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Verfahren zum Aufwickeln von Glasfasern in Form eines Stranges von
Glasfäden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln von Glasfasern in
Form eines Stranges von Glasfäden, bei welchem eine Anzahl von Fäden aus dem Schmelzfluß
abgezogen und über einen Sammler einem Querführungsstück zugeführt wird, das eine
geringfügige Querbewegung des Stranges bewirkt und von dem der Strang auf ein umlaufendes
Aufwickelrohr gelangt.
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Ein Verfahren zur Herstellung kontinuierlicher Spinnfasern aus Glasfäden
ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 391 870 beschrieben und zeichnerisch
veranschaulicht. Bei diesem Verfahren wird eine große Anzahl von Glasfäden aus einem
Glasschmelzfluß mit hoher Geschwindigkeit, d. h. etwa 1524 bis 6120m je Minute,
abgezogen. Das Glas geht durch Öffnungen in einer Büchse hindurch und bildet an
den Enden der Öffnungen Glaskegel. Die einzelnen Fäden werden aus dem Glaskegel
herausgenommen und beim Überlaufen eines Führungsstücks in Gruppen zu einem Strang
zusammengefaßt.
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Der Strang wird schließlich in einem offenen Wickel auf ein sehr rasch
umlaufendes Formrohr aufgewickelt.
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Der so geformte Strang besitzt keinen Drall, und vor dem Aufwickeln
des Stranges auf das Aufwickelrohr wird ein Bindemittel auf die Fäden gegeben, um
diese miteinander zu verbinden und die Unversehrtheit des Stranges zu erhalten.
Einem offenen Wickel wird gegenüber einem Parallel- bzw. Horizontalwickel auf dem
Formrohr der Vorzug gegeben, um das Abnehmen des Stranges von dem Rohr zu erleichten.
Bei Verwendung eines Parallel- bzw. Horizontalwickels ist der unverdrallte Strang
sehr schwer abnehmbar, wenn die Glasfäden gebrochen sind. In diesem Fall verwickeln
sich aufeinanderfolgende Windungen des Stranges miteinander, und es wird allmählich
unmöglich, den Strang abzuspulen und ihn von dem Aufwickelrohr abzunehmen. Der offene
Wickel ist so beschaffen, daß der verdrallte Strang für verhältnismäßig wenige Windungen
des Stranges auf dem Rohr über die gesamte Längenausdehnung des Rohres hin- und
herbewegt wird, das sind zwei bis fünf oder auch mehr Windungen auf eine etwa 18
bis 25 cm lange Lage je Querlage auf die Gesamtlänge des Rohres gerechnet. Bei dieser
Art der Aufwickelung kreuzen sich die aufeinanderfolgenden Windungen des Stranges
unter einem Mindestwinkel von 5°.
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Die wendelförmige Traverse aus Draht nach der USA.-Patentschrift
2 870 hat sich als ausreichend erwiesen, um einen Strang mit der hohen Geschwindigkeit
zuverlässig hin- und herzubewegen, die be-
nötigt wird, um den Strang auf ein Formrohr
aufzuwickeln. Die Traverse wird zusätzlich zu der Drehbewegung um ihre eigene Achse
in axialer Richtung hin- und herbewegt, um den Strang über die gesamte Länge des
Rohres zu verteilen. Eine solche Ausführungsform der Traverse oder des Querführungsstücks
erfordert eine bestimmte Mindestspannung in dem Strang, wenn er über die Nocken
der Traverse läuft, um ihn auf den Nocken festzuhalten, wenn diese den Strang gegen
eines der beiden Enden des Formrohres zu drücken suchen. Es besteht ferner eine
natürliche Tendenz für den Strang, zum Mittelpunkt des Formrohres zurückzukehren,
und es gibt auch eine Mindestspannung, die erforderlich ist, um diese Tendenz zu
überwinden und den Strang in seiner richtigen Lage auf dem Nocken zu halten, um
den gewünschten offenen Wickel zu erzeugen. Wird diese Spannung jedoch zu groß,
dann entsteht ein schwierig zu lösendes Problem, weil die einzelnen Fäden des Stranges
infolge der allzu großen Reibung beim Überlaufen des Sammlers zum Brechen neigen.
