitsniveaus größer als annähernd 2 und kleiner als annähernd 7,5
beträgt
d vorzugsweise mindestens ungefähr
0,41 Meter, und für
Fasern mit Klebrigkeitsniveaus größer als annähernd 7,5 beträgt d vorzugsweise wenigstens
ungefähr
0,71 Meter.
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In
dem Maße
wie das von der Faser gezeigte Klebrigkeitsniveau zunimmt, nimmt
der maximal erlaubte Winkel θ ab.
Die Richtungsänderung
der Fadenlinie, wenn sie durch die erste feststehende Faserführung hindurchgeht,
was gemessen wird als Funktion von θ, ist vorzugsweise begrenzt,
und zwar zwischen 0° und
annähernd
30° für Fasern
mit Klebrigkeitsniveaus größer als
annähernd
2 und geringer als annähernd
7,5 und zwischen 0° und
annähernd
10° für Fasern
mit Klebrigkeitsniveaus größer als
annähernd
7,5. Größere Winkel können zu übermäßigen Änderungen
bei der Spannung und dem Zug der Fadenlinie führen, oder sogar zum Bruch
der Fadenlinie.
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Die
gewünschte
Lagestabilität
der Fadenlinie kann durch Anbringen von Rillen an der Oberfläche der ersten
angetriebenen Abwickelrolle 30 gesichert werden. Solche
Rillen lassen ebenfalls einen kleineren Abstand zwischen den Fadenlinien
zu und minimieren auf diese Weise die Abmessungen der Einrichtung.
Die sich ergebende Stabilität
der Position der Fadenlinie gestattet ebenfalls ein Eingreifen des
Bedienungspersonals, um Probleme an der Fadenlinie zu beheben, während der
Prozess weiterläuft,
dies mit einem geringeren Risiko einer Störung der angrenzenden Fadenlinien.
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Führungen
für die
Fadenlinien können
zusätzlich
zu oder anstelle von Rillenwalzen benützt werden, um der Fadenlinie
Stabilität
zu verleihen und um die Fadenlinie entlang eines gewünschten
Weges zu leiten. Von den verschiedenen verfügbaren Führungen für Fadenlinien werden unverlierbare
Rollenführungen
bevorzugt. Es wurde gefunden, dass die Verwendung einer einzelnen,
vorher beschriebenen, ersten angetriebenen Abwickelrolle 30 hervorragende
Prozessleistungen gewährleistet,
ohne einer Notwendigkeit die mechanisch komplexeren und teureren
Quetschwalzen zu benützen,
so wie dies in der oben erwähnten
Research Disclosure, item 37922 beschrieben worden ist. Eine Umwicklung
von 360° oder
weniger der Fadenlinie um die Abwickelrolle 30 minimiert
den Kontakt von Faser zu Faser und die Möglichkeit einer mit einem solchen
Kontakt zusammenhängenden
Faserbeschädigung.
Eine Berührung
von weniger als 360° zwischen
der Fadenlinie und der Abwickelrolle 30 kann erreicht werden
durch die angemessene Positionierung einer Fadenlinienführung, welche
sofort nach der Rolle angebracht ist, um die Faser von der Rollenoberfläche abzuheben
kurz bevor eine komplette 360° Windung
erreicht wird.
