Vorrichtung zur Trennung von aneinanderliegenden Fäden. Im Textilgebiet ist für verschiedene Ar beitszwecke von eng aneinanderliegenden Fäden, z. B. einer Webkette, ein Faden nach dem andern einzeln abzutrennen. Solange die Fäden nicht allzu fein sind, gelingt dies leicht mit mechanischen Mitteln, z. B. mit einer in Fig.1 dargestellten Nadel 1 mit zwei Spitzen 2 und 3, welche in der Längsrich tung der Nadel zueinander versetzt sind und in deren Querrichtung einen Abstand von einander haben, welcher ungefähr dem Durch messer der Fäden 4 entspricht.
Eine solche Nadel, oder an deren Stelle ein Trennmesser, vermag bei richtiger Führung von einem aufgespannten Zettel ordnungsgemäss einen Faden nach dem andern abzutrennen, solange die Kette nicht einen gewissen Feinheitsgrad erreicht, jedoch versagen derartige Vorrich tungen bei feinen Fäden und enger Kette einstellung sowie besonders auch bei Fäden mit nicht kreisrundem Querschnitt, z. B. bei Azetatf äden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von aneinander- liegenden Fäden. Erfindungsgemäss weist die Vorrichtung Mittel zur gleichpoligen elek trischen Aufladung der Fäden an aneinander liegenden Stellen auf, so dass die Fäden sich durch elektrostatische Kräfte gegenseitig abstossen. Dies ermöglicht beispielsweise, eng aneinanderliegende Fäden eines aufgespann ten Zettels so weit voneinander zu trennen, dass das Wegnehmen einzelner Fäden nach her ohne Schwierigkeiten mit einer Nadel oder dergleichen geschehen kann.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist beispielsweise in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt: Fig. 2 die Vorrichtung im Aufriss, Fig. 3 in kleinerem Massstab eine Ober ansicht.
Fig. 4 und 5 zeigen Diagramme, und Fig. 6 dient zur Erklärung der Wir kungsweise der Vorrichtung.
In Fig. 2 sind eine Anzahl Fäden 4 ge zeichnet, die einem gemäss Fig. 3 in einem Rahmen 5 eingespannten Zettel angehören; die Fäden 2 sind ursprünglich mit möglichst bleicher Spannung im Rahmen 5 fest geklemmt. An einem an Führungsstangen 6 angeordneten, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Traggestell 7 sind drei Elektroden 8, 9 und 10 vorgesehen, welche die in Fig. 2 ersichtliche besondere Form haben. Die beiden einander gegenüberstehen den Elektroden 8 und 9 sind über die Drähte 11 mit dem positiven Pol 12 einer elektri schen Gleichspannungsquelle verbunden, die Elektrode 10 ist über den Draht 13 an den negativen Pol 14 der gleichen Gleichspan nungsquelle angeschlossen.
Durch zwei an den Elektroden 8 und 9 vorgesehene, gut federnde elektrische Bürsten 15 wird infolge ihrer Berührung mit den Fäden 4 die posi tive Ladung auf die einzelnen Fäden 4 des Zettels übertragen; unter dem Einfluss der 1. K = Q.E
EMI0002.0001
In diesen Formeln bedeutet: Q = Positive elektrische Ladung eines Fa dens in Coulomb. Dieselbe wird in der Mitte des Fadens konzentriert ange nommen.
E= Elektrische Feldstärke in Volt/cn, hervorgerufen durch die Ladung der Elektroden 8, 9 und 10.
K = Vom elektrischen Feld E auf den Fa den ausgeübte Kraft in 10' Dyn.
K1 = Von den elektrisch geladenen Nach barfäden links auf den betrachteten Faden ausgeübte Kraft in 10' Dyn.
Kr = Von den elektrisch geladenen. Nach barfäden rechts auf den betrachteten Fäden ausdeübte Kraft.