Gewöhnlich bricht der ganze Strang, wenn erst einmal ein einzelner Glasfaden gebrochen
ist.
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Das Problem der Strangspannung wird durch den Wunsch der Fabrikanten
erschwert, das Verfahren zur Herstellung und zum Aufwickeln von Glasfasern vollständig
auf einem Stockwerk vorzunehmen, während es früher immer in zwei verschiedenen
Stockwerken
durchgeführt wurde. Bei den früheren Verfahren waren Ziehbüchse und Formrohr so
weit entfernt voneinander angeordnet, daß die Ziehbüchse und der Sammler in einem
Stockwerk untergebracht werden konnten und das Formrohr und das Querführungsstück
in einem darunterliegenden Stockwerk lagen. Die auf zwei Stockwerke verteilte Installation
hielt man wegen der Einhaltung der richtigen Winkel für die Fäden auf ihrem Weg
aus der Ziehbüchse über das Führungsstück und auf das Formrohr zu für unbedingt
erforderlich. Für das bekannte Verfahren benötigte man in jedem Stockwerk einen
besonderen Bedienungsmann. Heute besteht der Wunsch, das Verfahren zur Fadenbildung
auf einem Stockwerk durchzuführen und die Ziehbüchse und das Aufwickelrohr näher
beieinander anzuordnen, damit ein einziger Bedienungsmann das gesamte Verfahren
leiten kann. Eine solche Anordnung bringt allerdings schwierige Bedingungen für
die Einhaltung der Winkel und der Faden- bzw.
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Strangspannung mit sich.
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Aus der Technik der Spinn- und Spulvorrichtung für Kunstfäden ist
es ferner bekannt, Fäden so aufzuwickeln, daß der Abstand zwischen den lotrechten
Ansätzen des Führungsstücks und der Traversenstelle auf der Achse des Rohres während
der relativen Hin-und Herbewegung der Traversenführung zwischen der Traversenstelle
und dem Rohr praktisch konstant gehalten wird (deutsche Patentschrift 334464 und
französische Patentschrift 789 563).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufwickeln
von Glasfasern in Form eines Stranges von Glasfäden zu schaffen, bei welchem der
Abstand zwischen Ziehbüchse und Aufwickelrohr möglichst klein sein soll. Zur Zielsetzung
der Erfindung gehört es ferner, möglichst lange Lagen aus Glasfasersträngen auf
einem Formrohr entstehen zu lassen. Dabei soll während des Aufwickelns von Glasfasern
in die Form eines Stranges von Glasfäden die Strangspannung möglichst klein sein.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß während des Aufwickelvorgangs die relative Lage des Sammlers zu dem Querführungsstück
konstant gehalten wird, während die relative Lage des Querführungsstücks zu dem
Aufwickelrohr durch axiale Verschiebung des einen oder des anderen Teils laufend
geändert wird.
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Vorzugsweise wird das Verfahren so geleitet, daß das Querführungsstück
und der Sammler ortsfest bleiben, während das Aufwickelrohr axial hin- und herbewegt
wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
werden das Querführungsstück und der Sammler längs Achsen hin- und herbewegt, die
parallel zu der Achse des Aufwickelrohres verlaufen, während das Aufwickelrohr ortsfest
gehalten wird.
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Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß das Aufwickelrohr
während des Aufwickelvorganges in axialer Richtung hin- und herbewegt und der Sammler
in einer vorbestimmten Stellung festgehalten wird.
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In dem nun folgenden Beschreibungsteil soll die Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im einzelnen näher erläutert werden. Es ist F i g. 1 eine schematische
Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
F
i g. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und F i g. 3 eine abgeänderte
Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 1.