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Das
Verfahren, durch welches die Abwickelvorrichtung gemäß dieser
Erfindung ausgeübt
werden kann, impliziert die folgenden Schritte, unter Bezugnahme
auf die 2, 3, 4, 5A und 5B: a)
Anbringen der Faserspulen an ihren respektiven Montagestangen; b)
Befestigen des vorderen Endes der Faser von jeder in Bereitschaft
stehenden Rolle 300' oder 400' an das Abschlussende
ihrer entsprechenden aktiven Rolle 300 oder 400,
respektiv; c) Leiten des vorderen Abschlussendes einer jeden aktiven
Spule durch ihre respektive feststehende Faserführung 100 oder 100', dann mit einer
Umwicklung von 360° oder
weniger um die erste angetriebene Abwickelrolle 800 und
ein anschließendes
Bewirken eines Einfädelns
derselben in eine Aufnahmevorrichtung, welche in den 2–5 nicht gezeigt ist (als 50 in 1 ausgewiesen)
(diese Vorrichtung, typischerweise eine angetriebene Rolle oder
ein Satz von angetriebenen Rollen, stellt jenes Element des Herstellungsverfahrens
dar, welches als erstes die Faser aufnimmt, wenn dieselbe aus der
Abwickelvorrichtung austritt); d) Einleiten des Drehens der ersten
Abwickelrolle 800 und der Aufnahmevorrichtung (nicht gezeigt);
bei gleichzeitiger e) Kontrolle der Oberflächengeschwindigkeit einer jeden
derselben derart, dass die Oberflächengeschwindigkeit der Rolle(n)
(nicht gezeigt) diejenige der Abwickelrolle 800 übersteigt,
und zwar um denjenigen Prozentsatz, welcher der gewünschten
Faserdehnung (oder dem Zug) entspricht; f) Ersetzen einer jeden
aktiven Spule 300 oder 400, wenn sie leer wird,
durch diejenige, welche nun eine in Bereitschaft stehende Spule
wird; und g) Verknüpfen
des vorderen Endes der Faser dieser neuen in Bereitschaft stehenden Spule 300 oder 400 mit
dem Abschlussende der nun aktiven Spule 300' oder 400'. Eine Wiederholung der Schritte
f und g (oder a und b), so wie erfordert, gestattet einen ununterbrochenen
Betrieb. So wie vorher beschrieben, kann die Lagestabilität der Fadenlinien
durch die Anwendung einer gerillten Abwickelrolle 800, und/oder
von zusätzlichen
Fadenlinienführungen
erreicht werden. Im Falle wo eine Rillenwalze benützt wird, da
umfasst der obige Schritt c ebenfalls das Anordnen jeder Faser in
ihrer entsprechenden Rille. Im Falle wo zusätzliche Fadenlinienführungen
verwendet werden, müssen
zusätzliche
Schritte zu der vorherigen Prozedur hinzugefügt werden, um jede Faser durch
ihre respektive, zusätzliche
Faserführung
in derjenigen Reihenfolge eingefädelt
wird, in welcher eine solche Führung
angetroffen wird.
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Die 2–5A & 5B veranschaulichen
eine bevorzugte Ausführung
einer Überkopfabwickelvorrichtung
für Spandexfaser
mit einer hohen Klebrigkeit. Zum Zweck einer verbesserten Klarheit
werden die Fadenlinien nicht gezeigt. So wie in den 2, 3 und 4 gezeigt,
besitzt die Überkopfabwickelvorrichtung
(OETO) für
Fasern die Fähigkeit,
die Verarbeitungslinie mit acht (8) Fadenlinien zu speisen, was
ein Fassungsvermögen
für sechzehn
(16) Spulen erfordert. Jede Fadenlinie, welche von einer
aktiven Spule an die erste statische Faserführung 100 oder 100' beliefert wird,
wird in der horizontalen Ebene gehalten. Die Spulen sind in vertikalen
Etagengestellen 200 montiert, wobei jedes Etagengestell
vier (4) Spulen 300, 300', 400, 400' enthält. Die
vier Spulen sind paarweise angeordnet, wobei ein jedes Paar aus
einer aktiven Spule 300 oder 400 und einer in
Bereitschaft stehenden Spule 300' und 400' besteht.
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Bezug
wird genommen auf die 4, 5A und 5B,
dort führt
jede Fadenlinie von einer aktiven Spule 300 oder 400 durch
eine erste feststehende Faserführung 100 oder 100' und anschließend durch
eine unverlierbare Rollenführung 500 an
dem horizontalen Zentrum der Abwickelvorrichtung. Alle drei von
diesen Elementen liegen im Wesentlichen auf derselben horizontalen
Ebene.
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Mit
Bezug auf 5A wird die Fadenlinie anschließend nach
oben oder nach unten gerichtet, abhängig von der Reihe/Ebene, aus
welcher sie herkommt, zu dem vertikalen Zentrum der Abwickelvorrichtung.
Am vertikalen Zentrum der Abwickelvorrichtung wird jede der Fadenlinien
durch ihre entsprechende unverlierbare Rollenführung 600 geführt und
anschließend
horizontal durch ihre entsprechende feststehende Führung 700 geleitet.
