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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung
der Spannung in laufenden Garnen. Genauer kompensiert sie Spannungsveränderung
im Verlauf einer Prozeßzeit
und führt
zu gleichbleibender Strangspannung, was für den nächsten stromabwärts folgenden
Verfahrensschritt oft erwünscht
ist.
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Zahlreiche
Arten von Spannvorrichtungen sind bekannt zum Zweck der Erhöhung der
Spannung in einem laufenden Strang. Zu diesen gehören zumeist
Vorrichtungen, die dem durchlaufenden Garn Spannung hinzufügen. Einige
von ihnen üben Druck
auf das durchlaufende Garn aus, was wiederum Spannung zufügt, beruhend
auf dem Produkt der aufgebrachten Kraft mal dem Reibungskoeffizienten. Andere
lenken den laufenden Strang um einen oder mehrere Pfosten herum
ab und erhöhen
durch diese Ablenkungen die Spannung in Abhängigkeit von Ablenkungswinkel
und dem Reibungskoeffizienten zwischen dem laufenden Strang und
der Ablenkungsfläche.
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Weiter
entwickelte Strangspannsysteme verwende komplexe und teure elektronische
Mittel zum Messen der Strangspannung und zur elektronischen Veränderung
der aufgebrachten Spannung mit einer geschlossenen Rückkopplungsschleife,
um eine konstante Ausgangsspannung zu erreichen. Deren hohe Kosten
verbieten ihre Anwendung für
die meisten außer
außerordentlich
empfindlichen Anwendungen.
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US-A-1965363
beschreibt eine Spannvorrichtung mit einem Spannelement, durch welches eine
Bremswirkung aufgebracht wird. Das Spannelement bewegt sich in Richtung
auf ein entgegengesetztes Spannelement zu und von diesem weg längs einer
Linie mit Bewegungskomponenten parallel und senkrecht zum entgegengesetzten
Spannelement und der Linie des Stranglaufs.
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JP-A-60
082571 beschreibt einen Mechanismus zum Aufbringen von Spannung
auf einen Faden, der zwischen einem Paar von Druckflächen läuft, durch
Reibungskraft und einen Mechanismus zur Verringerung von Schwankung
der dem Faden aufgebrachten Spannung.
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Die
in dieser Anmeldung offenbarte Erfindung verwendet eine Spannungsregelvorrichtung
die aus zwei Reibplatten besteht, zwischen denen der Strang läuft. Sie
erreicht eine konstante Ausgangsspannung durch Verringerung der
zwischen diesen zwei Reibplatten aufgebrachten Spannung um den gleichen
Wert wie der Betrag der Stromaufwärtsspannung des Garns. Da die
gesamte Stromabwärtsspannung
die Summe der Stromaufwärtsspannung des
Spannungsreglers und der durch den Spannungsregler zugefügten Spannung
ist, ist die Stromabwärtsspannung
in der offenbarten Erfindung konstant.
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Für weitere
Einzelheiten der Definition der Vorrichtung in Merkmalen, für die Schutz
beansprucht wird, wird Bezug genommen auf die folgenden Patentansprüche 1 bis
11.
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In
einem bevorzugten Verfahren dieser Erfindung wird ein Keil zwischen
eine feste Nockenfläche und
eine der zwei Reibscheiben geschoben, welche ihrerseits den laufenden
Strang mit der zweiten feststehenden Reibplatte einzwängt. Der
laufende Strang wird um die bewegliche Reibscheibe herum abgelenkt
und seine Stromaufwärtsspannung
wirkt der Schubkraft des Keils entgegen, wodurch die auf den laufenden
Strang wirkende Kompressionskraft verringert wird. Eine konstante
Ausgangsspannung wird erreicht, indem für diesen Keil der richtige
Steigungswinkel gewählt
wird.
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Vorzugsweise
ist ein Strangspannungsregler vorgesehen, um eine im wesentlichen
gleichbleibende Strangspannung zur Abgabe an eine stromabwärts folgende
Verarbeitungsstation aufrechtzuerhalten.