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In F i g. 1 ist ein Glasschmelzofen mit Vorherd 10 dargestellt, der
einen Glasvorrat 11 enthält und eine Ziehbüchse 13, die am Boden der Wanne befestigt
ist. Die Ziehbüchse weist eine Reihe von Öffnungen in Form von Düsen 14 auf, durch
die das geschmolzene Glas herausfließt und kleine Kegel oder Kölbel 15 entstehen
läßt, die aus den Düsenöffnungen der Mündungen 14 herabhängen. Die Düsen sind im
allgemeinen in einer Anzahl von Reihen, beispielsweise vier bis sechs oder mehr,
angeordnet und enthalten immer eine größere Anzahl von Düsen je Reihe, so daß die
Gesamtzahl von Düsen ungefähr 204 oder 408 beträgt.
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Die Glasfäden 16 werden aus den Kegeln oder Kölbeln 15 aus Glas mit
einer sehr hohen Geschwindigkeit, beispielsweise 1524 bis 6120 m je Minute, gezogen
und auf ein rasch umlaufendes Formrohr aufgewickelt, dessen Außendurchmesser annähernd
25,24 bis 17,78 cm beträgt und mit einer Geschwindigkeit von annähernd 2000 bis
10 0000 Umdrehungen je Minute umlaufen kann. Die Glasfäden sind in einem Strang
19 zusammengefaßt, wenn sie über den Sammler 20 laufen, bevor sie auf das Aufwickelrohr
18 aufgewickelt werden. Im allgemeinen wird ein flüssiges Bindemittel und ein Schmiermittel,
beispielsweise eine Kombination aus Stärke und Pflanzenöl, auf die Fäden in dem
Strang gegeben, wenn sie über eine Filzbahn auf dem Führungsstück laufen, die mit
dem Bindemittel und dem Schmiermittel getränkt ist.
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Das Bindemittel und das Schmiermittel können mit Hilfe des Verteilers
22 auf die Bahn geträufelt werden.
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Sobald der Strang 19 auf das Aufwickelrohr 18 aufgewickelt ist, wird
er schnellstens in einem offenen Wickel längs der Längenausdehnung des Rohres mit
Hilfe des Querführungsstücks 24 verwunden.
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Das Querführungsstück besteht aus einer Welle oder Spindel 26, auf
der ein Paar komplementär und wendelförmig angeordneter Konusse in Form von Drahtnocken
27 angeordnet ist. Die Welle wird von einem Motor 29, der auf einer Grundplatte
30 angeordnet ist, mit 1000 bis 2500 Umdrehungen je Minute angetrieben. Die Achse
der Welle 26 verläuft parallel zu der Achse des Aufwickelrohres 18. Das Querführungsstück
24 ist in der Nähe des Rohres 18 an einer Stelle angeordnet, an der es den Strang
kreuzt bzw. erfaßt, wenn er aus dem Sammler heraus auf den Umfang des Aufwickelrohres
18 zu läuft. Das Querführungsstück 24 ist bei dem Verfahren und der Vorrichtung
nach der USA.-Patentschrift 2391 870 so ausgeführt, daß es in Richtung seiner Achse
hin-und hergeht, wenn diese Achse bewegt wird, wobei der Motor und die bewegliche
Grundplatte, auf welcher der Motor befestigt ist, sich natürlich mitbewegen müssen.
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Der Sammler 20 liegt unmittelbar unterhalb des Mittelpunktes der
Ziehbüchse 13. Diese Anordnung ist deshalb gewählt, damit der Winkel n auf einem
Mindeswert gehalten werden kann; es ist dies der Winkel zwischen dem außenliegenden
Faden und einer vertikalen Linie, die von dem Kegel aus gezogen ist, aus dem der
Außenfaden herauskommt.
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Das Formrohr muß gegenüber einer vertikalen Linie versetzt sein, die
von der Ziehbüchse durch das
Führungsstück verläuft, derart, daß
ein Winkel ß eingehalten wird, welcher der Winkel zwischen der vertikalen Linie
und einer Verbindungslinie von dem Führungsstück zum Umfang des Rohres ist, auf
welches der Strang aufgewickelt wird. Der Winkel ß muß immer etwas größer sein als
der Winkel oc, um den außenliegenden Faden 40 in der Nut des Sammlers 20 zu halten.
