Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen
von Wendeln aus Drähten
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Wendeln mit Längsabschnitten und engen Umlenkbögen durch Wickeln von Drähten auf Wickeldornen mit komplementären Querschnitten unter Zufuhr von Heizenergie und nachfolgendes Fixieren durch Abkühlung.
Solche Verfahren und die hierfür vorgesehenen Vorrichtungen dienen bekanntlich zum Herstellen von Vorprodukten für die Weiterverarbeitung zu Wendelsieben, Filtertüchern, Transportbändern und sogar zu Reissverschlüssen, wenn die Wendeln mit Verzahnungen versehen werden.
Durch die DE 34 21 849 C2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, durch die Wendeln aus thermoplastischen Drähten oder Mono- filamenten mit ovalen bzw. rennbahnähnlichen Hüllflächen erzeugt werden. Dies geschieht durch Aufwickeln der Drähte auf stationären, langgestreckten Wickeldornen mit zur Wendelform komplementären Oberflächen, die zwischen zwei Heizvorrichtungen angeordnet sind. Diese Heizvorrichtungen sind Infrarotstrahler und befinden sich auf beiden Seiten der grössten Querschnittsebene des Wickeldorns, so dass die Umfänge der Windungen mit den kleinsten Krümmungsradien am wenigsten beheizt werden.
Dies führt aufgrund von Restspannungen durch den Memory-Effekt der Kunststoffe zu Rückfederungen der Wendeln, so dass deren Längsachse nach dem Abzug oder Abgleiten von dem Wickeldorn eine ausgeprägte dreidimensionale Wellenform annimmt. Das wiederum verhindert die ebene Auflage auf einer Arbeitsfläche und das axiale Einschieben von Verbindungs- bzw. Steckdrähten, um beispielsweisen aus solchen Wendeln die oben angegebenen ebenen Flächengebilde herzustellen.
Da die Wendeln unter einer Vorspannung über die Wickeldorne gewickelt werden, baut sich vorrangig in den beiden Umlenkbögen je eine Spannungsverteilung zwischen Zug- und Druckspannungen auf, die bei einer nicht vollständigen Ausrichtung der Moleküle durch Erwärmen nahe dem Erweichungspunkt eine Rückbildung des Monofilaments in seine Ausgangsform anstrebt, was als Memory-Effekt bezeichnet wird. Tritt aber eine solche Rückbildung auch nur in geringem Umfang auf, so wird das Produkt unbrauchbar. Dieser Memory-Effekt tritt hingegen an den Langseiten des Querschnitts nicht auf, da diese beim Wickeln nicht verformt wurden, so dass sie nicht zum Rückverformen der Wendeln beitragen.
Eine generelle Erhöhung der Heizleistung, z.B. in grossvolumigen Heizkammern, würde bei den bekannten Anordnungen dazu führen, dass auch die geradlinigen oder wenig gekrümmten Umfangsabschnitte der Drähte, die sogenannten "Langseiten", bis zu 25 % schrumpfen, was wiederum zu einer Blockierung auf dem Wickeldorn und zu einem Stillstand der Produktion führen würde. Dem könnte auch nur sehr bedingt durch eine stärkere und gleichmässige Verjüngung des Wickeldorns entgegen gewirkt werden.
Wegen dieser Zusammenhänge können die bekannten Verfahren und Vorrichtungen nur im Bereich niedriger Arbeitsgeschwindigkeiten mit niedrigen thermischen Wirkungsgraden und mit hohen Ausschussraten ausgeübt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die Rückfederungen der Wendeln an den Stellen engster Krümmungsradien so weit wie irgend möglich ausgeschaltet werden und durch die Wendeln mit hoher Präzision bei hohem Wirkungsgrad hergestellt werden können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäss dadurch dass, die Heizenergie zumindest überwiegend im Bereich der engen Umlenkbögen zur Einwirkung auf die Wendeln gebracht wird.
Dadurch wird aber nicht nur die angegebene Aufgabe gelöst, nämlich die Rückfederungen der Wendeln an den Stellen engster Krümmungsradien so weit wie irgend möglich ausgeschaltet, sondern es werden Wendeln mit hoher Präzision bei hohem Wirkungsgrad hergestellt. Zum Beispiel werden bei der Herstellung von Wendeln für die Produktion von Bespannungen für Papiermaschinen oder von Transportbändern die Memory- Effekte in den Umlenkbögen abgebaut und in den geradlinigen Verbindungsstrecken vermieden. Dadurch werden in Sekundenschnelle die durch das Wickeln aufgebauten Spannungen in den Monofilamenten eliminiert, die Moleküle entspannt und durch sofortiges Kühlen spannungsfrei erstarrt und die Wendel in Idealform dauerhaft fixiert. Dadurch ist ausserdem gewährleistet, dass keine oder nur sehr geringe Schrumpfkräfte an den Langseiten wirksam werden, wodurch die Wendeln auf den Wickeldornen festschrumpfen könnten. Vorheizzeiten und langsame Produktionsgeschwindigkeiten sowie Abfälle von mehr als z.B. 5 % und Energieverschwendung werden vermieden, und hohe Massgenauigkeiten - auch bei den Endprodukten - bei geringen Stillstandszeiten erreicht. Die Erfindung besteht also - vereinfacht ausgedrückt - in einer Konzentration der Beheizung auf die Stellen der stärksten Krümmungen.
Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination - :
* die Einwirkung der Heizenergie auf die Drähte ausserhalb der Umlenkbögen unterdrückt wird,
* die Heizenergie mittels Heizgas durch Düsen gezielt zur Einwirkung auf die Umlenkbögen gebracht wird,
* die Heizenergie mittels Laserstrahlung gezielt zur Einwirkung auf die Umlenkbögen gebracht wird,
* die Heizenergie mittels Kontaktbeheizung gezielt zur Einwirkung auf die Umlenkbögen (9b) gebracht wird,
* die Heizenergie mittels Plasmastrahlung gezielt zur Einwirkung auf die Umlenkbögen gebracht wird,
* die Heizenergie mittels Ultraschall gezielt zur Einwirkung auf die Umlenkbögen (9b) gebracht wird,
* die Einwirkung der Heizenergie im Bereich der Längsabschnitte der Wendel durch Leitkörper unterdrückt wird,
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Wendeln mit länglichen Querschnitten und engen Umlenkbögen durch Wickeln von Drähten auf Wickeldomen mit komplementären Querschnitten und mit Mitteln zur Zufuhr von Heizenergie und mit nachgeschalteten Mitteln zur Fixierung durch Abkühlung, wobei die Wickeldorne eine grösste Querschnittsebene aufweisen, die im Bereich der engen Umlenkbögen angeordnet ist.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe und zur Erzielung der gleichen Vorteile ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur gezielten Zufuhr von Heizenergie in Richtung der Querschnittsebene angeordnet sind.
Es ist im Zuge weiterer Ausgestaltungen der Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination - :
* Leitkörper zur Unterdrückung der Einwirkung der Heizenergie auf die Drähte auf gegenüberliegenden Seiten der Querschnittsebene angeordnet sind,
* für die Zufuhr der Heizenergie Düsen für die Zufuhr von Heizgasen in Richtung parallel zur Querschnittsebene angeordnet sind,
* für die Zufuhr der Heizenergie Laserstrahlquellen mit Strahlrichtung parallel zur Querschnittsebene angeordnet sind,
* für die Zufuhr der Heizenergie Ultraschallquellen mit Strahl richtung parallel zur Querschnittsebene angeordnet sind,
* für die Zufuhr der Heizenergie Plasmastrahlquellen mit Strahlrichtung parallel zur Querschnittsebene angeordnet sind,
* für die Zufuhr der Heizenergie elektrisch beheizte Kontaktblöcke angeordnet sind, die von der Querschnittsebene durchdrungen werden, und/oder - wenn
* für die Unterdrückung der Einwirkung der Heizenergie auf die Wendel im Bereich von deren Längsabschnitten beiderseits der Querschnittsebene Leitkörper für die Ablenkung von Heizgasen angeordnet sind.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und deren Wirkungsweisen und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der schematisierten Figuren 1 bis 7 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf die funktionswesentlichen Teile der
Wickel- und Heizvorrichtung,
Figur 2 einen Querschnitt durch einen Wickeldorn mit Wendel im
Bereich einer Beheizung durch Heissluft,
Figur 3 einen Querschnitt durch einen Wickeldorn mit Wendel
im Bereich einer Beheizung durch Heissluft und mit einem zusätzlichen Luftleitsystem,
Figur 4 einen Querschnitt durch einen Wickeldorn mit Wendel im
Bereich einer Beheizung durch Laserstrahlen,
Figur 5 einen Querschnitt durch einen Wickeldorn mit Wendel im
Bereich einer Beheizung durch Ultraschall,
Figur 6 einen Querschnitt durch einen Wickeldorn mit Wendel im
Bereich einer Beheizung durch Plasmastrahlen und
Figur 7 einen Querschnitt durch einen Wickeldorn mit Wendel im
Bereich einer Beheizung durch Kontaktblöcke.
In Figur 1 ist eine Wickelvorrichtung 1 gezeigt, die eine nicht rotierende Welle 2 mit einer Einspannvorrichtung 3 besitzt, in die auswechselbar ein Wickeldorn 4 eingespannt ist, dessen Umrisslinien hier nur gestrichelt dargestellt sind. Dieser Wickeldorn 4 hat, vereinfacht ausgedrückt, die Form eines Schwertes, dessen abgerundete Längskanten sich in Richtung auf das freie Ende geringfügig verjüngen.