EMI0002.0002
elektrischen Kräfte werden die Fäden 4 aus ihrer Ruhelage nach rechts gezogen. Beim Arbeitsbeginn wird das Traggestell 7 mit den Elektroden 8, 9 und 10 und den Bürsten 15 von rechts nach links verschoben, so da ss von den Kontaktbürsten 15 die Fäden 4 in der Mitte gleichpolig aufgeladen werden. Die rechts von den Kontaktbürsten 15 befind lichen Fäden 4 sind also Positiv elektrisch aufgeladen worden (die Vorrichtung könnte gegebenenfalls auch nur eine Kontaktbürste, statt deren zwei, besitzen).
Nach bekannten Gesetzen der Elektro statik unterliegen nun die negativ geladenen c Fäden 4 im elektrischen Feld der Elektroden 8, 9 und 10 den folgenden elektrostatischen Kräften: r@1 = Abstand des ersten Nachbarfadens links vom betrachteten Faden (in cm).
r_i = Abstand des zweiten Nachbarfadens links vom betrachteten Faden (in cm). rlr = Abstand des ersten Nachbarfadens rechts vom betrachteten Faden.
r.= = Abstand des zweiten Nachbarfadens rechts vom betrachteten Faden.
Auf diejenigen Fäden, die von den elek trischen Kräften bereits aua ihrer Ruhelage nach rechts gezogen worden sind, wirkt ferner die durch die Fadenelastizität gege bene Rückzugskraft.
EMI0002.0010
Dies gilt unter der Annahme, dass die Kraft Ks punktförmig in der Fadenmitte angreift, und dass der Faden im ungespannten Zustand genau so lang ist wie die lichte Öffnung des Rahmens. Dabei bedeutet: d = Auslenkung des Fadens in cm.
l = Totallänge des geraden eingespannten Fadens (in cm).
F = Querschnitt des Fadens (in cm).
E = Elastizitätsmodul des Fadens (in g/em2). Zur Ableitung obiger Formel ist ferner l > d angenommen.
In Fig. 4 bezw. 5 sind in Richtung der y-Achse die auf den äussersten bezw. zweit äussersten Faden (in Fig. 2, 3 von rechts nach links) wirkenden Kräfte aufgetragen, wäh rend in Richtung der x-Achse die Faden auslenkungen aufgetragen sind.
Da die auf die Fäden wirkenden Schwer kräfte praktisch vernachlässigt werden kön nen, wirken auf jeden Faden die vier Kräfte K, Kr, K1 und K5. Die Fäden bewegen sieh unter dem Einfluss dieser Kräfte so lange, bis Gleichgewichtszustand herrscht, das heisst bis die Summe aller vier Kräfte Null wird.
Die folgenden Überlegungen zeigen, wie die Fäden nach Erreichung dieses Gleich gewichtszustandes ungefähr örtlich verteilt sind: Auf den äussersten Fäden rechts wirken nur drei Kräfte, da die Kraft Kr infolge Fehlens eines noch weiter rechts liegenden Fadens wegfällt. In Fig. 4 ist der grund sätzliche Verlauf der verbleibenden drei Kräfte K, K1 und KB in Funktion der ört lichen Lage des Fadens eingezeichnet. Im Punkte 0, ist die Summe der nach rechts ge richteten Kräfte K + K1 gleich der nach links gerichteten Kraft KS. Der äusserste Faden rechts befindet sich also in diesem Punkte im Gleichgewicht der Kräfte; er wird sich unter dem Einfluss der Kräfte hierher be wegen und dann stehen bleiben. Die Kraft Ks entspricht in dieser Figur nicht der obigen Formel.
Es ist vielmehr angenommen worden, dass der ungespannte Faden etwas länger ist als die lichte Weite des Rahmens, weshalb die Kraft Ks erst bei einer Auslenkung do zu wirken anfängt.
Auf den zweitäussersten Faden rechts wirkt zu den drei oben beschriebenen Kräf ten K, K, und K1 noch die abstossende Kraft Kr des äussersten Fadens rechts. Infolgedessen befindet sich die Gleichgewichtslage OZ für diesen Faden gemäss Fig. 5 weiter links.
Da auf den dritten, vierten und die fol genden Fäden einerseits die nach rechts wir kende Kraft K immer kleiner wird und an derseits auch der Ort der Einspannung dieser Fäden immer weiter links liegt, befindet sich die Gleichgewichtslage dieser Fäden mit wachsender Ordnungszahl immer weiter links.
