Verfahren und Vorrichtung zur Fadenzwischenspeicherung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fadenzwischenspeicherung, insbesondere in Verbindung mit der Bereitstellung von Schussfäden bei Webvorgängen, und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen bei der Verarbeitung eines von einer Garnrolle (Trägerrolle) abzuwickelnden Fadens ist es notwendig, für eine extrem hohe Zufuhrgeschwindigkeit des zu verarbeitenden Fadens an seinem freien Ende hin zu einem Endverarbeitungswerkzeug zu sorgen. Insbesondere dann, wenn der zu verarbeitende Faden als Schussfaden bei der Herstellung eines Gewebes zugeführt werden soll, können dabei ohne weiteres typische Zuführgeschwindigkeiten (Liefergeschwindigkeiten) in der Größenordnung von bis 500 m/min erforderlich sein.

Solche Liefergeschwindigkeiten könnten zwar an sich ohne weiteres durch ein „ Abziehen über Kopf, von einer ruhenden Garnrolle, d.h. durch ein Abwickeln des Fadens im Wesentlichen in Richtung der Längsachse der Garnrolle erzielt werden. Ein solches „Abziehen über Kopf hat aber zur Folge, dass sich der Faden mit jeder von der ruhenden Garnrolle abgezogenen Umschlingung einmal um sich selbst verdreht, also sukzessive um seine Längsachse verdrillt wird, was wiederum bei einer Vielzahl von Anwendungen unerwünscht ist. So ist z.B. bekannt, dass die Verwendung eines in sich verdrillten Schussfadens beim Weben zu unerwünschten Qualitätseinbußen des Gewebes führen kann.

Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise eine Tangentialabwicklung des zu verarbeitenden Fadens von der Trägerrolle gewählt, d.h. der Faden wird vom im wesentlichen zylindrischen Außenmantel der sich um ihre Längsachse drehenden Trägerrolle in tangentialer Richtung abgezogen.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen kommt nun jedoch erschwerend hinzu, dass keine kontinuierliche Zuführung des zu verarbeitenden Fadens erwünscht ist, sondern eine diskontinuierliche Verarbeitung, bei der sich Phasen, in der der zu verarbeitende Faden mit sehr hohen Geschwindigkeiten zum eigentlichen Verarbeitungswerkzeug zuzuführen ist, mit solchen Phasen abwechseln, in denen der zu verarbeitende Faden nur mit geringer Geschwindigkeit zuzuführen ist, oder sogar vorübergehend kurzzeitig vollkommen ruht. Dies tritt z.B. typischerweise dann auf, wenn der zu verarbeitende Faden als Schussfaden in ein Gewebe eingearbeitet wird. Hierbei wird typischerweise der zu verarbeitende Faden mit hoher Geschwindigkeit als Schussfaden quer in die beim Weben geöffneten Fächer der Kettfäden eingeschossen und dann bei Erreichen des gegenüberliegenden Endes des Gewebes gekappt, woraufhin ein neuer Schussfaden von der Garnrolle aufgenommen und beim Einschießen in die geöffneten Fächer der Kettfäden erneut abrupt beschleunigt wird. So ergibt sich permanent ein abrupter Wechsel von Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen im zuzuführenden Faden.

Würde man den zuzuführenden Faden nunmehr direkt von der Trägerrolle tangential abziehen, so müsste die Trägerrolle entsprechend den erforderlichen Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen im zuzuführenden Faden immer wieder um ihre Längsachse dynamisch beschleunigt und abgebremst werden.

Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei großen und massereichen Trägerrollen unerwünscht, da hier ein beständiger Wechsel von extrem hohen, in ihrer Drehrichtung gegenläufigen Drehmomenten an der Trägerrolle erfolgen müßte, was zu unerwünschten dynamischen Belastungen in der Aufhängung und im Antrieb der Trägerrolle führen könnte, und insbesondere auch zu Trägheitskräften, die im tangential abzuwickelnden Faden bei gegenläufigen Bewegungen der massereichen Trägerolle zu so hohen Zugspannungen führen könnten, dass der abzuwickelnde Faden dabei beschädigt werden könnte.