Der Winkel ß wird durch die Höhe der Nocken auf dem Querführungsstück um einen kleinen
Betrag rasch und stetig vergrößert, wenn sich der Strang auf den Nocken vorwärts
und rückwärts bewegt.
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Es ist auch noch ein anderer Winkel zu beachten.
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Es ist dies der Winkel, der die relative Lage von Sammler, Querführungsstück
und Formrohr festlegt; er ist mit di bezeichnet und wird von einer Linie, die den
Sammler mit dem Mittelpunkt der Stranglage auf dem Rohr verbindet, und einer Linie
von dem Sammler zu dem Ende der Stranglage auf dem Rohr eingeschlossen. Der Winkel
0 liegt in einer Ebene, die mit der Ebene, in der die Winkel a und ß liegen, einen
bestimmten Winkel einschließt. Die Höhe der Zugspannung, die auf den Strang ausgeübt
wird, ist durch die Größe der Winkel os, ß und di festgelegt.
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Der Winkel a ist durch die Breite w der Ziehbüchse und durch den Abstand
a zwischen der Ziehbüchse 13 und dem Sammler 20 bestimmt. Macht man w größer und/oder
wird a kleiner gemacht, dann wird a größer. Bei dem früheren Verfahren war der Abstand
a von der Größenordnung 1 m und der Abstand w von der Größenordnung 10,16 bis 30,48
cm. Wird nun der Winkel d: größer, dann muß auch der Winkel ß größer werden, weil,
wie oben bereits gesagt worden ist, ß immer etwas größer sein muß als a, um den
außenliegenden Faden 40 an dem Filmkissen und dem Sammler zu halten.
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Die Größe des Winkels ß hängt aber auch noch von der Entfernung b
und dem Winkel 0 ab. Der Abstand b ist gleich dem Abstand zwischen dem Sammler und
dem Aufwickelrohr und betrug bei dem früheren Verfahren etwa 2 m oder ganz ungefähr
das Zweifache des Abstandes a. Wird nun b kleiner, dann wird für eine bestimmte
vorgegebene Breite der Traverse t auf dem Rohr der Winkel sP größer. Der Strang
bewegt sich an dem Querführungsstück zurück und vorwärts, wenn dieses rotiert. Wie
aus dem Inhalt der USA.-Patentschrift 2391 870 hervorgeht, bewegt sich die Traverse
selbst auf einer parallel zu der Achse des Rohres verlaufenden Bahn nach vorn und
zurück. Wird der Winkel ç größer, dann neigt der Strang während seiner Querbewegung
in verstärktem Maß dazu, auf die Mittellinie zurückzukehren, die von dem Sammler
zum Mittelpunkt der Lage auf dem Rohr verläuft, und es ist sehr viel schwieriger,
den Strang auf dem vorgesehenen Punkt des Drahtnockens des Querführungsstücks zu
halten, wenn dieses umläuft. Um den Strang an dem vorgesehenen Punkt an dem Querführungsstück
zu halten, insbesondere an den äußersten Enden des Querführungsstücks, ist es erforderlich,
die auf den Strang zwischen dem Sammler und dem Rohr ausgeübte Spannung zu vergrößern.
Dies geschieht durch Vergrößerung des Winkels fl.
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Um dieses Verfahren von einem Zweistockverfahren in ein Einstockverfahren
zu verwandeln, müssen die Entfernungen a und b verringert werden, und es wird vorgeschlagen,
daß sie auf einen Punkt reduziert werden, wo sie nur 70 bzw. 82 cm betragen. Es
ist
ferner erwünscht, die Breite w der Ziehbüchse zu vergrößern, um die Anzahl von
Öffnungen und Fäden zu vergrößern, die aus einer einzigen Ziehbüchse herauskommen
können. Es ist ferner erwünscht, das Verfahren dadurch zu verbessern, daß man eine
längere Stranglage auf dem Aufwickelrohr herstellt. Es leuchtet ohne weiteres ein,
daß jede dieser Maßnahmen die Wirkung einer Vergrößerung der Winkel cu, fl und 0
hat und daß dadurch die Spannung auf dem Strang und die Reibung an dem Strang beim
Überlaufen des Sammlers 20 vergrößert werden.