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Vorzugsweise
ist ein Strangspannungsregler vorgesehen, der es ermöglicht,
eine gewünschte Spannungshöhe und Spannungsgleichmäßigkeit stromabwärts vom
Strangspannungsregler einzustellen.
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Vorzugsweise
ist ein Strangspannungsregler vorgesehen, der Mittel aufweist, um
die Strangspannung an einer Mehrzahl von Fäden, die verarbeitet werden,
gleichmäßig und
gleichzeitig einzustellen.
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Vorzugsweise
ist ein Mehrfachsatz von Strangspannungsreglern vorgesehen, bei
denen die gewünschte
Spannungshöhe
in allen Fäden
gleichzeitig verändert
werden kann, um eine spezifische Anforderung in einer stromabwärts folgenden
Strangverarbeitungsstation zu erfüllen.
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Vorzugsweise
ist ein Mehrfachsatz von Strangspannungsreglern vorgesehen, bei
denen die gewünschte
Spannungshöhe
in allen Fäden
gleichzeitig verändert
werden kann. Vorzugsweise ist die Anordnung so, daß jede Einheit
einzeln fein eingestellt werden kann, um sie für spezifische Anforderungen
in einer stromabwärts
folgenden Strangverarbeitungsstation geeignet zu machen.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können sämtlich oder teilweise erreicht
werden, indem ein Strangspannungsregler mit der Möglichkeit
zur Verringerung einer Kompressionskraft des Spannungsreglers auf
den Strang, um eine gewünschte
Spannung zu erhalten, geschaffen wird. Wenn der zulaufende Strang
keine Spannung hat, wird die volle Kompressionskraft durch den Spannungsregler
auf das Garn aufgebracht. Wenn der einlaufende Strang Spannung hat,
wird die Kompressionskraft entsprechend verringert.
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Die
Kompressionskraft kann der Spannvorrichtung durch mechanische Mittel
geliefert werden.
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Die
Kompressionskraft kann der Spannvorrichtung durch Fluidmittel geliefert
werden.
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Die
Kompressionskraft kann der Spannvorrichtung durch elektrische Mittel
geliefert werden.
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Die
Kompressionskraft kann der Spannvorrichtung durch permanent magnetische
Mittel geliefert werden.
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In
den im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ist ein mechanischer Strangspannungsregler
vorgesehen, der einen Strangführungseinlaß aufweist,
der den einlaufenden Strang teilweise um die bewegliche Spannscheibe ablenkt
und den Strang zwischen einer stationären Spannscheibe und einer
beweglichen Spannscheibe führt,
und es ist eine kraftaufbringende Feder und ein Keil zwischen der
beweglichen Spannscheibe und einer stationären Nockenfläche und
einer Strangauslaufführung
vorgesehen. Die Feder drückt
den Keil zwischen die feste Nockenfläche und die bewegliche Spannscheibe
und übt
auf den zwischen den zwei Spannscheiben laufenden Strang eine Kompressionskraft
aus. Die Kompressionskraft der Feder kann teilweise aufgehoben werden
durch die resultierende Ablenkkraft des einlaufenden Stranges um
eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung im Stromabwärtsstrang
zu erhalten.