Schlussendlich werden die Fadenlinien um 360°, oder weniger, um eine horizontale
angetriebene Abwickelrolle 800 gewickelt. Die angetriebene
Abwickelrolle 800 (in 3 gezeigt)
wird mit acht Rillen 900 veranschaulicht, durch welche
die Fadenlinien hindurch laufen. Die Rillentiefen betragen 0,38
mm und der Abstand zwischen den Rillen beträgt 15 mm. Die Rillen sind eine
fakultative Ausführung
der horizontalen angetriebenen Abwickelrolle 800; alternativ
könnte
die angetriebene Rolle eine glatte Oberfläche aufweisen.
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Die
folgenden Beispiele enthalten Versuche mit Lycra® XA® Fasern,
welche keine an der Stelle aufgetragene Appretur besitzen.
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BEISPIEL 1
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Die
zum Erreichen der Daten für
dieses und für
die folgenden Beispiele verwendete Versuchseinrichtung könnte auf
verschiedene Art und Weisen konfiguriert werden, wie zum Beispiel
wahlweise indem verschiedene Auslegungselemente eingeschlossen oder
ausgeschlossen werden und indem die Reihenfolge von verschiedenen
Elementen verändert
wird. Die Konfiguration der für
dieses Beispiel verwendeten Einrichtung bestand mit Bezugnahme auf 1 aus
folgenden Elementen, aufgelistet in der Reihenfolge wie sie von
der sich weiterbewegenden Fadenlinie angetroffen werden: Faserspule 10,
feststehende Faserführung 20,
erste, angetriebene Abzugs- bzw. Abwickelrolle 30, Spannungssensor 40 und
angetriebene Aufnahmerollen 50.
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Die
Geometrie der Versuchseinrichtung und andere experimentelle Versuchsbedingungen
werden nachstehend zusammengefasst.
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Die
Abstände
zwischen der feststehenden Faserführung 20 und der ersten
angetriebenen Abzugsrolle 30, zwischen der ersten angetriebenen
Abzugsrolle 30 und dem Spannungssensor 40 und
zwischen der ersten angetriebenen Abzugsrolle 30 und der
Aufnahmerolle 50 beliefen sich auf beziehungsweise 0,22,
1,94 und 2,1–3,4
Meter. In diesem Beispiel war die erste angetriebene Abzugsrolle 30,
mit einem Durchmesser von 8,89 cm, nicht gerillt. Die Fadenlinie
wurde in horizontaler Lage (relativ zu dem Boden) gehalten und ihre
Richtungsänderung
innerhalb dieser horizontalen Ebene, wenn sie die feststehende Faserführung passierte,
wurde konstant bei 0° θ gehalten.
Der Abstand zwischen der Spule 10 und der ersten Faserführung wurde
geändert.
Die Fadenlinie wurde um 360° um
die erste angetriebene Abtriebsrolle 30 herum gewickelt.
Der Zug der Fadenlinie wurde gesteuert mit 2,15x, indem die Oberflächengeschwindigkeiten
der ersten angetriebenen Abzugsrolle 30 bei 93,4 Meter/Minute
aufrechterhalten wurden und die Geschwindigkeit der Aufnahmerollen 50 bei
294,3 Meter/Minute lagen.
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Die
Spannungsdaten (in Gramm ausgedrückt)
wurden mit einer Datenregistriereinrichtung Model PDM-8 und einem
Sensor Model TE-200-GCE-DC (Electromatic Equipment Co) gesammelt.
Der Durchschnitt sämtlicher
Spannungsmessungen wurde über
eine Betriebszeitspanne von fünf
Minuten unter Einsatz einer Datenprobenahmefrequenz von annähernd 82
Proben/Sekunde genommen.
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Der
mittlere „Spannungsbereich" wurde folgendermaßen festgelegt:
innerhalb jedes 1,25-Sekundenzeitabstandes
zwischen den Spannungsmessungen wurden die minimalen und die maximalen
Spannungsniveaus erfasst (Ergebnis von 103 Datenpunkten). Der mittlere
Spannungsbereich wurde berechnet durch Mittelwertbildung der Differenzen
(zwischen den minimalen und den maximalen Werten) über eine
Laufzeit von 5 Minuten.