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F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, die
zur Durchführung eines abgeänderten Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, den Betrag des Winkels 0 auf einen Mindestwert
herabzusetzen und damit den Wert für den Winkel ß auf dessen kleinsten Betrag zurückzuführen,
der erforderlich ist, um den Außenfaden 40 an dem Sammler zu halten. Dies wird dadurch
erreicht, daß man das Querführungsstück 24 in einer festen Stellung gegenüber einer
Linie hält, die von dem Führungsstück zum Mittelpunkt der zu bildenden Lage auf
dem Aufwickelrohr führt. Das Querführungsstück 24 läuft um, führt aber keine hin-
und hergehende Bewegung in axialer Richtung aus. Der Winkel 0 wird dadurch auf seinem
Mindestwert gehalten. Um die Stranglage über die gesamte Länge des Rohres zu formen,
wird das Aufwickelrohr 18 längs seiner Achse hin- und herbewegt, wenn es sich dreht.
Dies wird dadurch erreicht, daß die bewegbare Grundplatte, auf welcher der Motor
44 angeordnet ist, hin- und herbewegt wird; es ist dies der Motor, der die Welle
antreibt, auf der das Rohr angeordnet ist. Die Hin- und Herbewegung wird mit Hilfe
eines reversiblen Motors 46 erzielt, der in Wirkungseingriff mit der Grundplatte
42 gebracht ist, um die Grundplatte in dem Gleitstück 48 hin- und herzubewegen.
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Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform wird die Hin- und
Herbewegung des Querführungsstücks 24 in Richtung seiner Achse dadurch erreicht,
daß die Grundplatte 60 in einer Schlittenführung 62 durch geeignete Mittel bewegt
wird, z. B. durch einen auf der Grundplatte angeordneten Motor 64, der die Hin-
und Herbewegung hervorruft.
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Der Sammler 20' wird auf einer Bahn hin- und herbewegt, die parallel
zu der Achse des Querführungsstücks 24 verläuft und in Ausrichtung mit der Hin-
und Herbewegung des Querführungsstücks 24.
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Sobald sich das Querführungsstück auf das eine Ende der Lage zu bewegt,
bewegt sich auch der Sammler in dieser Richtung, und kehrt das Querführungsstück
zum Mittelpunkt zurück und bewegt sich auf das andere Ende der Stranglage zu, dann
bewegt sich auch der Sammler in dieser Richtung. Der Sammler bewegt sich während
dieser regelmäßigen und stetigen Hin-und Hergänge annähernd um dasselbe Stück wie
das Querführungsstück. Dies kann man z. B. dadurch erreichen, daß der Sammler 20'
auf Gestellen 72 und 74 angeordnet wird, die starr mit der Grundplatte 62 verbunden
sind, auf welcher das Querführungsstück 24 und der dazu gehörige Motor 29 angeordnet
sind.
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Bewegt sich die Grundplatte einwärts und auswärts, um das Querführungsstück
hin- und herzubewegen, dann geht auch der Sammler 20' über dieselbe Strecke hin
und her. Bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes gehen Motor 54 und
Rohr 18 nicht hin und her.
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Die obenstehenden Verfahrensbedingungen sind lediglich als Beispiel
zu werten. Der Strang 19 bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 3657 m je Minute
und wird auf den Umfang eines Formrohres 18 aufgewickelt, das einen Durchmesser
von etwa 16,2 cm hat und mit einer Drehzahl von etwa 7000 Umdrehungen je Minute
umläuft. Das Querführungsstück 24 läuft mit einer Geschwindigkeit von etwa 2000
Umdrehungen je Minute um und erfaßt den Strang an dem Rohr auf eine Entfernung von
etwa 6,35 bis 12,7 cm je halbe Umdrehung. Das Aufwickelrohr 18 oder das Querführungsstück
24 und der Sammler 20 gehen alle 10 Sekunden vor und zurück, um eine Aufwicklung
des Stranges über die gesamte Länge des Aufwickelrohres zu ermöglichen.