Um dies zu vermeiden, ist insbesondere bei Webmaschinen im Stand der Technik bekannt, beim tangentialen Abwickeln eines Schussfadens von einer Trägerrolle mechanische Ausgleichsvorrichtungen in Form von Hilfsrollen und/oder Hilfswalzen (sog. „Tänzer" oder „Fournisseure") vorzusehen, über die der abzuwickelnde Faden geführt wird, um im trägerrollenseitigen Ende des abzuwickelnden Fadens eine im wesentliche konstante Zuführgeschwindigkeit und damit eine im wesentlichen konstante Spannung im abzuwickelnden Faden zu ermöglichen, während das sich in Abwickelrichtung hinter diesen

Hilfsrollen und/oder Hilfswalzen befindliche „freie" Fadenende extremen Beschleunigungsoder Abbremsvorgängen ausgesetzt werden kann.

Ein solches System von Tänzern und einem Fournisseur ist z.B. in der DE 10 2005 010 534 Al offenbart.

Derartige mechanische Systeme zum Ausgleich von abrupt auftretenden Zugspannungen am freien Fadenende erfordern jedoch eine sehr hohe Präzision bei der Fertigung und Justierung feinmechanischer Komponenten.

Weiterhin ist im Stand der Technik auch bekannt, eine verdrillungsfreie Zwischenspeicherung eines „freien" Fadenendes in einer in etwa U-förmigen freien Schlaufe eines Fadenabschnitts zu bewirken, der sich in einem starken Luftstrom befindet. Eine solche Fadenzwischenspeicherung im Luftstrom ist z.B. gemäß der DE 1 774 774 A offenbart. Am freien Fadenende auftretende hohe Beschleunigungskräfte werden dabei durch eine Verkürzung des im Luftstrom gespeicherten Fadenabschnitts ausgeglichen, ohne dass es trägerrollenseitig zu einer nennenswerten Erhöhung der Zugspannung im dort im wesentlichen kontinuierlich abgewickelten Faden käme.

Die GB 1 240 462 A offenbart weiterhin eine Schussfaden-Speichervorrichtung, bei der ein an einem zur Fadenspeicherung durchhängenden Fadenabschnitt ein Gewicht in Form eines Kolbens in einem Führungszylinder vorgesehen ist, wobei der Kolben insbesondere durch einen Unterdruck mitsamt dem daran befestigten Fadenabschnitt ausgelenkt werden kann.

Bei einer Vielzahl von Fadenmaterialien kann es aber in einem solchen Luftstrom oft zu mechanischen Beschädigungen kommen, wie insbesondere zu einem Zerspleißen des Fadens. Weiterhin erfordert die zuverlässige Regulierung und Steuerung eines solchen Luftstroms, wie sie letztlich z.B. bei einer Applikation wie der Zwischenspeicherung eines Schussfadens bei Webvorgängen notwendig ist, einen ebenfalls recht hohen und damit kostenintensiven Aufwand beim Bereitstellen einer Steuerungspneumatik.

Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es deshalb, ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zur Zwischenspeicherung des freien Endes eines von einer Trägerrolle tangential und im wesentlichen kontinuierlich abgewickelten Fadens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum verdrillungsfreien Zwischenspeichern des freien Endes eines von einer Trägerrolle im wesentlichen kontinuierlich abgewickelten elektrisch leitfähigen Fadens;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung darstellt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung darstellt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum verdrillungsfreien Zwischenspeichern des freien Endes eines elektrisch leitfähigen Fadens 1 , der von einer Trägerrolle (Garnrolle) 2 im wesentlichen kontinuierlich abgewickelt wird.

Dabei soll „ im wesentlichen kontinuierlich abgewickelt" bedeuten, dass zu jedem Zeitpunkt des Vorgangs des tangentialen Abwickeins des Fadens 1 von der Trägerrolle 2 sichergestellt bleibt, dass die Trägerrolle nur solche Beschleunigungen erfährt, bei denen die Zugspannungen im Faden ausreichend weit unter fadenmaterialbedingten Schwellwerten bleiben, so dass keine unerwünschten permanenten Fadenstreckungen oder gar Fadenabrisse auftreten können.