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Die
bewertete Faser in diesem Versuch war eine im gesponnenen Zustand
vorliegende Lycra® XA Spandex (eingetragenes
Warenzeichen von E.I. Du Pont de Nemows and Company) mit einer linearen
Dichte von 620 dtex (Dezigramm pro Kilometer).
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Tabelle
1 zeigt die Schwankungen der Spannung der Fadenlinie, so wie dieselbe
an dem Sensor
40 gemessen wird, wenn der Abstand bzw. die
Distanz, d, zwischen der Spule
10 und der feststehenden
Faserführung
20, über eine
Wegstrecke hinweg verändert
wird, über
eine Distanz von 0,25 und 0,81 Meter. TABELLE
1
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Tabelle
1 beweist, dass die Fadenspannung (ausgedrückt entweder als mittlerer
Spannungsbereich oder als maximale Spannung) abnimmt, wenn der Abstand
zwischen der Spule und der feststehenden Faserführung zunimmt. Minimale Spannungen,
nicht in der Tabelle angezeigt, lagen im Bereich von annähernd 0,6 bis
1,4 Gramm. Unerwarterweise wurde herausgefunden, dass es einen minimalen
Abstand von annähernd 0,41
Meter gibt, unterhalb dessen das absolute Spannungsniveau und die
Veränderlichkeit
der Spannung (wie sie durch die Aufnahme der maximalen Spannung
zu dem Abstand bemerkt wird) bis auf ein unannehmbar hohes Niveau
hochschnellt, welches erkenntlich ist durch das Auftreten von Unterbrechungen
der Fadenlinien, welchen üblicherweise
ein verhältnismäßig steiler
Anstieg im mittleren Spannungsbereich vorausgeht.
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BEISPIEL 2
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Es
wurde dieselbe Versuchseinrichtung wie in Beispiel 1 gebraucht,
welche jedoch konfiguriert war, um etwas genauer der bevorzugten
Ausführung
des Aufbaus der OETO (Überkopfabwickelvorrichtung)
zu entsprechen. Bezugnehmend auf 1 umfasste
die Vorrichtung die folgenden Elemente in der Reihenfolge, so wie
sie von der sich in Bewegung befindlichen Fadenlinie angetroffen
wurden: Faserspule 10, unverlierbare Rollenführung 60,
feststehende Faserführung 20,
unverlierbare Rollenführung 70,
erste angetriebene Abzugsrolle 30, unverlierbare Rollenführung 80,
Spannungssensor 40 und angetriebene Aufnahmerollen 50.
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Die
Abstände
zwischen der feststehenden Faserführung 20 und der ersten
angetriebenen Abzugsrolle 30, zwischen der ersten angetriebenen
Abzugsrolle 30 und dem Spannungssensor 40 und
zwischen der ersten angetriebenen Abzugsrolle 30 und den
Aufnahmerollen 50 beliefen sich auf beziehungsweise 0,43,
0,51 und 2,43 Meter. Die erste angetriebene Abzugsrolle 30 war
eine einzelne Rolle, welche eine einzige Rille mit einer Tiefe von
0,38 mm besaß.
Der Faden wurde wiederum in einer horizontalen Ebene gehalten. Der
Abstand zwischen der Spule 10 und der feststehenden Faserführung 20 wurde
bei 0,65 Meter konstant gehalten, während der Winkel θ verändert wurde.
Der Zug an der Fadenlinie wurde bei 4x aufrechterhalten, durch das
Regeln der ersten angetriebenen Abzugsrolle 30 und respektiv
der Aufnahmerollen 50, mit Oberflächengeschwindigkeiten von 68,6
und 274,3 Meter/Minute.
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Zusätzlich zu
der Überwachung
der Fadenlinienspannung, wie in Beispiel 1, wurden die Spannungsspitzen
ebenfalls aufgezeichnet. "Spannungsspitzen" sind die mittlere
Anzahl von plötzlichen
Zunahmen der Spannung von mehr als 25 Gramm über der Basislinienspannung
während
einer 5-Minuten Periode.
