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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Herstellung von Glasfasern und insbesondere das Aufwickeln von
Glasfasersträngen,
um einen Garnkörper zu
bilden. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Schmieren
einer Aufwickelvorrichtung für
den Glasfaserstrang mit einer geteilten Halterollenanordnung zum
Herstellen von zylindrischen Garnkörpern mit eckigen Rändern.
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Mineralfasern werden in einer Vielzahl
von Produkten verwendet. Die Fasern können als Verstärkung in
Produkten wie Kunststoffmatrizen, verstärktem Papier und Band und in
gewebten Produkten verwendet werden. Bei der Faserbildung und dem
Sammeln werden viele Fasern zu einem Strang gebündelt. Mehrere Stränge können zusammengefaßt werden,
um ein Vorgarn zu bilden, das zur Verstärkung einer Kunststoffmatrix
verwendet wird, um Produkten wie gegossenen Kunststoffteilen strukturelle
Festigkeit zu verleihen. Die Stränge
können auch
zu einem Gewebe gewebt werden oder als Stoff in einem zufälligen Muster
zusammengefaßt
werden. Die einzelnen Stränge
bestehen aus einer Zusammenfassung von Glasfasern oder aus Fasern
aus anderen Materialien wie anderen Mineralen oder aus organischen
Polymermaterialien. Auf die Fasern wird eine schützende Schicht oder Schlichte
aufgebracht, wodurch sie sich aneinander vorbei bewegen können, ohne
zu brechen, wenn die Fasern zur Bildung eines Stranges zusammengefaßt werden.
Die Schlichte verbessert auch die Bindung zwischen den Strängen und
der Kunststoffmatrix. Die Schlichte kann auch Verbindungsmittel
enthalten, die dafür sorgen,
daß die
Fasern aneinander haften, um einen integralen Strang zu bilden.
Wässrige
Schlichten werden allgemein verwendet, Beispiele sind in den US-Patenten
3 284 179 und 5 262 236 beschrieben.
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In der Regel werden kontinuierliche
Fasern wie Glasfasern mechanisch von einer Zuführvorrichtung mit geschmolzenem
Glas abgezogen. Die Zuführvorrichtung
weist eine Bodenplatte oder Düse auf,
die von 200 bis zu 10.000 Öffnungen
besitzt. Im Formprozeß wird
der Strang um eine rotierende Trommel oder Hülse gewickelt, um einen Garnkörper zu
formen oder zu bilden. Der fertige Garnkörper besteht aus einem einzigen
langen Strang. Vorzugsweise wird der Garnkörper auf eine Weise aufgewickelt, die
es ermöglicht,
den Strang leicht wieder abzuwickeln oder auszugeben. Es hat sich
herausgestellt, daß ein
Wickelmuster aus einer Reihe von schraubenförmigen Verläufen auf der Hülse einen
Garnkörper
bildet, der leicht wieder auszugeben ist. Ein solches schraubenförmiges Muster
verhindert, daß nebeneinanderliegende
Schlaufen oder Windungen des Strangs zusammenkleben, wenn der Strang noch
naß ist
vom Aufbringen des Schlichtmaterials. Die schraubenförmigen Verläufe werden
um die Hülse
gewickelt, wenn sich der Garnkörper
zu bilden beginnt. An der Außenseite
des Garnkörpers
werden aufeinanderfolgend Verläufe
aufgelegt, so daß der Durchmesser
des Garnkörpers
ansteigt, bis das Wickeln beendet wird und der Garnkörper von
der Hülse genommen
wird.
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Ein Strangumkehrbeweger führt den
Strang in Längsrichtung über die
Außenseite
des Garnkörpers
hin und her, um die aufeinanderfolgenden Verläufe aufzulegen. Ein bekannter
Strangumkehrbeweger ist der Strangoszillator vom Spiraldrahttyp.
Er besteht aus einer rotierenden Welle mit zwei außen angebrachten
Drähten,
die etwa eine spiralige Konfiguration haben. Die Spiraldrähte liegen
am einlaufenden Strang an und führen
ihn längs
der Außenseite des
Garnkörpers
hin und her. Die Welle wird auch in Längsrichtung bewegt, so daß die rotierenden
Spiraldrähte
sich über
die Oberfläche
des Garnkörpers
bewegen und den Strang auf der Oberfläche des Garnkörpers ablegen.
Beim Aufbau des Garnkörpers kommt
der Spiraldraht-Strangoszillator nicht mit der Oberfläche des
Garnkörpers
in Kontakt. Der Spiraldraht-Strangoszillator erzeugt zwar einen
Garnkörper, der
leicht wieder abgezogen werden kann, der Garnkörper besitzt jedoch keine eckigen
Ränder.
Ein Garnkörper
mit eckigen Rändern
kann einen größeren Durchmesser
haben als ein Garnkörper
mit runden Rändern.
Garnkörper
mit eckigen Rändern
können
auch für
den Versand gestapelt werden. Es ist wünschenswert, zylindrische Garnkörper mit
eckigen Rändern
und großen
Durchmessern zu erzeugen.
