DEP0000198BA - Vorrichtung zur Erzeugung eines konstanten Zuges in einem fadenförmigen Material - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Spannen von fadenförmigem Material, z.B. von künstlichen Fäden und Fadenbündeln und insbesondere auf das Verziehen solcher Fäden und Fadenbündel.

Bei der Erzeugung künstlicher Fäden werden die Fäden oft einer Spannung unterworfen, beispielsweise bei einer Verzugsoperation. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung eines Fadens oder Fadenbündels aus hochpolymeren, fadenbildendem Material, z.B. Polyäthylen, Superpolyamid, Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril und Polyäthylenterephtalat, welches durch Verziehen orientiert werden kann. Die Größe des Verzugs liegt zwischen 400 und 900%. Es ist wichtig, dass der Faden nach dem Verziehen in seiner ganzen Länge gleichförmig ist, gleichmäßige Dehnung und Elastizität aufweist und, sofern der Faden oder das Fadenbündel für Textilzwecke verwen- det werden soll, eine gleichmäßige Affinität gegenüber Farbstoffen besitzt.

In der technik ist es üblich, einen künstlichen Faden in der Weise zu verziehen, dass man den Faden in einer gewissen Anzahl Windungen um eine Speiserolle und hierauf in einer gewissen Anzahl Windungen um eine Verzugswalze führt, welch letztere mit größerer Umfangsgeschwindigkeit umläuft, als die Speiserolle. Das Gleiten des Fadens auf den Walzen kann durch die Reibung zwischen dem Faden und den Walzen oder durch Anwendung von Druckwalzen verhindert werden. Die Größe des Verzugs wird durch den Unterschied zwischen Umfangsgeschwindigkeiten der Speiserolle und der Verzugswalze bestimmt. Beim Verziehen eines Fadens zwischen Walzen ist die Stelle, an welcher der Verzug eintritt, nicht festgelegt, und sollte der nicht verzogene Faden über einen Teil seiner Länge schwach sein, so kann dieser Teil einen stärkeren Verzug erleiden, als die anderen Teile des Fadens, so dass der erhaltene Faden ungleichmäßig ist. Bezüglich der Überwindung dieser Schwierigkeit wurde in der britischen Patentschrift 453.466 angeführt, dass Schwankungen in der Gleichförmigkeit eines verzogenen Fadens durch Anwendung eines Verzugs- oder Streckverfahrens vermieden werden können, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man den Faden oder das Fadenbündel in mindestens einer vollen Windung um einen nicht drehbaren Bremsstift wickelt, auf welchem die Verzugsteile des Fadens lokalisiert ist.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, den Faden während des Verziehens zu erhitzen, um ein gleichmäßiges Verziehen im allgemeinen zu erleichtern. Dieses Erhitzen erfolgt durch Anwendung erhitzter Walzen, Durchleiten des Fadens oder Fadenbündels durch eine erhitzte inerte Flüssigkeit oder durch Erhitzen des Bremsstiftes. So besteht ein übliches Verfahren zum Verziehen eines künstlichen Fadens darin, dass man den Faden von einer Speiserolle bzw. einem Satz solcher Speiserollen nach einem erhitzten Bremsstift führt, um welchen der Faden in mindestens einer Windung geführt wird und den Faden hierauf nach einer Verzugswalze bzw. mehreren solcher Verzugswalzen, welche mit größerer Umfangsgeschwindigkeit umläuft bzw. umlaufen als die Speiserolle bzw. die Speiserollen, führt.

Der Bremsstift wirkt als Spannvorrichtung. Die Größe der mittels des Stiftes an einem Faden angelegten Spannung hängt von der Ausgangsspannung, d.h. von der Spannung des auf den Stift zukommenden Fadens, von der Anzahl der Windungen, die der Faden um den Stift beschreibt und der scheinbaren Reibungskoeffizienten der zwischen der Stiftoberfläche und dem Faden auftretenden Reibung. Es ist deshalb einzusehen, dass für jede besondere Vorrichtung zum Verziehen eines künstlichen Fadens, in welcher ein Bremsstift zur Anwendung gelangt, der einzige Weg zur Veränderung der mittels des Stiftes erzeugten Spannung darin besteht, die Anzahl der Windungen des Fadens um den Stift zu verändern. Diese Änderung unterliegt in der Praxis einer Einschränkung, die sich aus der Schwierigkeit ergibt, mehr als drei Windungen des Fadens um den Stift zu verwenden, wie dies aus der folgenden Gleichung ersichtlich ist. Wenn das Gleiten über den Stift gerade eintritt, d.h. unter normalen Bremsstift-Verzugsbedingungen, ändert sich das Verhältnis zwischen der Spannung des auf den Stift zukommenden Fadens und der Spannung des vom Stift abgehenden Fadens gemäß der Gleichung: ,