Optional kann der von der Trägerrolle 2 abgewickelte Faden 1 über eine Antriebs- und Ausgleichsrolle 3 („Tänzer") geführt werden, die so im Raum frei beweglich gelagert ist, dass sie die Zugspannung und Zufuhrgeschwindigkeit im abzuwickelnden Faden 1 durch Ausgleichsbewegungen im Raum innerhalb einer gewissen Bandbreite kompensieren kann. Ein tänzergeregelter Spulenantrieb wickelt das Garn mit einer mittleren Geschwindigkeit von der Spule 2 ab. Der Tänzer 3 regelt dabei durch eine in Fig. 1 auf- oder abwärts gerichtete Ausgleichsbewegung die sich beim Abwickeln des Garnes durch die damit einhergehende Durchmesseränderung der Spule ergebende Geschwindigkeitsänderung des zugefϊihrten Garns aus.

Von dem in Fig. 1 optional gezeigten Tänzer 3 wird der Faden über eine erste elektrisch leitende Kontaktkufe 4 zu mindestens einer, bevorzugter Weise aber einem Paar von Förderrollen 5 geführt und von den Förderrollen 5 zu einer Umlenkrolle 6. Hinter der Umlenkrolle 6 wird der Faden über eine zweite elektrisch leitende Kontaktkufe 7 geführt.

Hinter der zweiten elektrisch leitenden Kontaktkufe 7 kann ein Abzug des freien Fadenendes unter Beaufschlagung sehr hoher Beschleunigungskräfte hin zu einem Endverarbeitungswerkzeug (nicht gezeigt) erfolgen. Z.B. kann hinter der Kontaktkufe 7 ein Abzug des freien Endes des Fadens 1 zu einer Schussvorrichtung einer Webmaschine erfolgen, wo der Faden als Schussfaden weiter verarbeitet wird.

Die Kontaktkufen 4 und 7 können dabei jeweils auch in Form eines relativ eng beabstandeten Kufenpaars 4a, 4b bzw. 7a, 7b ausgebildet sein, so dass für den dazwischen durchzuführenden Faden 1 eine zuverlässige mechanische Führung vorgegeben ist, die ein sicheres Durchgleiten des Fadens durch das jeweilige Kufenpaar ermöglicht.

Die Kontaktkufen 4 und 7 bzw. 4a, 4b und 7a, 7b sind mit den Polen einer Gleichspannungsquelle 8 verbunden.

Bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den so als Spannungsklemmen dienenden Kufen fließt somit ein elektrischer Strom durch den Faden 1 , wenn dieser elektrisch leitfähig ist.

Ein Stromfluss durch den zwischen den Kontaktkufen 4 und 7 verlaufenden Faden ist bekanntlich von einem den Faden umgebenden Magnetfeld begleitet. Dieses Magnetfeld wird im folgenden als „erstes" Magnetfeld bezeichnet.

In Fig. 1 unterhalb der Kufen 4, 7 angeordnet befinden sich ein oder bevorzugter Weise auch mehrere Magnete 9. Diese Magnete 9 können Permanentmagnete sein. Es kann sich grundsätzlich aber auch um stromdurchflossene Spulen handeln, die wegen des durch sie fließenden Stromes bekanntlich wiederum von einem Magnetfeld umgeben sind. Dieses weitere Magnetfeld wird im folgenden als „zweites" Magnetfeld bezeichnet.

Egal, ob die Magnete 9 Permanentmagnete sind oder stromdurchflossene Spulen, in jedem Falle ist die Orientierung ihres Magnetfelds (des „zweiten" Magnetfelds) so auf die Polarität der zwischen den Kontaktkufen 4, 7 anliegenden elektrischen Gleichspannung abzustimmen, dass das den stromdurchflossenen Faden 1 umgebende „erste" Magnetfeld und das von den Magneten 9 erzeugte „zweite" Magnetfeld dafür sorgen, dass der stromdurchflossene Faden 1 zu den Magneten 9 hingezogen wird.