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Ein bekannter Strangumkehrbeweger,
der zylindrische Garnkörper
mit eckigen Rändern
erzeugt, umfaßt
eine Nockeneinrichtung mit einer schraubenförmigen Nut, einen Nockenfolger,
der in der Nut angeordnet ist, und eine Strangführung, die am Nockenfolger
angebracht ist. Bei der Drehung der Nockeneinrichtung bewegen der
Nockenfolger und die Strangführung
den Strang in Längsrichtung über die
Außenseite
des rotierenden Garnkörpers
hin und her, um die aufeinanderfolgenden Verläufe aufzulegen. Ein drehbares
zylindrisches Element oder eine Halterolle steht mit der Außenseite
des Garnkörpers in
Kontakt, während
er aufgebaut wird, um den im letzten Verlauf aufgelegten Strang
an den Rändern des
Garnkörpers
festzuhalten, wenn die Strangführung
die Richtung wechselt. Die Halterolle ist drehbar angebracht, und
die Reibung zwischen der Halterolle und der Befestigungsfläche wird
durch Lager verringert. Beim Aufwickeln drehen sich die Hülse und
der Garnkörper
mit hoher Geschwindigkeit. Der Kontakt zwischen der Halterolle und
der sich drehenden Oberfläche
des Garnkörpers
bewirkt, daß sich
auch die Halterolle dreht, wobei die Geschwindigkeit der Oberfläche der
Halterolle im allgemeinen gleich der hohen Geschwindigkeit der Garnkörperoberfläche ist.
Die Halterolle weist einen festen Durchmesser auf, der im allgemeinen
kleiner ist als der Durchmesser der Sammelhülse, er kann nur 10% des Durchmessers
der Hülse
betragen. Die Halterolle muß sich daher
mit einer höheren
Drehzahl drehen, damit sich die Oberfläche der Halterolle mit der
gleichen Geschwindigkeit bewegt wie die Oberfläche des Garnkörpers. Um über den
bevorzugten Bereich von Garnkörpergrößen und
bevorzugten Hülsendrehzahlen
beim Aufwickeln arbeiten zu können,
muß sich die
Halterolle teilweise mit Drehzahlen von 70.000 Umdrehungen pro Minute
und mehr drehen. Bei einer alternativen Version wird die Strangführung selbst dazu
verwendet, mit dem Garnkörper
in Kontakt zu stehen und den Strang vorübergehend am Rand des Garnkörpers festzuhalten.
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Die sich drehenden Halterollen stehen
mit dem Strang in Kontakt, wenn dieser auf die Oberfläche des
Garnkörpers
aufgelegt wird. Wenn die Geschwindigkeit der Oberfläche der
Halterolle nicht mit der Geschwindigkeit der Oberfläche des
Garnköpers übereinstimmt, übt die Halterolle
abrasive Kräfte
auf den Strang aus, wodurch einige der Fasern im Strang brechen
können.
Zwischen der Befestigung für
die Halterolle und der sich drehenden Halterolle sind Lager vorgesehen,
um die Reibung zu verringern und damit die Halterolle sich mit hoher
Geschwindigkeit drehen kann. Die typischen fettgeschmierten Lager, die
bisher verwendet wurden, verringern die Reibung jedoch nicht stark
genug, damit sich die Halterollen mit den geforderten hohen Drehzahlen
drehen können,
ohne abrasive Kräfte
am Strang zu entwickeln, aufgrund denen Fasern des Strangs brechen
können.
Der Strangumkehrbeweger weist neben den Halterollen ebenfalls sich
bewegende Teile auf, deren Oberflächen eine Schmierung benötigen. Die sich
drehende Nockeneinrichtung weist Lager auf, die geschmiert werden
müssen.
Der Nockenfolger muß geschmiert
werden, während
er sich längs
der Nut an der Nockenoberfläche
bewegt.
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Ein bekanntes Verfahren zum Schmieren von
sich bewegenden Teilen einschließlich Lagern macht von einem
Schmiermittelzerstäuber
Gebrauch, der ein Schmiermittel zerstäubt, um kleine, schwebende
Schmiermittelteilchen zu erzeugen. Die Schmiermittelteilchen werden
auf den Lagerflächen abgeschieden
und sorgen im Betrieb für
eine ausreichende Schmierung. Im Schmiermittelzerstäuber werden
bekannte Schmiermittel wie Öle
und andere Schmiermittel auf Erdölbasis
verwendet. Der Gebrauch von solchen Schmiermittelzerstäubern im
Zusammenhang mit dem Aufwickeln von Fasern ist in den US-Patenten 3 968 939
und 5 156 347 beschrieben.
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Es hat sich jedoch herausgestellt,
daß die Verwendung
von Schmiermitteln auf Erdölbasis
auf den sich bewegenden Teilen oder Oberflächen von Strangwicklern unzulänglich ist.
Unvermeidlich gelangt etwas von dem Schmiermittel auf Erdölbasis auf
den Strang, der vom Wickler aufgewickelt wird. Unglücklicherweise
vertragen sich die Schmiermittel auf Erdölbasis nicht mit der Schlichte,
sie kontaminieren den Strang und beeinträchtigen Produkte, in denen
der Strang verwendet wird. Zum Beispiel werden Stoffe, die aus dem
Strang gewebt werden, erhitzt, um die Schlichte aus dem Stoff zu
brennen, damit andere Beschichtungen aufgebracht werden können. Schmiermittel
auf Erdölbasis
auf dem Strang verkohlen jedoch und verfärben die Stoffe beim Erhitzen und
können
sogar zum Einbrennen von Löchern
im Stoff führen.