worin T(sub)1 und T(sub)2 die Spannung vor und nach der Berührung des Stiftes, u den Reibungskoeffizienten der zwischen dem Faden und der Stiftoberfläche wirkenden Reibung und (Theta) den Berührungsbogen, den der faden mit dem Stift bildet, bezeichnen, d.h., dass für einen konstanten Wert von u das Verhältnis <Formel> nicht direkt proportional zu (Theta) ist, sondern eine

Exponentialfunktion zu (Theta) bildet. So wird bei einer Erhöhung der Anzahl der Windungen des Fadens um den Stift von eins auf zwei der Wert von (Theta) verdoppelt, das Verhältnis <Formel> jedoch ins Quadrat erhoben.

Daraus ist also ersichtlich, dass bei Verwendung eines Bremsstiftes in einem Walzensystem zum Verziehen eines künstlichen Fadens unter Lokalisierung der Stelle, an welcher der Verzug eintritt, eine Spannungsvorrichtung erhalten wird, mittels welcher die Spannung, die durch dieselbe erzeugt wird, nicht leicht verändert werden kann, ohne dass man das Material oder die Lage des Stiftes ändert.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Spannvorrichtung, die dazu dienen soll, einen konstanten Zug auf ein fadenförmiges Material, beispielsweise einen künstlichen Faden oder ein künstliches Fadenbündel, wirken zu lassen. Ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung einer Spannvorrichtung, die sich dazu eignet, in ein Walzensystem zum Verziehen eines künstlichen Fadens eingebaut zu werden, um die Zone, in welcher der Verzug eintritt, zu lokalisieren, wobei die Spannung, die dem Faden durch die Vorrichtung verliehen wird, nach Belieben um kleine Beträge verändert werden kann, nötigenfalls sogar gerade während der Faden verzogen wird. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Spannvorrichtung, in welcher die Temperatur des Fadens genauer geregelt werden kann als bei Verwendung eines Bremsstiftes. Weitere Erfindungsziele sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele mittels einer Vorrichtung erreicht, welche gekennzeichnet ist durch eine Anzahl Stäbe, von denen jeder eine konvexe Oberfläche aufweist, und die derart angeordnet sind, dass das zwischen den Stäben hindurchlaufende und mit den konvexen Oberflächen derselben in Berührung tretende fadenförmige Material, beispielsweise ein Faden oder Fadenbündel, eine wellen- förmige Bahn beschreibt, wobei der Berührungsbogen zwischen dem fadenförmigen Material und jedem einzelnen Stab kleiner als 360° ist und mindestens einer der Stäbe derart eingebaut ist, dass seine Lage zu der der anderen Stäbe verändert werden kann, so dass der Berührungsbogen zwischen dem Faden und dem genannten Stab verändert werden kann und wobei bevorzugterweise mindestens einer der Stäbe erhitzt oder gekühlt werden kann.

In der Zeichnung wird die Erfindung erläutert, jedoch deren Geltungsbereich nicht eingeschränkt.

Fig. 1 stellt eine Erläuterung des allgemeinen Prinzips der Erfindung dar. Ein Faden 1 läuft in einer wellenförmigen Bahn zwischen den Stäben 2, 3 und 4 (im Schnitt gezeichnet) hindurch, wobei sich der Stab 3 in der durch den Pfeil gezeigten Richtung bewegen lässt, um die Berührungsbögen, die der Faden mit den Stäben 2, 3 und 4 bildet, zu verändern und so die dem Faden aufgezwungene Spannung zu variieren.

Fig. 2 ist eine schematische Skizze, in welcher eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert ist. Der Faden 5 läuft in einer wellenförmigen Bahn zwischen den Stäben 6, 7, 8, 9, 10 hindurch, die in einem Träger 11 eingebaut sind, wobei die Stäbe 7 und 9 in Schlitzen 12 geführt sind, derart, dass ihre Lage zu der der Stäbe 6, 8 und 10 verändert werden kann.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Fig. 2 und zeigt das Heizelement 13 im Stab 10 und die Schraubenmuttern 14, welche die Stäbe 6, 7, 8, 9, 10 festhalten.