Durch diese Anziehungskraft zwischen dem stromdurchflossenen Faden 1 und den Magneten 9 ergibt sich in Fig. 1 für den zwischen den Kufen 4, 7 hindurchgeführten Fadenabschnitt eine in etwa U-förmige Auslenkung zu den Magneten 9 hin. Dadurch wirkt der Bereich zwischen den Kontaktkufen 4 und 7 und den Magneten 9 effektiv als Fadenspeicher, in dem ein mehr oder weniger langer Garndurchhang 10 zwischengespeichert werden kann.

Kommt es am freien Ende Ia des Fadens zu einer abrupten Beschleunigung des Fadens, so kann die dadurch im Faden auftretende Zugspannung dadurch ausgeglichen werden, dass der Garndurchhang 10 verkürzt wird.

Das bedeutet, dass eine abrupte Zuganforderung am freien Ende 1 a des Fadens durch eine aus dem Garndurchhang bedienbare verstärkte Fadennachlieferung beantwortet werden kann. Da wegen der geringen Masse des sich im Garndurchhang befindlichen Fadenabschnitts hierbei nur relativ geringe Trägheitskräfte im Faden an dessen freiem Ende auftreten, kann sichergestellt werden, dass diese Trägheitskräfte deutlich unter Materialschädigungs- oder gar Abrissgrenzwerten bleiben.

Durch Steuerung der an den Kufen 4, 7 beaufschlagten elektrischen Spannung kann der Stromfluss durch den Garndurchhang 10 reguliert werden und damit die Stärke des ersten Magnetfelds und somit letztlich sowohl die Kraft, mit der der Garndurchhang zu den Magneten 9 gezogen wird, als auch dessen effektive „Eintauchtiefe" in den Bereich der Magnete 9 (Strecke „h" in Fig. 1 , d.h. die Abweichung vom unteren Durchhängpunkt des Garndurchhangs 10 zur Tangentialfläche E an die Rollen 5, 6). Mit anderen Worten: über die Regulierung der an den Kufen 4, 7 anliegenden Spannung lässt sich letztlich auch die im „Fadenspeicher" zwischen den Kufen 4, 7 gespeicherte Fadenlänge und Fadenmenge regulieren.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zwischenspeicherung eines Fadens.

Bauteile, die mit den in Fig. 1 gezeigten Bauteilen übereinstimmen, sind mit identischen Bezugszeichen wie in Fig, 1 bezeichnet und werden im Folgenden nicht nochmals erläutert.

Zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Bauteilen sind bei dieser zweiten Ausführungsform noch Lichtschranken I Ia - Hd vorgesehen, die in Fig. 2 den Garndurchhang 10 links und rechts umschließen. Ein zwischen einer Lichtschranke durchhängender Fadenabschnitt blockiert Licht, welches ansonsten durch die Lichtschranke läuft. Mit zunehmendem Garndurchhang werden nach unten hin immer mehr Lichtschranken blockiert, so dass sich aus den von den jeweiligen Lichtschranken abgegriffenen Signalen jeweils ein Maß für die Eintauchtiefe des Garndurchhangs bestimmen lässt.

Abhängig von der so optisch ermittelten Ist-Eintauchtiefe lässt sich dann auch wiederum eine Stellgröße für die Gleichspannung ermitteln, die zwischen den Kontaktkufen 4, 7 anzulegen ist, um in Abhängigkeit von der Abrollgeschwindigkeit der Trägerrolle und der bei einer abrupten Fadenanforderung am Endverarbeitungswerkzeug aus dem Fadenspeicher nachzuliefernden Fadenmenge notwendig ist, um schnellstmöglich wieder eine gewünschte Soll-Eintauchtiefe zu erreichen.

Alternativ zur optischen Messung der Eintauchtiefe mit Hilfe von Lichtschranken, kann auch folgende Vorgehensweise angewandt werden: Mittels eines Messgeräts 13 wird der Stromfluss durch die Kontaktkufen 4, 7 ermittelt. Bei gegebener Quellspannung der

Spannungsquelle 8 kann daraus der Widerstand des sich zwischen den Kontaktkufen befindlichen Fadenabschnitts und bei bekanntem Fadenquerschnitt und bekanntem spezifischen Widerstand des Fadens auch dessen Länge ermittelt werden, die dann wiederum ein Maß für die Eintauchtiefe im Fadenspeicher liefern kann.