Auch beeinträchtigt
die Kontamination von Strängen
für Verstärkungszwecke
die Verbindung zwischen den Strängen
und den Kunststoffmatrizen. Das Problem der Kontamination der Stränge wird
durch die Verwendung von Schmiersystemen vom Zerstäubertyp
verschärft.
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Es ist wünschenswert, die sich bewegenden Teile
eines Strangwicklers zu schmieren, ohne den Strang mit einem Schmiermittel
zu kontaminieren, das die Produkte beeinträchtigt, in denen der Strang verwendet
wird. Es ist auch wünschenswert,
ein Schmiermittel mit dem Schmiermittelzerstäuber zu verwenden, das mit
der Schlichte kompatibel ist und das die Produkte nicht beeinträchtigt,
in denen der Strang verwendet wird.
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Um die Produktivität zu erhöhen, werden
auf einer gemeinsamen Hülse
mehrere Garnkörper gleichzeitig
aufgebaut. Für
jeden Garnkörper
wird ein separater Strang ausgebildet, und jeder Strang wird von
einem eigenen Strangumkehrbeweger hin- und herbewegt, um die Garnkörper gleichzeitig
aufzubauen. Die Strangumkehrbeweger sind an einem Arm angebracht,
der die Strangumkehrbeweger von der Hülse wegbewegt, wenn der Radius
der Garnkörper zunimmt,
während
die Halterollen mit der Oberfläche der
Garnkörper
in Kontakt gehalten werden. Der Faserformprozeß einschließlich der Düsentemperatur wird so gesteuert,
daß die
Faserdurchmesser über den
ganzen Sammelprozeß konstant
bleiben, so daß die
Radien der Garnkörper
bei jedem Garnkörper
mit einer ähnlichen
Rate zunehmen.
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Es treten jedoch immer Prozeßabweichungen
auf, mit der Folge von kleinen Abweichungen in der Größe der Garnkörper auf
der Hülse
während des
Aufnahmeprozesses. Diese Unterschiede in den relativen Radien der
Garnkörper
auf der Hülse
bewirken, daß die
Halterollen gelegentlich von der Oberfläche eines Garnkörpers abheben.
Wenn eine Halterolle den Kontakt zur Oberfläche des Garnkörpers verliert,
nimmt die Umfangsgeschwindigkeit der Halterolle langsam ab. Wenn
die Oberfläche
der Halterolle dann wieder in Kontakt mit der der Oberfläche des Garnkörpers kommt,
steigt die Drehzahl der Halterolle an, bis sich die Oberfläche der
Halterolle mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt wie die Oberfläche des
Garnkörpers.
Aufgrund der Reibung in den Lagern und der Trägheit der Halterolle braucht
die Halterolle etwas Zeit, bis sie wieder ihre Geschwindigkeit erreicht
hat. Während
die Halterolle Geschwindigkeit aufnimmt, verursacht der Unterschied
in der Geschwindigkeit zwischen der Garnkörperoberfläche und der Halterollenoberfläche, daß die Halterolle
auf der Oberfläche
des Garnkörpers
rutscht. Die rutschende Halterolle erzeugt abrasive Kräfte, die
Fasern im Strang brechen kann, wenn die Trägheit zu groß ist. Außerdem kann
ein solches Rutschen beim Hochfahren auftreten, wenn die Drehzahl
der Hülse gesteigert
wird. Gebrochene Fasern im Strang neigen dazu, sich vom Strang zu
trennen, wenn dieser auf den Garnkörper aufgewickelt wird, und
können sich
um die drehende Halterolle wickeln, wodurch eine Schlinge entstehen
kann, die den Garnkör-
per zerstören
kann.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Aufwickeln
eines Mineralfaserstrangs unter Erstellung eines Garnkörpers geschaffen,
wobei:
eine Schlichte auf einen sich bewegenden Strang aufgebracht
wird;
eine Hülse
rotiert wird, um den Strang aufzuwickeln und den Garnkörper aufzubauen;
der
Strang mit einem Strangumkehrbeweger hin- und herbewegt wird, um
den Strang unter Drehen des Garnkörpers in einem Muster auf die
Oberfläche
des Garnkörpers
aufzulegen, wobei der Strangumkehrbeweger eine Nockeneinrichtung,
einen Nockenfolger und eine sich hin- und herbewegende Strangführung aufweist,
die an dem Nockenfolger angebracht ist, um durch die Rotation der
Nockeneinrichtung hin- und herbewegt zu werden;
wobei ein schlichtekompatibler
Schmierstoff, der keines der Produkte beeinträchtigt, bei denen der Faserstrang
verwendet wird, zerstäubt
wird, um einen Nebel schwebender Schmierstoffpartikel zu erzeugen,
wobei der Nebel durch einen Verteiler an eine vorbestimmte Schmierstelle übertragen
wird und der Schmierstoffnebel an der vorbestimmten Schmierstelle
freigesetzt wird, um die Nockeneinrichtung, den Nockenfolger und
die sich hin- und herbewegende Strangführung zu schmieren.