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Mehrere
Lycra® XA® Spandexfasern
im gesponnenen Zustand, welche verschiedene Klebrigkeitsniveaus
zeigten, wurden bewertet. Die Klebrigkeitsniveaus wurden gekennzeichnet,
und zwar durch das Messen der Spannung (in Gramm) der OETO (Überkopfabwickelung)
durch die folgenden Methoden: Die Faserspule und eine keramische
Schweineschwanzführung
wurden 0,61 Meter voneinander entfernt montiert, so dass sie Achsen
der beiden sich direkt auf einer Linie befanden. Die Faser wird
von der Faserspule in Überkopfmethode mit
einer Fadenliniengeschwindigkeit von 50 Meter/Minute abgezogen,
durch die Faserführung
und durch den Spannungssensor.
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Tabelle
2 zeigt die Änderungen
der Spannungen der Fadenlinie wenn der Winkel θ zunimmt; wobei Θ definiert
wird als der spitze Winkel, erstellt durch den Schnittpunkt der
imaginären
Linien entsprechend, respektiv zu der Drehachse der Spule
10 und
der Zentralachse der Öffnung
der feststehenden Faserführung
20, welche
senkrecht zur Ebene der Öffnung
steht. TABELLE
2
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Die
Prüfung
der Daten in der oben angeführten
Tabelle enthüllt
ein unerwartetes Verhältnis
zwischen der Fadenlinienspannung und dem Winkel zwischen den Zentrallinien
der Spule 10 und der feststehenden Faserführung 20.
Wenn der Winkel zunimmt, dann nimmt die Fadenlinienspannung ebenfalls
zu, und es häuft sich
das Vorkommen von Spannungsspitzen. Bei genügend großen Winkeln kann ein Reißen der
Fadenlinie vorkommen. Die Empfindlichkeit der Fadenlinienspannung
zu dem von der Fadenlinie durchquerten Winkel, wenn dieselbe durch
die Faserführung 20 hindurch
passiert, ist von den Eigenschaften der Faser abhängig. Die
Daten der Tabelle 2 zeigen an, dass die durch eine höhere Klebrigkeit
gekennzeichneten Fasern eine höhere
Empfindlichkeit der Fadenlinienspannung in Bezug auf diesen Winkel
aufweisen. Für
einige Fasern, welche ein außergewöhnlich hohes
Klebrigkeitsniveau aufweisen, ist der Winkel, worüber ein
Fadenlinienabriss nicht vermieden werden kann, kleiner als annähernd 10°.
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BEISPIEL 3
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Diese
Versuchsreihe, die unter Verwendung der vorher beschriebenen Versuchseinrichtung
durchgeführt
und wie in Beispiel 2 konfiguriert wurde, war eine Bewertung der
Auswirkung des Winkels auf die Fadenlinienspannung für Fasern
mit verschiedenen Klebrigkeitsniveaus. Der Abstand, d, zwischen
der Spule
10 und der feststehenden Faserführung
20 wurde
bei 0,65 Meter konstant gehalten. Der Fadenlinienzug wurde bei 4x durch
das Steuern der ersten angetriebenen Abzugsrolle
30 und
der respektiven Aufnahmerollen
50 gehalten, dies mit Oberflächengeschwindigkeiten
von 68,6 und 274,3 Meter/Minute. Sämtliche andere Versuchsbedingungen
waren dieselben wie in Beispiel 2 beschrieben. Die Daten sind in
Tabelle 3 zusammengefasst. TABELLE
3
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Die
in diesen Versuchsreihen getesteten Fasern mit hoher Klebrigkeit
sind die gleichen wie zwei von den in dem Beispiel 2 getesteten
Fasern. Ein Vergleich der Daten für diese beiden gleichen Fasern
in den Tabellen 2 und 3, zeigt dass die Fadenlinienspannung mit
steigendem Winkel größer wird,
und dass ein Bruch der Fadenlinie bei übermäßig hohen Winkeln vorkommen
kann. (Im Gegensatz dazu können
Fasern mit einer Appretur noch bis und einschließlich von Winkeln von 90° verarbeitet
werden, ohne Zunahme der Fadenlinienspannung, ohne Vorkommen von
Spannungsspitzen und ohne Eintreten von Fadenbrüchen. Wenn Lycra® XA®,
T-162C Faser, 924 dtex den, Merge 16795 (lot 1019), Appretur, mit
einer Klebrigkeit von 1,406, unter Winkeln von 0–90° verarbeitet wurde, dann fand
keine Zunahme der Fadenlinienspannung und der Spannungsspitzen statt).