In den Fig. 4 und 5 sind bevorzugte Formen der Stäbe und ihre Anordnung in der Vorrichtung dargestellt. Der lose an der Stelle A bzw. A' durch die Vorrichtung laufende Faden wird in die Stellung B bzw. B' versetzt, wenn er einer Spannung unterworfen wird. Eine Vorrichtung mit Stäben dieser Art ist selbsteinfädelnd.

In den Fig. 6 und 7 ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, in welcher Höhe die Stäbe in zwei Sätzen angeordnet sind, wobei nur je ein Stab 15 oder 16 der beiden Sätze gezeichnet sind. Die Stäbe sind an Trägern 17 und 18 befestigt, die mit vorstehenden Teilen 19 und 20 versehen sind, welche in einer Rille der Rückenplatte 21 gleiten. Die Träger 17 und 18 können in ihrer Stellung mittels Klemmschrauben 22 blockiert werden.

Fig. 6 zeigt die Vorrichtung bei der Aufnahme des Fadens.

Fig. 7 zeigt die Vorrichtung in geschlossener Stellung, in welcher sie dem Faden eine Spannung aufzwingen kann.

Fig. 8 stellt eine Verzugswalzensystem dar, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung gelangt, wobei der Faden 23 zwischen der Speisewalze 24 und der Druckwalze 25 nach der Spannvorrichtung 26 und von da nach der Verzugswalze 27 mit der Druckwalze 28 läuft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind die Stäbe in zwei Sätzen angeordnet, wobei der eine Satz aus n parallelen Stäben und der andere Satz aus

n oder n+1 ähnlichen Stäben besteht. Jeder einzelne Satz ist in einen Träger eingebaut, so dass ein leiterförmiges Gebilde entsteht, und die beiden Träger sind beispielsweise an Scharnieren oder Gleitorganen befestigt, derart, dass die beiden Stabsätze ineinander greifen können, wobei das Ausmaß des Ineinandergreifens der beiden Sätze leicht und genau mittels beliebiger Mittel, z.B. einer Schraubeneinstellvorrichtung, verändert werden kann. Ein durch diese Apparatur laufender Faden beschreibt eine wellenförmige Bahn, indem der Faden die Stäbe berührt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Einstellvorrichtung ermöglicht die Veränderung der Berührungsbögen, die der Faden mit jedem einzelnen Stab bildet, und dann infolgedessen dazu verwendet werden, um die Spannung des zwischen den Stäben hindurchgezogenen

Fadens zu verändern.

Die Stäbe können die gleiche Größe oder verschiedene Größen aufweisen und von beliebiger Gestalt sein, wenn nur ein Teil der Oberfläche eines jeden Stabes konvex ist. Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungegemäßen Vorrichtung sind die Stäbe leicht verjüngt, derart, dass die Größe der durch die Vorrichtung hervorgerufenen Spannung durch Veränderung der Lage des Fadens auf den Stäben in deren Längsrichtung variiert werden kann. Die Zahl der verwendeten Stäbe kann beträchtlich schwanken und hängt von der Spannung ab, welcher der Faden unterworfen werden soll. Einerseits können zwei Stäbe verwendet werden, andererseits wird jedoch die Anwendung von mindestens drei Stäben bevorzugt, da bei dieser Anordnung eine leichte regulierbare Vorrichtung erhalten wird. Es besteht keine Einschränkung der Zahl der Stäbe; es ist indessen klar, dass die Zahl der Stäbe, die zur Anwendung gelangen kann, durch die Arbeitsbedingungen begrenzt wird.