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Der Strangumkehrbeweger umfaßt eine
Nockeneinrichtung, einen Nockenfolger und eine sich hin- und herbewegende
Strangführung,
die an dem Nockenfolger angebracht ist, um durch die Rotation der
Nockeneinrichtung hin- und herbewegt zu werden. Vorzugsweise halten
Halterollen den Strang an den Rändern
der Garnkörperoberfläche fest,
um Garnkörper
mit eckigen Rändern
aufzubauen. Halterollenlager verringern die Reibung der rotierenden Halterollen.
Das Schmiermittel wird zerstäubt,
um einen Nebel aus kleinen schwebenden Schmierstoffteilchen zu erzeugen.
Die schwebenden Schmierstoffteilchen werden über einen Verteiler zu vorgegebenen
Anwendungsstellen wie der Nockeneinrichtung, dem Nockenfolger und
vorzugsweise den Halterollenlagern geführt. Der Nebel wird vom Verteiler an
den vorgegebenen Anwendungsstellen freigegeben, um die Nockeneinrichtung,
den Nockenfolger und die Halterollenlager zu schmieren.
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Eine Vorrichtung zum Aufwickeln eines
Faserstrangs zum Erzeugen eines zylindrischen Strangkörpers mit
einer radialen Außenseite
umfaßt geeigneterweise
eine drehbare Hülse
zur Aufnahme des Stranges, um einen Garnkörper aufzubauen. Ein Strangumkehrbeweger
führt den
Strang von Rand zu Rand des Garnkörpers und legt den Strang bei
der Drehung des Garnkörpers
in einem schraubenförmigen
Muster auf der Garnkörperoberfläche ab.
Ein Schmiermittelzerstäuber
zerstäubt
ein Schmiermittel, um einen Nebel aus kleinen, schwebenden Schmierstoffteilchen
zu erzeugen, die mit der Schlichte kompatibel sind. Ein Schmiermittelzuführverteiler
ist mit der Schmiereinrichtung verbunden, um die kleinen schwebenden
Teilchen zu vorgegebenen Schmierstellen am Wickler zu befördern. Diese
Schmierstellen schließen
die Nockenoberfläche
und die Nuten darin, die Nockenlager und vorzugsweise auch die Halterollenlager
ein.
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Vorzugsweise steht die Halterolle
mit der Oberfläche
des Garnkörpers
längs einer
Linie in Kontakt, deren Gesamtlänge
im wesentlichen zwischen etwa 5% bis etwa 80% der Länge des
Garnkörpers zwischen
dem ersten und dem zweiten Ende beträgt.
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Noch besser steht die Halterolle
mit der Oberfläche
des Garnkörpers
längs einer
Linie in Kontakt, deren Gesamtlänge
im wesentlichen zwischen etwa 10% bis etwa 50% der Länge des
Garnkörpers zwischen
dem ersten und dem zweiten Ende beträgt.
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Die Halterollenanordnung weist vorzugsweise
eine Kontaktfläche,
die drehbar für
einen Kontakt mit der Garnkörperoberfläche angebracht
ist, um den Strang an den Rändern
des Garnkörpers
festzuhalten, sowie eine Bruchfläche
auf, die mit der Kontaktfläche
verbunden ist, um gebrochene Strangfasern abzubrechen, die sich
um die Kontaktfläche
gewickelt haben.
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Die Erfindung wird im folgenden genauer
beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Ausbilden, Sammeln und
Aufwickeln von Fasersträngen
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
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2 eine
vergrößerte schematische
Ansicht des Strangumkehrbewegers der 1;
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3 eine
schematische Schnittansicht der Vorrichtung der 2 längs
der Linie 3-3;
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4 eine
Endansicht eines Teils der Halterollenanordnung der 1; und
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5 eine
schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zum
Erzeugen einer Anzahl von Garnkörpern
auf einer gemeinsamen Hülse,
bei der mehrere Garnkörper
gleichzeitig aufgewickelt werden.
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Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung
zum Ausbilden, Sammeln und Aufwickeln von Strängen, bei der Fasern 10 aus
einer Anzahl von Öffnungen 11 in
einer Düse 12 abgezogen
und mittels eines Sammelelements 16 in einem Strang 14 gesammelt
werden. Durch eine geeignete Einrichtung, etwa einen Schlichteaufbringer 18,
kann eine zur Beschichtung der Fasern geeignete Schlichte auf die
Fasern aufgebracht werden. Der Strang wird um eine sich drehende
Hülse 22 gewickelt,
um einen zylindrischen Garnkörper 19 zu
erzeugen. Der Garnkörper,
der aus einem einzigen langen Strang besteht, weist eine radiale
Außenseite 20 mit
eckigen Randabschnitten 20a und einem Mittenabschnitt 20b dazwischen
auf. Die eckigen Randabschnitte 20a bilden im allgemeinen mit
den Enden 20c des Garnkörpers
einen rechten Winkel. Die Außenseite
des zylindrischen Garnkörpers
ist vorzugsweise zwischen etwa 10 cm bis etwa 40 cm lang, sie kann
jedoch auch länger
oder kürzer sein.
Die Hülse
ist dafür
vorgesehen, von einer dazu geeigneten Einrichtung wie einem Motor 24 um
eine Drehachse 23 gedreht zu werden. Auf der Hülse kann
ein geeignete Garnkörperkernmaterial,
etwa ein Rohr 26 aus Pappe, angeordnet werden, das den Strangkörper aufnimmt.