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Vorzugsweise
verwendet die Erfindung übliche
Spannscheiben, wie sie in den meisten Spannvorrichtungen verwendet
werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels in den beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin
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1 ist
eine perspektivische Ansicht des Spannungsreglers gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Gesamtansicht des Spannungsreglers mit einer
Darstellung der Laufstrecke des Stranges vom Vorrat zur Aufnahme gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ist
eine Seitenansicht des Spannungsreglers, wobei der Strang nach links
austritt;
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4 ist
eine Draufsicht des Spannungsreglers mit entferntem Kopfteil, um
das Innere des Spannungsreglers zu zeigen;
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5 ist
eine Explosionsansicht des Spannungsreglers, wobei alle Teile gezeigt
sind. Mittellinien verbinden die Einzelteile zur Erleichterung des Verständnisses
wie die Teile zusammenpassen;
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6 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht des Spannungsreglers mit dem
eingelegten Strang und der auf einen Keil ausgeübten einstellbaren Belastungskraft;
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7 ist
ein Kräftediagramm
mit Null Spannung stromaufwärts
und zeigt wie die Belastungskraft die auf die Spannscheiben wirkende
Kompressionskraft erzeugt;
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8 ist
ein Kräftediagramm
mit nominaler Stromaufwärtsspannung
und zeigt wie die Belastungskraft durch die Stromaufwärtsspannung
verringert wird;
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9 ist
eine Frontschnittansicht des Spannungsreglers mit einer zentralen
Einstellung der Belastungskraft durch einen Luftschlauch;
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10 ist
eine Frontschnittansicht des Spannungsreglers mit zentraler Einstellung
der Belastungskraft durch elektromagnetische Kraft;
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11 ist
eine Frontschnittansicht des Spannungsreglers mit der Einstellung
der Belastungskraft durch einen Permanentmagneten;
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12 ist
ein alternatives Verfahren, wobei der Keil der 6 durch
Gestänge
ersetzt ist, die ähnliche
Kraftcharakteristika erreichen;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht des Spannungsreglers gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung mit einer schwimmenden Führung, welche die Spannscheibe
berührt;
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14 zeigt
die Kräfte
und deren Winkel, die am Spannungsregler wirksam sind;
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15 zeigt
wie die Spannungsregler durch eine gemeinsame elektrische Stromversorgung
zentral gesteuert werden können.
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Mit
besonderem Bezug auf die Zeichnungen ist in 1 ein Spannungsregler 1 allgemein
gezeigt als ein Teil einer Strangspannungsregelvorrichtung mit einer
Strangvorratsspule und einem Strangaufnahmemechanismus. Eine Vorratsspule 2 gibt
den stromaufwärts
zulaufenden Strang 3 ab, der durch eine Einlaßführung 4 in
den Spannungsregler 1 eintritt. Der stromabwärts ablaufende
Strang 5 verläßt den Spannungsregler 1 durch
die Auslaßführung 6 und
wird durch die Aufnahmespule 7 aufgewickelt.
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2 zeigt
in perspektivischer Ansicht den Spannungsregler 1 mit einem
Träger 8,
der zur Klarheit transparent gezeigt ist. Eine feststehende Scheibe 9 ist,
wie gezeigt, unterhalb einer beweglichen Scheibe 10 angeordnet.
Eine Keilplatte 11 ist innerhalb der beweglichen Scheibe 10 verriegelt.
Eine Vorspannfeder 12 ist auf einer Seite durch eine Einstellschraube 13 gehal ten,
die in eine Bohrung im Träger 8 eingesetzt
ist. Die andere Seite der Einstellfeder 12 drückt gegen
die Keilplatte 11. Zwei Kugeln 14 sind zwischen
einem Keilschlitz 15 in der Keilplatte 11 auf
einer Seite und in einem Trägerschlitz 16 im Träger 8 angeordnet,
um die Reibung zwischen dem festen Träger 8 und der gleitenden
Keilplatte 11 zu verringern, die ihrerseits an der beweglichen
Scheibe 10 befestigt ist.
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In 3 sind
die gleichen Teile in Frontansicht gezeigt. Besonders bemerkenswert
ist der Keilwinkel 23, der eine wichtige Rolle in der Funktion
des Spannungsreglers spielt.
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In 4 ist
ein Schnitt im oberen Teil des Spannungsreglers 1 gezeigt,
bei dem der obere Teil des Trägers 8 entfernt
ist.
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5 ist
eine Explosionsansicht des Spannungsreglers 1, dessen sämtlichen
Teile gezeigt sind. Mittellinien verbinden die Einzelteile um das Verständnis zu
erleichtern, wie die Teile zusammenpassen. 5 zeigt
auch die selbstregulierende Montage der stationären Scheibe 9, die
mit ihrem Mittelloch 18 auf den Haltedorn 17 des
Trägers 8 paßt. Das
gewährleistet
einen gleichmäßigen Kontakt
zwischen den zwei Kontaktflächen 19 der
stationären Scheibe 9 und
der beweglichen Scheibe 10.