Wenn auch in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform festgestellt wird, dass die Stäbe in zwei Sätze verteilt sind, so ist dies andererseits nicht unerlässlich. Es kann ein einziger Stab derart gebaut werden, dass seine Stellung verändert werden kann, oder es können alle Stäbe derart montiert werden, dass sie in ihrer Lage unabhängig voneinander verschoben werden können. Gewünschtenfalls kann die Vorrichtung in drei oder mehr Sätze von Stäben aufgeteilt werden.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Verzugswalzensystem erhalten werden, welches sehr leicht zu bedienen ist. So kann beispielsweise der von einer Speisewalze nach einer Verzugswalze laufende Faden zwischen zwei Reihen von Stäben gemäß der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung hindurchlaufen, während die Stäbe derart angeordnet sind, dass der Faden dieselben nicht berührt. Wenn sich die Walzen drehen, können die beiden Stabsätze zusammengeschlossen und genau eingestellt werden, um dem Faden die gewünschte Spannung aufzuzwingen. Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein leichtes Einfädeln eines Verzugswalzensystems ermöglicht, umfasst zwei Sätze von Stäben, von denen jeder einzelne Stab in einem stumpfen Winkel gebogen ist, wobei die beiden Sätze von Stäben parallel zueinander liegen und über den größten Teil ihrer Länge ineinander eingreifen, im restlichen Teil ihrer Länge jedoch auseinander gehen und nicht ineinander greifen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Vorrichtung kann in einer Weise in ein Verzugswalzensystem eingeführt werden, dass ein von einer Speisewalze nach einer Verzugswalze laufender, ungespannter Faden zwischen den auseinander gehenden Teilen der Stäbe hindurchläuft, wobei jedoch der Faden bei Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der Verzugswalze angespannt und zwischen die parallelen Teile der Stäbe gestoßen wird, derart, dass der die Vorrichtung durchlaufende Faden allmählich gespannt wird. Um diese bevorzugte Arbeitsweise mit Erfolg anwenden zu können, muss die Länge der Bahn des gespannten Fadens kleiner sein als die Länge der Bahn des ungespannten Fadens, da sich der Faden sonst nicht in die gewünschte Lage begibt. Diese Beispiele erläutern die Vorteile, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber einer mit einem Bremsstift arbeitenden Vorrichtung aufweist, und zwar insofern, als der Faden, welcher in einem einen Bremsstift einschließenden System verzogen wird, um den Bremsstift gewickelt werden muss, bevor er zur Verzugswalze weiterläuft, wobei der Bremsstift also bespannt werden muss, während sich die Walzen bewegen. Außerdem wirkt die mittels des Bremsstiftes erzeugte Spannung sofort in ihrer ganzen Stärke auf den Faden ein, sobald diese bzw. dieses um den Bremsstift gewickelt wird, und kann nicht reguliert werden. Es ist einzusehen, wieviel leichter ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenes Verzugswalzensystem in Gang zu setzen ist als ein Verzugssystem herkömmlicher Konstruktion.

Gewünschtenfalls kann man den Faden an irgendeiner Stelle seiner Bahn zwischen den Stäben hindurch Hitze zuführen. So können z.B. die ersten Stäbe, mit welchen der Faden in Berührung tritt, nicht erhitzt sein, während es die folgenden Stäbe sind oder umgekehrt. Es können beliebige Varianten in der Reihenfolge und im Ausmaß des Erhitzens angewendet werden. Die Stäbe können durch bekannte Heizvorrichtungen erhitzt werden. Elektrische Heizspulen und -drähte werden jedoch bevorzugt, da die mittels derselben erzeugte Wärme leicht und genau reguliert werden kann. Auch hinsichtlich des Erhitzens des Fadens ist die vorliegende Vorrichtung aus verschiedenen Gründen einer Vorrichtung mit Bremsstift überlegen. Erstens kann die Temperatur des Fadens in allen Punkten seiner Bahn durch die Vorrichtung geregelt werden. Zweitens lässt sich die Tatsache, dass der Kontakt zwischen dem Faden und den Stäben unterbrochen wird, wenn der Faden von einem Stab zum anderen weiterläuft, dazu auswerten, die Wärmeanhäufung zu verhindern, die eintritt, wenn der Faden über einen Bremsstift gleitet. Drittens wirkt sich die Tatsache, dass der Faden eine wellenförmige Bahn beschreibt, dahin aus, dass alle Teile der Oberfläche des Fadens in irgend einem Zeitpunkt während seines Durchganges zwischen den Stäben hindurch gründlich erhitzt werden.

Die Stäbe können gewünschtenfalls gekühlt werden, so dass eine genaue Regulierung der Temperatur des des dem Verziehen unterworfenen Fadens ermöglicht wird. Dieses Kühlen kann in Verbindung mit dem Erhitzen und in beliebiger Kombination mit letzterem angewendet werden. Man kann jede geeignete Kühlungsmethode anwenden. Das Umlaufenlassen von kalten Flüssigkeiten oder Gasen wird bevorzugt.

Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung ist im Vorstehenden insbesondere hinsichtlich des Verstreckens von künstlichen Fäden oder Fadenbündeln beschrieben, für die sie besonders geeignet sind. Der Erfindungsgegenstand kann aber auch für die Behandlung von Fadenmaterialien jeder Art verwendet werden und wurde beispielsweise auch mit Erfolg beim Erschlaffen von künstlichen Fäden angewandt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aus irgend einem der auf diesem Gebiet gewöhnlich verwendeten Materialien hergestellt werden. Die Stäbe werden jedoch bevorzugterweise aus einem Metall mit hoher Leitfähigkeit hergestellt, da diese eine rasche Einstellung der Temperatur der Stäbe begünstigt. Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist kein besonderes Oberflächenmaterial erforderlich, wogegen solche Materialien bei der Erzeugung von Bremsstiften oft benötigt werden. Dies stellt einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Bremsstift dar. Um die gewünschte Spannung zu erzielen, wird bei der Wahl eines geeigneten Materials für die Erzeugung von Bremsstiftoberflächen große Mühe aufgewendet. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die gewünschte Spannung durch bloße Veränderung der Berührungsbögen mit den Stäben erhalten, wobei die Werkstoffe von verhältnismäßig untergeordneter Bedeutung sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist, wie dies bereits betont wurde, gegenüber Vorrichtungen herkömmlicher Konstruktion viele Vorteile auf. Der wichtigste dieser Vorteile besteht indessen darin, dass die Vorrichtung die Möglichkeit schafft, das Spannungsverhältnis des Fadens während seines Durchganges durch die Spannungsvorrichtung zu kontrollieren und dieses Spannungsverhältnis, nachdem die Spannung bereits wirkt, auf den Wert einzustellen, der für die Erzielung optimaler Resultate in dem Faden erforder- lich ist.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Verziehen von künstlichen Fäden ist es deshalb möglich, verstreckte künstliche Fäden zu erhalten, die ihrer ganzen Länge nach gleichmäßiger sind und einheitlichere physikalische Eigenschaften aufweisen als die unter Verwendung der Apparatur herkömmlicher Konstruktion erhaltenen Fäden.

Claims (10)

1.) Vorrichtung zur Erzeugung eines konstanten Zuges in einem fadenförmigen Material, insbesondere einem künstlichen Faden oder Fadenbündel, gekennzeichnet durch eine Anzahl Stäbe, von denen jeder eine konvexe Oberfläche aufweist, und die derart angeordnet sind, dass das zwischen den Stäben hindurchlaufende und mit den konvexen Flächen derselben in Berührung tretende fadenförmige Material eine wellenförmige Bahn beschreibt, wobei der Berührungsbogen zwischen dem fadenförmigen Material und jedem einzelnen Stab kleiner als 360° ist und mindestens einer der Stäbe Mittel zur Veränderung seiner Lage zu der der andere Stäbe aufweist, so dass der Berührungsbogen zwischen dem fadenförmigen Material und dem genannten Stab verändert werden kann.

2.) Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Stäbe beheizbar ist.

3.) Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen der Stäbe mittels elektrischer Heizspulen erfolgt.

4.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Stäbe kühlbar ist.

5.) Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen durch Umlaufenlassen von Kühlgasen erfolgt.

6.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1-5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Stäbe leicht verjüngt sind.

7.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe derart in einem stumpfen Winkel gebogen sind, dass sie über den größten Teil ihrer Länge parallel zueinander liegen und ineinander eingreifen, jedoch im restlichen Teil ihrer Länge auseinander gehen und nicht ineinander greifen.

8.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe in zwei Sätzen angeordnet sind, von denen der eine n parallele Stäbe und der andere n oder n+1 ähnliche parallele Stäbe enthält.

9.) Vorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Satz von Stäben in einem Trägerorgan eingebaut ist, so dass ein leiterähnliches Gebilde entsteht, und dass die beiden Trägerorgane beispielsweise an Scharnieren oder Gleitorganen derart angeordnet sind, dass die beiden Sätze von Stäben ineinander eingreifen können, wobei der Grad des Ineinandergreifens der beiden Sätze leicht und genau mittels einfacher Mittel, beispielsweise mittels einer Schraubeneinstellvorrichtung, veränderbar ist.

10.) Vorrichtung nach den Patentansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei Stäbe aufweist.