Die örtliche Verteilung der Fäden ent spricht also im wesentlichen derjenigen der in Fig. 2 eingezeichneten Fäden, das heisst die äussersten Fäden rechts sind auseinander gezogen, getrennt.
Zur fadentrennenden Wirkung wird somit die Tatsache benutzt, dass sich elektrisch gleichpolig geladene Fäden gegenseitig ab stossen. Diese abstossende Wirkung erhält durch das vorgesehene elektrische Feld eine wesentliche Unterstützung.
Infolge der Zu spitzung der Elektrode 10 in Richtung gegen das Elektrodenpaar 8, 9 nimmt die Stärke des erwähnten elektrischen Feldes in Rich tung gegen die Elektrode 10 mehr und mehr zu, so dass die auf den zuäusserst rechts lie genden Faden wirkende Kraft K stets grösser ist, als die auf die andern Fäden wirkenden Kräfte K, was die fadentrennende Wirkung der Kräfte K1 und K, erhöht.
Das durch die besondere Form der Elek troden 8 und 9 zusammen mit der Elektrode 10 erzeugte, in Fig. 6 angedeutete elektrische Feld erwirkt, dass vor allem die bereits stark nach rechts weggezogenen Fäden in eine Ebene, nämlich in die. Symmetrieebene des elektrischen Feldes zu liegen kommen, wo durch das nachträgliche Wegnehmen der zu nächst auf elektrischem Weg getrennten Fäden mit Hilfe mechanischer _Mittel entspre chend erleichtert wird. In der unmittelbar an die Berührungsstelle zwischen Kontakt- bürsten 15 und Fäden 4 anschliessenden Zone hat das elektrische Feld noch keine wesent lichen Kräfte zur Folge, die dieses Aus richten der Fäden in eine Ebene erzwingen.
Die Fäden trennen sich hier im Sinne der Fig. 2 unter dem Einfluss der Kräfte, die durch ihre eigenen Ladungen bedingt sind, vorerst nach allen Seiten, also auch nach unten und oben. Hierdurch wird das end gültige Trennen von Fäden die zufällig über einanderliegen und die vielleicht etwas an- einanderhaften, wesentlich erleichtert; dies ist besonders der Fall bei Acetatfäden, da deren Querschnitte meistens nicht kreisrund, sondern ungefähr elliptisch bis rechteckig sind. Da im Zettel oft solche Fäden aufein anderliegen, ist ein erstes Trennen derselben durch nach unten und oben wirkende Kräfte. infolge des Wegfalles von Reibungskräften, naturgemäss leichter als durch Kräfte, die nur nach links und rechts wirken.
Hat die erste Trennung solcher übereinanderliegender Fäden nach unten und oben stattgefunden, so vollzieht sich unter dem Einfluss der Kräfte K und Ks die Trennung nach links und rechts leicht, da infolge unvermeidlicher Materialverschiedenheiten der Fäden die elastischen Rückzugskräfte Ks zweier Fäden nie ganz genau gleich gross sind; dasselbe gilt für die elektrischen Kräfte K. Einer der beiden Fäden bewegt sich also immer als erster etwas nach rechts; ist er dann nur eine Spur rechts, so stösst er den andern Faden durch den von ihm herrührenden Teil der Kraft Kr nach links zurück.
Das erste Trennen der Fäden kann durch leichtes Vibrieren des aufgelegten Zettels oder durch leichtes Anblasen desselben be günstigt werden; es empfiehlt sich dies be sonders bei fest aneinanderhaftenden Fäden des Zettels.
In der Folge kann der äusserste Faden rechts ohne Schwierigkeit mittels einer me chanischen Hilfsvorrichtung bekannter Art vollständig abgeteilt bezw. weiterbefördert werden. Nach Wegnahme dieses äussersten Faden rechts fällt für den zweitäussersten Faden die nach links wirkende Kraft<B><I>IC,</I></B> weg. Seine Gleichgewichtslage verschiebt sich dadurch nach rechts, so dass sich der Faden ebenfalls nach rechts in die neue Gleichgewichtslage bewegt. Selbstverständ lich entstehen gleichzeitig auch für alle an dern Fäden Gleichgewichts- und Lage verschiebungen nach rechts. 'Wenn alsdann der neu zuäusserst rechts liegende Faden weiterbefördert wird, wiederholt sich das beschriebene Spiel.