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Wie in der 2 zu sehen, führt ein Strangumkehrbeweger 30 den
Strang 14 seitlich auf der Garnkörperoberfläche 20 hin und her,
damit der Strang in Verläufen 44 auf
der Garnkörperoberfläche abgelegt
wird. Der Strangumkehrbeweger umfaßt eine zylindrische Nockeneinrichtung 32 mit
einer schraubenförmigen
Nut 34. Die Nockeneinrichtung ist drehbar angebracht und
besteht vorzugsweise aus einem harten Material wie Edelstahl, es
kann jedoch jedes dazu geeignete Material verwendet werden. Der
Strangumkehrbeweger umfaßt
des weiteren einen Nockenfolger 36, der in der Nut 34 angeordnet ist.
Der Nockenfolger erstreckt sich von der Nockeneinrichtung nach außen, an
seinem Ende ist eine Strangführung 38 angebracht.
Der Nockenfolger besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff- oder
Nylonmaterial, es kann jedoch jedes dazu geeignete Material verwendet
werden. In der Strangführung
ist eine Kerbe 40 ausgebildet, die den Strang 14 festhält. Eine Drehung
der Nockeneinrichtung bewirkt, daß der Nockenfolger der schraubenförmigen Nut folgt,
wodurch sich die Strangführung
seitlich über
die Garnkörperoberfläche bewegt.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt,
umfaßt
der Strangumkehrbeweger des weiteren eine Halterollenanordnung 42 zum
Festhalten des Strangverlaufs 44 an den Randabschnitten 20a der
Garnkörperoberfläche 20,
wenn die Strangführung 38 die
Richtung wechselt. Die Halterollenanordnung umfaßt ein Paar von beabstandeten
oder geteilten Rollen 46. Die Rollen weisen im allgemeinen
zylindrische äußere Enden 46a und
abgeschrägte
innere Enden 46b auf Die zylindrischen äußeren Enden stehen mit der
Garnkörperoberfläche an den
Randabschnitten 20a in Kontakt. Die abgeschrägten inneren
Enden erstrecken sich von den Randabschnitten zum Mittenabschnitt
der Garnkörperoberfläche 20b.
Die Rollen stehen nicht mit der Oberfläche des Garnkörpers im Mittenabschnitt
des Garnkörpers 20b in
Kontakt. Jede der Rollen 46 kann sich unabhängig auf
einer Befestigung 48 drehen. Zwischen der Halterolle und der
Befestigung sind ein oder mehrere Lager 50 vorgesehen,
damit sich die Rollen frei und mit verringerter Reibung drehen können. Die
Lager sind vorzugsweise offene Lager vom Kugellagertyp. Die Halterollen
sind zwar so dargestellt, daß sie
sowohl am äußeren Ende
als auch am inneren Ende gelagert sind, die Rollen können jedoch
auch einseitig gelagert und nur an einem Ende befestigt sein. Jede
Rolle besteht aus einem harten Material wie Edelstahl, es kann jedoch
jedes dazu geeignete Material verwendet werden. Die Rollen wiegen
vorzugsweise jeweils etwa 50 Gramm, sie können jedoch auch schwerer oder
leichter sein, abhängig
von der Größe and der
Verwendung. Vorzugsweise sind sie hohl, um das Gewicht und die Trägheit minimal
zu halten, sie können
jedoch auch massiv sein. Jede Rolle ist vorzugsweise etwa 2 cm lang,
sie können
aber auch je nach Verwendung länger
oder kürzer
sein.
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Die geteilten Halterollen sind vorzugsweise koaxial
angeordnet und stehen mit der Garnkörperoberfläche längs eines Teils einer Linie 52 in
Kontakt, die im allgemeinen parallel zu der Garnkörper-Drehachse 23 verläuft, es
kann aber jede geeignete Ausrichtung der Halterollen verwendet werden.
Mit 2 cm langen Halterollen beträgt
die Länge
des Kontakts zwischen den Halterollen und der typischen Garnkörperoberfläche etwa
10% bis 50% der Länge
der Außenseite
des Garnkörpers.
Abhängig
von der Anwendung kann die Länge
des Kontakts zwischen den Halterollen und der Garnkörperoberfläche größer oder
kleiner sein.
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Der Garnkörper dreht sich beim Aufwickeln, wie
es der Pfeil 53 in der 4 zeigt.
Beim Aufbau des Garnkörpers
nimmt der Radius 54 zu. Um den zunehmenden Garnkörperradius
aufzunehmen, ist der Strangumkehrbeweger 30 an einem Arm 56 angebracht.
Mit zunehmenden Garnkörperradius
bewegt sich der Arm längs
der Linie 63 von der Hülse weg,
damit zwischen der Oberfläche
der Rollen und der Oberfläche
des Garnkörpers
der richtige Kontakt erhalten bleibt und um zu verhindern, daß der Strangverlauf 44a von
den Randabschnitten 20b der Garnkörperoberfläche weggezogen wird.
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Auf der Hülse können gleichzeitig mehrere Garnkörper aufgebaut
werden, wie es in der 5 gezeigt
ist. Jeder Garnkörper
wird durch Abziehen eines eigenen Strangs 14 von einem
separaten Düsenabschnitt
aufgebaut. Die Stränge
werden um eine gemeinsame Hülse 22 gewickelt,
um Garnkörper 19 zu erzeugen.