Auf der Welle 2 sind mittels nicht gezeigter Wälzlager, aber verdrehfest zueinander, zwei Führungsscheiben 5 gelagert, die in ihren Randbereichen je eine Führungsbohrung 6 besitzen, deren Längsachsen miteinander fluchten. Die Vorrichtung besitzt eine auswechselbare Vorratstrommel 7 mit einem aufgewickelten Draht 8, einem sogenannten Monofilament, aus dem die speziell geformte Wendel 9, hergestellt werden soll. Der Draht 8 besteht aus einem Kunststoff oder Metall, der bzw. das bei einer stoffspezifischen Temperatur plastisch verformbar, danach aber durch Abkühlung in dem verformten Zustand fixierbar ist. Der Draht 8 wird vor dem Eintritt in die Führungsscheiben 5 durch Führungsrollen 10 geführt, deren Spalt die gemeinsame Rotationsachse der Führungsscheiben 5 um- schliesst.
Nach dem Aufwickeln auf den Wickeldorn 4, durchläuft die Wendel 9 zunächst eine zweiteilige Heizvorrichtung 1 1 , die auf die gegenüber liegenden Rundkanten 4a und 4b des Wickeldorns 4 ausgerichtet sind. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele solcher Heizvorrichtungen werden nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 7 näher erörtert, die senkrechte Querschnitte entlang der Ebene E-E zeigen. Auf die Heizvorrichtung 1 1 folgt mit einem Abstand eine Kühlvorrichtung 12, die mit Druckluft betrieben werden kann. Die Konvergenz der abgerundeten Längskanten des Wickeldorns 4 ist dabei so zu wählen, dass ein Festschrumpfen der Wendel 9 ausgeschlossen ist. Das Ergebnis ist am linken Ende von Figur 1 gezeigt: Eine Wendel 9 mit geraden Längsabschnitten 9a und engen Umlenkbögen 9b.
Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Wickeldorn 4 in der Ebene E-E gemäss Figur 1 mit einer Draufsicht auf eine Windung der Wendel 9. Der Wickeldorn 4 besitzt in Richtung seiner Längsachse, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, eine grösste Querschnittsebene 4c, die gestrichelt dargestellt ist und mit einer Breite B an den Rundkanten 4a und 4b endet. Dies gilt auch für die übrigen Figuren. Die Heizeinrichtung 1 1 besteht in diesem Falle aus zwei Düsen 13, deren spaltformige Öffnungen parallel zu den Rundkanten 4a und 4b verlaufen. Die Düsen 13 richten Heissluftstrah- len 14 auf die Wendel 9 in den Bereichen ihrer stärksten Krümmungen an den Rundkanten 4a und 4b. Es ist dabei von Bedeutung, dass die Beheizung mittels Heissluft mit hoher Temperatur, Energiedichte und Geschwindigkeit erfolgt, um einen effektiven Wärmeübergang zu erzeugen.
Es sei hier ferner festgehalten, auch in Bezug auf die Figur 1 , dass die Raumlage der Vorrichtung beliebig gewählt werden kann. So kann z.B. die Lage der Querschnittsebene 4c des Wickeldorns 4 sowohl waagrecht als auch senkrecht gewählt werden, vorausgesetzt, dass die Wirkungsrichtung der Heizeinrichtungen 1 1 auf die Rundkanten 4b bzw. die Umlenkbögen 9b der Wendel 9 eingehalten wird.
Die Figur 3 zeigt eine Weiterentwicklung des Gegenstandes von Figur 2. Hier ist den Langseiten der Wendel 9 mit kleinstmöglichen Abständen im Bereich der Heizeinrichtung 11 ein Luftleitsystem 15 für die Heissluft zugeordnet, das aus zwei gegenüber den Strömungen harmonisch geformten
Leitkörpern 15a und 15b besteht.
Bei dem Gegenstand von Figur 4 besteht die Heizeinrichtung 11 mit analogen Raumlagen aus zwei Laserstrahlquellen 16. Bei dem Gegenstand von Figur 5 besteht die Heizeinrichtung 11 mit analogen Raumlagen aus zwei Ultraschallquellen 17. Bei dem Gegenstand von Figur 6 besteht die Heizeinrichtung 1 1 mit analogen Raumlagen aus zwei Plasmastrahlquellen 18. Und bei dem Gegenstand von Figur 7 besteht die Heizeinrichtung 1 1 mit analogen Raumlagen aus zwei elektrisch beheizten Kontaktblöcken 19. Solche Heizeinrichtungen sind - für andere Zwecke - an sich bekannt und einschliesslich ihrer Quellen für die Versorgung mit Heizenergie bei Fachfirmen erhältlich.
Bezugszeichenliste:
1 Wickelvorrichtung
2 Welle
3 Einspannvorrichtung
4 Wickeldorn
4a Rund kante
4b Rund kante
4c Querschnittsebene
5 Führungsscheiben
6 Führungsbohrungen
7 Vorratstrommel
8 Draht (Monofilament)
9 Wendel
9a Längsabschnitte
9b Umlenkbögen
10 Führungsrollen
11 Heizeinrichtung
12 Kühlvorrichtung
13 Düsen
14 Heissluftstrahlen
15 Luftleitsystem
15a Leitkörper
15b Leitkörper
16 Laserstrahlquellen
17 Ultraschallquellen
18 Plasmastrahlquellen
19 Kontaktblöcke
B Breite
E-E Ebene