Soll sich das Spiel bis zur Erfassung des letzten (in der Zeiehnung zuäusserst links liegenden) Fadens des Zettels wiederholen. so muss durch eine Vorrichtung dafür ge sorgt; werden, dass sowohl das Traggestell 7 mit den Elektroden 8, 9 und 10 als auch der rein mechanische Teil der Fadenabtrenn- vorrichtung selbsttätig schrittweise nach links verschoben werden, und zwar so, dass der Abstand der Elektrode 10 von der Ein spannstelle des jeweilig äussersten Fadens rechts im Rahmen 5 ungefähr konstant bleibt; solche selbsttätigen Schaltvorrichtun gen sind bekannt.
Da zur Erreichung genügend starker elektrischer Kräfte für vorliegende Trenn arbeit verhältnismässig hohe elektrische Span nungen benötigt werden, ist es zweckmässig, alle Elektroden und auch alle andern spa.n- nungsführenrlen Teile mit einer genügend starken elektrischen Isolierschicht zu um hüllen, damit bei allfälliger Berührung keine Ströme auftreten können, welche Per sonen usw. gefährden könnten.
Aus dem gleichen Grunde ist es zweckmässig, der be nützten Spannungsduelle einen so grossen Ohmschen Widerstand vorzuschalten, dass bei allfälliger äusserer Berührung oder bei Kurzschluss nur kleine, ungefährliche Ströme auftreten können. Da. im Normalbetrieb der Stromverbrauch aus der Gleichspannungs- duelle praktisch Null ist, beeinträchtigt ein solcher Schutzwiderstand die fadentrennende 'Wirkung der Vorrichtung, nicht.
Bei gewissen Fadenarten kann das elek trische Aufladen der Fäden, statt durch Be rührung mit Kontaktbürsten, durch blosse Influenz erfolgen, indem in einem elektri- 5 c lien Feld dle in diesem Falle als Hlalb leiter zu betrachtenden Fäden sich an anein anderliegenden Stellen gleichpolig aufladen, veil unter dem Einfluss des elektrischen Feldes positive bezw. negative elektrische Ladung im Faden von der Mitte zu den Enden fliesst bezw. umgekehrt, bis ein Gleich gewichtszustand erreicht wird.
Ferner kön nen die Fäden, sofern sie noch eine Spur von Leitfähigkeit besitzen, galvanisch aufgela den werden, indem man den Einspannrahmen 5 an eine geeignete Stromquelle anschliesst; für diese Behandlungsart ist es bei vielen Fadenarten zweckmässig, deren elektrische Leitfähigkeit künstlich zu erhöhen, was z. B. dadurch geschehen kann, dass man die Fäden vor der Trennarbeit mit einer Salzlösung behandelt und wieder trocknet.
Selbstverständlich kann praktisch auch jede Kombination der drei beschriebenen Ladungsmöglichkeiten angewandt werden.
Das ebenfalls erwähnte mechanische Schütteln der Fäden zur Erleichterung der Trennarbeit kann beispielsweise auch da durch erfolgen, dass der an die Elektroden angelegten Gleichspannung eine Wechsel spannung überlagert wird, die in den Fäden Wechselkräfte und damit vibrierende Bewe gungen der Fäden zur Folge hat. Da nor malerweise die benötigte Gleichspannung durch Gleichrichtung einer Wechselspannung von der Frequenz des Licht- oder Kraft netzes erzeugt wird, kann die überlagerte Wechselspannung sehr einfach dadurch ge wonnen werden, dass die Glättung der gleich gerichteten Wechselspannung nur teilweise vorgenommen wird.
Gegebenenfalls kann das Trennen der Fäden auch mittels eines gegen dieselben ge richteten Luftstromes begünstigt werden.