Fig. 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bauteile, die mit den in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Bauteilen übereinstimmen, sind mit identischen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet und werden im Folgenden ebenfalls nicht nochmals erläutert.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung umgibt ein Paar eng nebeneinander beabstandet angebrachter Seitenplatten 12a, 12b den Garndurchhang, der dadurch gegen seitliche einwirkende Kräfte wie z.B. einen Luftzug oder gar mechanische Fremdeinwirkung geschützt ist.

Die Verwendung der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung hat sich insbesondere bei der Verarbeitung von bandförmigem Garnmaterial aus Karbonfasern als Schussfadenmaterial in Webmaschinen in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen. Karbonfasern werden insbesondere bei sogenannten Hochleistungsgeweben verwendet, die z.B. anschließend mit aushärtendem Kunststoff zu Formteilen imprägniert werden. Solche Formteile finden überall dort Verwendung, wo extrem leichte und doch extrem widerstandsfähige Bauteile benötigt werden, wie z.B. beim Bau von Flugzeugrumpfteilen, bestimmten Autokarosserieteilen, etc. Um hierbei jedoch im Gewebe für spätere Zwecke die optimale mechanische Beanspruchbarkeit gewährleisten zu können, es ist unabdingbar, dass ein unverdrillter Einlauf eines als Schussfaden dienenden Karbongarns in eine Webmaschine gewährleistet wird. Dadurch entfällt - wie schon diskutiert - der dynamisch an sich günstige überkopfabzug eines Karbonfadens von stehenden Spulen. Aber auch der Einsatz von Fournisseuren führt bei Karbonfasern zu Unregelmäßigkeiten im Webbild und Schädigungen der empfindlichen Fasern. Bei einer durch eine Luftströmung in einem Fadenspeicher vor der Webmaschine unterstützten Durchhangsteuerung zeigt sich in der Praxis zudem, dass die Luftströmung das empfindliche Karbonband schädigt.

Da Karbonfasern jedoch eine gute elektrische Leitfähigkeit zeigen, sind sie zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fadenspeicherung elektrisch leitender Faden prädestiniert. Versuche hierzu haben zu sehr guten Ergebnissen geführt, da die Beaufschlagung von stromführenden Karbonfasern in einem mit einem anziehenden

Magnetfeld versehenen Fadenspeicher zu einer befriedigenden und schonenden Zwischenspeicherung der Karbonfasern vor der Zuführung als Schussfaden in einer Webmaschine geführt haben.

Wird eine Karbonfaser in einer hinter den Fadenspeicher geschaltete Webmaschine (nicht gezeigt) verwoben, so zieht das Walzenpaar 5 den Faden aus dem Tänzer heraus und führt es in den Fadenspeicher. Der Antrieb der Walzen 5 gilt in einer Steuerung dann als Master. So kann das Garn sowohl mit der gemittelten Geschwindigkeit als auch mit einer, der Webmaschine angenäherten, aber geglätteten, Dynamik von der Garnrolle abgezogen werden. Der Fadenabzug aus dem Speicher erfolgt dann durch die Webmaschine (nicht gezeigt). Diese arbeitet als Slave. Bei Freigabe startet die Speicherfunktion und erst wenn eine ausreichende Garnlänge im Fadenspeicher verfügbar ist, kann die Webmaschine starten. Die Garnführung im Fadenspeicher erfolgt durch die beiden Seitenplatten 12a, 12b im Speicher. Die Abfrage der Speicherfüllung erfolgt durch Lichtschranken 1 Ia - 1 Id.

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Bezugszeichenliste

1 Faden

1 a freies Fadenende

2 Garnrolle (Trägerrolle) Tänzer (4a, 4b) erste(s) Kontaktkufe(npaar) Förderrolle(n) Umlenkrolle (7a, 7b) zweite(s) Kontaktkufe(npaar) Gleichspannungsquelle Magnet(e) 0 Garndurchhang 1 a - 1 1 d Lichtschranken 2a, 12b Seitenplatten 3 Strommessgerät