Für jeden
Garnkörper
ist ein eigener Strangumkehrbeweger mit einer Nockeneinrichtung 32,
einem Nockenfolger 36, einer Strangführung 38 und einer
Halterollenanordnung 42 vorgesehen. Die Garnkörper sind
entlang der Hülse
in Abständen
angeordnet, und die Strangumkehrbeweger sind längs des Arms 56 gleichermaßen beabstandet,
so daß sie zu
den Garnkörpern
ausgerichtet sind.
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In der Nähe der Strangwickelvorrichtung
ist eine Schmiermittelzerstäuberanordnung 70 angeordnet.
Die Schmiermittelzerstäuberanordnung
umfaßt einen
Behälter 72,
der einen Schmiermittelvorrat enthält, vorzugsweise im flüssigen Zustand.
Der Behälter
ist am Schmiermittelzerstäuber 74 angebracht, der
das Schmiermittel zerstäubt,
um einen Nebel aus kleinen schwebenden Schmiermittelteilchen zu
erzeugen. Es kann jeder Zerstäuber
verwendet werden, der zum Zerstäuben
eines flüssigen
Schmiermittels in kleine Partikel geeignet ist. Ein geeigneter Zerstäuber ist
der der Mikronebel-Schmiermittelzerstäuber der C. A. Norgren Co.
in Littleton, Colorado. Die Teilchengrößen liegen im Bereich von etwa
1 μm bis
etwa 10 μm
und haben typisch einen Durchmesser von etwa 3 bis 4 μm.
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Der Nebel aus den schwebenden Schmiermittelteilchen
wird über
Leitungen zu den Schmierstellen an der Wickelvorrichtung geleitet.
Eine Hauptleitung 76 ist mit dem Zerstäuber verbunden. An die Hauptleitung
ist eine Halterollenleitung 80 angeschlossen, die den Nebel
aus schwebenden Schmiermittelteilchen zu den Lagern der Halterollen leitet.
Wie in der 3 gezeigt,
sind die Halterollenbefestigungen 48 an der Halterollenleitung 80 angebracht,
und der Nebel aus schwebenden Schmiermittelteilchen wird über Lagerleitungen 82 in
der Befestigung zu den Halterollenlagern geleitet. Alternativ kann,
wenn die Halterollen nicht an der Rollenlagerleitung befestigt sind,
der Nebel aus schwebenden Schmiermittelteilchen über eigene Verbindungsleitungen,
nicht gezeigt, zwischen der Halterollenleitung und den Halterollenlagern
zu den Halterollenlagern geleitet werden.
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Eine Nockenleitung 84 zweigt
von der Hauptleitung ab, sie läuft
die Nockeneinrichtung 32 entlang. Der Nebel aus schwebenden
Schmiermittelteilchen wird von Öffnungen
(nicht gezeigt) in Röhren 86 freigegeben,
die über
den Schmierstellen an der Nockeneinrichtung von der Nockenleitung
vorstehen. Die Öffnungen
haben vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,02 cm
bis etwa 0,04 cm. Nach dem Passieren der Öffnungen verdichtet sich der
Nebel aus schwebenden Schmiermittelteilchen zu größeren Teilchen,
die zu groß sind,
um weiter zu schweben und die auf die Nockeneinrichtung 32 und
die Nockennut 34 fallen und den Nockenfolger 36 bei
seiner Bewegung durch die Nockennut schmieren. Von der Nockenleitung
weg erstrecken sich Nockenlagerleitungen 90, die den Nebel
aus schwebenden Schmiermittelteilchen aus Öffnungen (nicht gezeigt) abgeben.
Die Öffnungen
haben vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,02 cm
bis etwa 0,04 cm. Nach dem Passieren der Öffnungen verdichtet sich der
Nebel aus schwebenden Schmiermittelteilchen zu größeren Teilchen,
die zu groß sind,
um weiter zu schweben und die auf die Nockenloger (nicht gezeigt)
fallen und sie schmieren. Alterna tiv kann der Nebel über Schmiermittelleitungen ähnlich wie
bei den Halterollenlagern direkt zu den Nockenlagern befördert werden.
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Das zerstäubte Schmiermittel ist mit
der Schlichte kompatibel. Kompatibel sein mit der Schlichte heißt, daß das Schmiermittel
nicht die Produkte beeinträchtigt,
bei denen die Faserstränge
bei der Herstellung verwendet werden. Zum Beispiel sind auf Erdöl basierende
Schmiermittel im allgemeinen nicht mit den typischen Schlichtmitteln
kompatibel, die bei Glasfasern verwendet werden. Sie kontaminieren
die Stränge
und beeinträchtigen
die Produkte, die aus den Strängen
gemacht werden, wie etwa die Stoffe, die aus den Strängen gewoben
werden. Wenn die Stoffe erhitzt werden, um die Schlichte aus organischen
Material abzubrennen, damit eine andere Beschichtung aufgebracht
werden kann, verkohlen die auf Erdöl basierenden Schmiermittel
auf den Strängen
und verfärben
den Stoff oder verursachen sogar, daß Löcher in den Stoff gebrannt
werden. Die Kontamination der Stränge, die als Verstärkungsprodukte
verwendet werden, beeinträchtigt auch
die Verbindung zwischen den Strängen
und den Kunststoffmatrizen.