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6 ist
eine schematische Darstellung des Spannungsreglers und zeigt den
Spannkeil 21, der für
die Keilplatte 11 (nicht gezeigt) steht. Die gestrichelten
Flächen 22 sind
stationäre
Flächen.
Die einstellbare Belastungskraft 20 wirkt auf den Spannkeil 21,
der einen Keilwinkel 23 hat. Der stromaufwärts (zulaufende)
Strang 3 wird um die bewegliche Scheibe 10 abgelenkt
und zwischen der beweglichen Scheibe 10 und der stationären Scheibe 9 zusammengedrückt und
der stromabwärts
(ablaufende) Strang 5 läuft
zur Aufnahmepackung 7 (nicht gezeigt).
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Die
schematische Zeichnung 7 des Spannungsreglers 1 zusammen
mit einem Kraftdiagramm 29 zeigt wie die einstellbare Belastungskraft 20 auf
den Spannkeil 21 wirkt. Die Belastungskraft 20 wird
aufgespalten in die zwei Kraftkomponenten, eine Normalkraft 24 und
eine Kompressionskraft 26. Die Normalkraft 24 wird
aufgenommen von der stationären
Fläche 22 und
hat keine Wirkung auf den Strang 25. Die Kompressionskraft 26 wirkt
auf den Strang 25 indem sie ihn zwischen der beweglichen Scheibe 10 und
der stationären
Scheibe 9 zusammendrückt.
Es sei bemerkt, daß der
Kraftwinkel 27 gleich der Differenz zwischen 90° und dem
Keilwinkel 23 ist. Das Symbol 28 bezeichnet einen
rechten Winkel von 90°.
In dieser Zeichnung wird angenommen, daß der stromaufwärts (zulaufende)
Strang 3 Null Spannung hat.
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Mit
Bezug auf 8 wirkt die gleiche einstellbare
Belastungskraft 20 auf den Spannkeil 21. Zusätzlich ist
hier gezeigt die Stromaufwärtsspannung 30 im
Stromaufwärtsstrang 3 mit
ihrer resultierenden Strangspannung 31. Es ist zu beachten,
daß der Wert
der Strangspannung 31 größer ist als der Wert der Stromaufwärtsspannung 30 infolge
der Reibungskräfte,
die während
des Durchlaufs des Stranges 5 um die bewegliche Scheibe 10 hinzugefügt werden.
Die Kraftverringerung 32 zeigt, wie die einstellbare Belastungskraft 20 durch
den Wert der Strangspannung 31 verringert wird. Das Diagramm 33 der
resultierenden Kraft zeigt die verringerte Belastungskraft 34 mit
einer verringerten Normalkraft 35 und einer verringerten
Kompressionskraft 36 im Vergleich mit 7,
welche dem Strang 5 weniger Spannung hinzufügt. Es sei
bemerkt, daß der
verhältnismäßig kleine
Einfluß der
Stromaufwärtsspannung 30 auf
das Diagramm 33 der resultierenden Kraft zur Vereinfachung
unbeachtet blieb.
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9 zeigt
die durch ein Druckluftsystem belastete Keilplatte 11.
Ein U-Kanal 37 enthält
einen elastischen Luftschlauch 38. Er drückt über den Druckamboß 39 durch
eine Druckstange 40 mit einer Kugelerweiterung 41 gegen
ein Loch 45 in der Keilplatte 11. Der Druckamboß 39 ist
mit einer Gewindebohrung 43 versehen und die Druckstange 40 hat
ein Gewinde 42, das in die Gewindebohrung 43 eingeschraubt
ist. Ein Einstellrad 44 am Druckstempel 40 ermöglicht die
Feineinstellung der einstellbaren Belastungskraft 20 jedes
einzelnen Spannungsreglers 1. Durch Veränderung des Luftdrucks in dem
elastischen Luftschlauch 38 kann die einstellbare Belastungskraft 20 (nicht
gezeigt) an einer Anzahl von einzelnen Spannungsreglern 1,
die mit dem gleichen Luftsystem verbunden sind, gleichzeitig verändert werden.