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Die
Daten beweisen, dass eine Begrenzung des Winkels, welchen die Fadenlinie
durchläuft,
wenn sie durch die erste feststehende Faserführung passiert, einen ununterbrochenen
Herstellungsprozess verschafft, selbst für Fadenlinien mit einer hohen
Klebrigkeit.
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BEISPIEL 4
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Diese
Versuchsreihe, unter Verwendung der vorher beschriebenen Versuchseinrichtung
und wie in Beispiel 2 konfiguriert, bewertete die Auswirkung des
Abstandes d zwischen der Spule
10 und der feststehenden
Faserführung
20 auf
die Fadenlinienspannung für
Fasern mit verschiedenen Klebrigkeitsniveaus. Der Winkel θ wurde bei
22° konstant
gehalten. Der Fadenlinienzug wurde bei 4x gesteuert und die Aufnahmegeschwindigkeit
bei 274,3 Meter/Minute gehalten. TABELLE
4
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Die
Versuchsergebnisse für
diese Fasern weisen einen minimalen Abstand zwischen der Spule und der
feststehenden Faserführung
auf, unterhalb dessen die Fadenlinienspannung und die Durchschnittsspannung
unannehmbar zunehmen. Der Wert dieses Minimums ist abhängig von
dem Klebrigkeitsniveau der Faser, welche getestet wird. Im Gegensatz
hierzu besteht praktisch kein Einfluss des Abstandes von Spule zu
feststehender Faserführung
auf Lycra® Spandex
mit niedrigerer Klebrigkeit. Diese Resultate unterstreichen die Schwierigkeit
beim Aufrechterhalten der Verfahrensbedingungen für einen
reibungslos verlaufenden Prozess mit Fasern mit einer hohen Klebrigkeit.
Die vorliegende Erfindung erlaubt mit Erfolg das Steuern von Prozessen,
welche solche Fasern verwenden.
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BEISPIEL 5
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Ein
Versuch zum Betreiben der Abwickelvorrichtung gemäß dieser
Erfindung wurde durchgeführt,
so wie in den
2-
5 dargestellt,
unter großtechnischen
Herstellungsbedingungen und der Verwendung von Fasern, welche durch
verschiedene Klebrigkeitsniveaus gekennzeichnet waren. Tabelle 5
fasst diese Versuchsergebnisse zusammen. Die Daten wurden so wie
in der vorhergehenden Beispielen erzielt, mit der Ausnahme, dass
jede der angeführten
Spannungsmessungen den Durchschnitt von wenigstens 4 einzelnen Messungen darstellt,
wobei eine jede Messung aus einer Hülse besteht, welche über eine
Periode von 10 Minuten lief. Ähnlich
stellt jede Anzahl von Spannungsspitzen, wie in Tabelle 5 aufgelistet,
die Durchschnittsanzahl von Spitzen dar, welche größer sind
als 25 Gramm über
der Basislinienspannung während
einer Periode von 10 Minuten. Die Messungen wurden an Spulen vorgenommen,
welche fast voll (Oberfläche)
oder fast leer (Kern) waren. Kernmessungen sind jene mit einer annähernden
Dicke von 1,6 cm am verbleibenden Garn auf der Hülse. Von den 5 angewandten
Fasern im gesponnenen Zustand liefen 4 ohne Betriebsschwierigkeiten.
Eine Faserprobe, Merge 1Y331, führte
zu einem inakzeptablen Auftreten von Spannungsspitzen. Diese Faser
zeigte ein ungewöhnlich
hohes Klebrigkeitsniveau, sogar als Faser im gesponnenen Zustand,
wie dies durch die Tatsache bewiesen wird, dass der durchschnittliche
Spannungsbereich mehr als 60% höher
lag als jener der Faser, welche das nächst höchste Klebrigkeitsniveau zeigte. TABELLE
5