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In der Regel enthält Glasfaserschlichte Filmbildner
wie Polymere, Silane zum Verbinden der Glasfaser mit der Kunstharzmatrix
und ein oder mehrere Schmiermittel. Das mit dem erfindungsgemäßen Zerstäuber verwendete
Schmiermittel ist vorzugsweise ein Bestandteil der Schlichte. Zum
Beispiel ist Butoxyethylstearat (BES), ein organisches, landwirtschaftlich
gewonnenes Schmiermittel, das ein Bestandteil der Schlichte sein
kann und das als das zu zerstäubende
Schmiermittel verwendet werden kann, das erfindungsgemäß auf die
sich bewegenden Teile des Wicklers aufgebracht wird. Ein anderes Schmiermittel,
das verwendet werden kann, ist Bisimid, das ein Reaktionsprodukt
aus Stearinsäure
und Tetraethylenpentamin ist. Ein weiteres Schmiermittel, das auch
von Nutzen sein kann, ist Emery 6760U (ein eingetragenes Warenzeichen).
Das Schmiermittel kann auch ein Material sein, das nicht bereits
ein Bestandteil der Schlichte ist, jedoch mit der Schlichte kompatibel
ist. Das Schmiermittel kann wasserlöslich oder zumindest selbstemulgierend
sein, damit die Wickelvorrichtung leicht gereinigt werden kann.
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Die Wickelvorrichtung arbeitet wie
folgt. Der Strangumkehrbeweger 30 führt den Strang 14 bei dessen
Ablage auf der Außenseite
des Garnkörpers. Der
Strang wird von der Kerbe 40 in der Strangführung 38 gehalten
und um die sich drehende Hülse 22 oder
einen an der Hülse
angebrachten Garnkörperkern 26 gewickelt.
Die Nockeneinrichtung 32 ist auf den Garnkörper ausgerichtet
und dreht sich um die Achse 33, die im wesentlichen parallel
zur Drehachse 23 des Garnkörpers ist. Der Nockenfolger
befindet sich in der Nockennut 34, wird jedoch daran gehindert,
sich mit der Nockeneinrichtung zu drehen. Bei der Drehung der Nockeneinrichtung
bewegt sich der Nockenfolger seitlich in der schraubenförmigen Nut in
einer Richtung, die im wesentlichen parallel zur Drehachse 23 des
Garnkörpers
verläuft.
Die schraubenförmige
Nut ist kontinuierlich mit gekrümmten
Enden 34a, die bewirken, daß der Nockenfolger sich zum
Ende des Garnkörpers
bewegt und dann seine Richtung umkehrt. Die Strangführung ist
am Nockenfolger angebracht und verläuft über die Außenseite des Garnkörpers und
bewegt sich von Ende zu Ende hin und her. Die Strangführung kommt
mit der Oberfläche
des Garnkörpers
nicht in Kontakt.
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Das schraubenförmige Wicklungsmuster jedes
Strangverlaufs 44 wird durch das Hin- und Herbewegen des
Stranges über
die Garnkörperoberfläche beim
Drehen des Garnkörpers
ausgebildet. Wenn die Strangführung
den Rand des Garnkörpers 20a erreicht,
wird der Strang unter dem abgeschrägten inneren Rand 46b der
Halterolle auf die Garnkörperoberfläche gelegt.
Die Strangführung
bewegt sich weiter zum Rand des Garnkörpers 20c und der Strangverlauf,
in der 2 bei 44a gestrichelt
gezeigt, bewegt sich zwischen die Garnkörperoberfläche und das zylindrische Ende
der Halterolle, die mit der Garnkörperoberfläche in Kontakt steht. Wenn
der Nockenfolger sich durch das gekrümmte Ende 34a der
Nut 34 bewegt, ändert
die Strangführung 38 ihre Richtung
und bewegt sich wieder vom Garnkörperrand
weg und zum Mittenbereich 20b des Garnkörpers hin. Der Kontakt zwischen
den Halterollen und der Garnkörperoberfläche hält den Strangverlauf 44a in
den Randbereichen 20a der Garnkörperoberfläche fest, wenn die Strangführung ihre
Richtung ändert. Dadurch,
daß verhindert
wird, daß der
Strangverlauf 44a von den Garnkörperrandabschnitten 20a weggezogen
wird, wenn sich die Strangführung
zur Mitte 20b des Garnkörpers
zurückbewegt,
wird ein zylindrischer Garnkörper
mit eckigen Rändern
erhalten.
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Der Rollkontakt zwischen den Halterollen und
der sich drehenden Garnkörperoberfläche bewirkt,
daß sich
die Halterollen drehen. Die Geschwindigkeit der Rollenoberfläche ist
im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der Garnkörperoberfläche und
der Geschwindigkeit des Stranges. Die Halterollen können sich
mit Drehzahlen bis zu 70.000 Upm oder mehr drehen, damit die Oberfläche der Halterollen
die gleiche Geschwindigkeit hat wie die Garnkörperoberfläche. Die geschmierten Lager
ergeben einen niedrigen Rollwiderstand und ermöglichen es, daß die Halterollen
sich mit solch großen
Drehzahlen drehen. Wenn die Geschwindigkeiten gleich sind, gibt
es nur wenig abrasive Kraft zwischen dem Strang und den Halterollen.