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In 10 ist
die Keilplatte 11 durch elektromagnetische Kraft belastet.
Eine elektromagnetische Spule 46 ist am Träger 8 montiert.
Eine Amboßscheibe 47 mit
einer Scheibengewindebohrung 48 überträgt die Kraft durch die Magnetstange 49 mit
einer Stangenkugel 50 gegen das Loch 45 in der
Keilplatte 11. Jeder Spannungsregler 11 kann einzeln
eingestellt werden durch Drehen der Amboßscheibe 47 gegen
die Magnetstange 49. Durch Veränderung der Spannung der elektrischen
Stromversorgung der Elektromagnetspule 46 kann eine Anzahl
von einzelnen Spannungsreglern 1, die mit dem gleichen
elektrischen System verbunden sind, gleichzeitig verändert werden.
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Gemäß 11 ist
die Keilplatte 11 durch einen Permanentmagneten 51 belastet.
Der Permanentmagnet 51 ist am Träger 8 montiert. Eine
Amboßscheibe 47 mit
einer Scheibengewindebohrung 48 überträgt ihre Kraft durch die Magnetstange 49 mit einer
Stangenkugel 50 gegen das Loch 45 in der Keilplatte 11.
Der Spannungsregler 1 kann eingestellt werden, indem man
die Amboßscheibe 47 gegen
die Magnetstange 49 dreht.
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Der
Spannungsregler 1 in 12 erreicht
die gleichen Kraftcharakteristika wie in 6 bis 8 gezeigt
mit Schwenkhebeln 52. Jeder Schwenkhebel 52 ist
an einer Seite an der stationären
Fläche 22 und an
der anderen Seite an der beweglichen Scheibe 10 montiert.
Das gleiche Kraftdiagramm 29 gilt für dieses System.
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In 13 drückt eine
schwimmende Führung 53 gegen
die bewegliche Scheibe 10 um den Strang 3 sanfter
zu behandeln. Der Scheibenhebel 54 mit der schwimmenden
Führung 53 ist
am Träger 8 durch
den Zapfen 55 angelenkt.
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14 zeigt
die auf den Spannungsregler 1 wirkenden Kräfte. Für diese
Spannungsanalyse ist der Spannungsregler 1 mit der schwimmenden
Führung 53 wie
in 13 gezeigt. Der stromaufwärts zulaufende Strang 3 wird
um die schwimmende Führung
herum geführt
und der Strang 26 wird zwischen der stationären Scheibe 9 und
der beweglichen Scheibe 10 zusammengepreßt. Die
einstellbare Belastungskraft 20 wird auf den Spannkeil 21 aufgebracht.
Indem man für
jeden Einlaufwinkel „β" den richtigen Keilwinkel „α" wählt, wird
der Spannungsregler „1" für eine konstante
Ausgangsspannung 58 voll selbstkompensierend. Es wird angenommen, daß die folgende
Formel anwendbar ist: tan α = –μ + 2μ(eμβ – cosβ)/(eμβ – 1)
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Hier
ist „μ" der Reibungskoeffizient
zwischen dem Strang 26 und allen Flächen, die er berührt. Es ist
auch zu beachten, daß wenn „μ" nicht konstant ist, die
Formel für „tan α" entsprechend modifiziert
werden muß.
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15 zeigt
mehrere Spannungsregler 1, wobei die elektromagnetische
Spule 46 jedes Spannungsreglers 1 mittels der
Zweigverdrahtung 60 mit einer zentralen Verdrahtung 59 verbun den
ist. Indem die Spannung in der zentralen Verdrahtung verändert wird,
können
alle Spannungsregler 1 gleichzeitig eingestellt werden.