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Im Betrieb mit mehreren Garnkörpern wird der
Faserformprozeß so
gesteuert, daß alle
Garnkörper
gleich schnell aufgebaut werden und die Radien der Garnkörper mit
der gleichen Rate zunehmen. Während
des Aufwickelns entstehen jedoch Unterschiede in den Radien der
Garnkörper,
da der Durchmesser der Stränge
nicht immer von Garnkörper
zu Garnkörper
gleich ist. Schwankungen in der Düsentemperatur und Ungleichmäßigkeiten
in den Materialeigenschaften können
den Durchmesser der Fasern und damit der Stränge von Garnkörper zu
Garnkörper
verändern.
Ein Garnkörperradius
kann daher zeitweise von den Radien der anderen abweichen, bis Prozeßkorrekturen
erfolgen. Die Korrekturen können
zum Beispiel durch Strominjektionen zum Regeln der Temperatur der
Düsen zur
Steuerung des Strangdurchmessers erfolgen. Unterschiede in den Radien
der Garnkörper
können
bewirken, daß die Halterollen
gelegentlich von der Oberfläche
eines Garnkörpers
abheben. Wenn eine Rolle den Kontakt zu der Garnkörperoberfläche verliert,
beginnt die Drehzahl der Rolle abzunehmen. Wenn die Oberfläche der
Rolle wieder mit der Garnkörperoberfläche in Kontakt
kommt, steigt die Drehzahl der Rolle an, bis die Oberfläche der
Rolle wie der die gleiche Geschwindigkeit wie die Oberfläche des
Garnkörpers hat.
Aufgrund des niedrigen Rollwiderstands der nebelgeschmierten Lager 50 erreichen
die Halterollen schneller wieder ihre Geschwindigkeit wie die einfache,
schwerere Halterolle des Standes der Technik, die von Ende zu Ende
mit der Oberfläche
des Garnkörpers
in Kontakt steht. Da die geteilten Halterollen weniger Trägheit besitzen,
rutschen sie weniger und erzeugen weniger abrasive Kräfte an den
Strängen und
neigen daher weniger dazu, einige der einzelnen Fasern im Strang
zu brechen. Außerdem
erzeugen die geteilten Halterollen weniger abrasive Kräfte am Strang,
wenn sie beschleunigt werden, und brechen daher weniger Fasern,
wenn die Hülse
beim Hochfahren beschleunigt wird.
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Gebrochene Strangfasern neigen dazu,
sich vom Strang zu trennen, wenn dieser auf den Garnkörper gewickelt
wird, wobei sie sich um die rotierende Halterolle wickeln und eine
Schlinge erzeugen können,
die den Garnkörper
ruinieren kann. Die geteilten Rollen haben Bruchflächen, die
zum Bruch der Schlinge der abgebrochenen Faser führen. Die Rollen umfassen zylindrische
Abschnitte 46a, die Kontaktflächen bilden, die an die Randbereiche 20a der Garnkörperoberfläche 20 anstoßen, und
abgeschrägte
Abschnitte 46b, die nicht mit der Garnkörperoberfläche in Kontakt stehen. Die
abgeschrägten Oberflächen erstrecken
sich von der Kontaktfläche zum
Mittenabschnitt 20b der Garnkörperoberfläche. Die Enden der abgeschrägten Oberflächen 46b bilden
die Bruchflächen.
Wenn die Strangführung
den Strang von der Rolle 46 weg zum Mittenabschnitt 20b der
Garnkörperoberfläche 20 bewegt,
werden abgebrochene Fasern, die begonnen haben, sich um die Rolle
zu wickeln, vom Strang 14 abgebrochen. Da der Strang über dem
Mittenabschnitt des Garnkörpers
nicht mehr mit der Rolle in Kontakt steht, haften die abgebrochenen
Fasern aufgrund der erwähnten Schlichte
am Hauptkörper
des Strangs, und der ganze Strang wird um den Garnkörper gewickelt.
Wenn der Strang am anderen Garnkörperrand
die andere Rolle erreicht, sind die abgebrochenen Fasern in den Strang
integriert, der um den Garnkörper
gewickelt wurde. Die abgebrochenen Fasern wickeln sich damit nicht
um die andere Rolle. Es ist zwar eine abgeschrägte Oberfläche 46b mit einem
Rand gezeigt, die Bruchfläche
kann jedoch auch Oberflächendiskontinuitäten an der
Rolle wie eine Nut oder eine Schulter umfassen. Eine Diskontinuität oder abrupte Änderung
in der Rollenoberfläche
bewirkt, daß sich
die Faser nicht fortlaufend um die Rolle wickeln kann; die Faser
wird daher abbrechen, wenn sich der Strang über die Diskontinuität bewegt.
Außerdem
kann eine Messerklinge oder ein ähnlicher
Vorsprung im Abstand von der Rollenoberfläche als Bruchfläche verwendet
werden. Vorzugsweise kommt der Strang nicht unmittelbar nach dem
Abbrechen der Faserschlinge mit der Rollenoberfläche in Kontakt, dies ist jedoch
nicht unbedingt erforderlich.