CN1902113A - 平行纤维等张力的操作方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种操作方法与装置以让来自不同传递点，且有个别不均等出口力的平行纤维、绳线、或纱(12)变成彼此有均等张力。本发明包括有三个加工步骤：降低纤维(12)的张力，使其从一变化个别的张力阶段到张力零；透过一个带有一预先决定的已知速率之滑动锁定装置来使纤维无滑动地传送，与；增加每一纤维的张力，从张力零到一需要的集体张力阶段。

Description

平行纤维等张力的操作方法与装置

技术领域

本发明是有关如何自筒子架上展开纱线轴、卷线筒、纺纱轴和转饼(spin cakes)的模型，及让所有纱线上彼此受到相同正确的张力，以达到将其进线于纺织机中作进一步处理的目的。

背景技术

在纺织品制造时，特别是在处理如玻璃纤维及碳纤维等高品质纤维时，如何使纤维间的张力于完成品时都是相同的是非常重要的。毕竟，在制造纺织半成品或成品时，通常会在纤维间所施予预拉力，而在纺织品完成时此预拉力最后会因纤维收缩而消失。如果纤维有不同直径时，通常如卷线(spun threads)时，此预拉力的消失在产品加工完会在各别纤维间产生不同的收缩率。如此一来就会影响成品的平坦度。

如果在处理的过程中，纤维是以所谓预铸法，被单向材料或卷线在张力下缠绕一(暂时性)承载轴，就可以将纤维有效地施以一定程序的预拉力，以进一步决定下面的制程。

如果纤维张力强度是对于终端产品的正确制作为关键性的话，那么纤维上正确且均等的张力将是非常重要的。例如有在合成飞轮、高压槽、通风机及发电机的合成转子等上缠绕的纤维成品。

这些为确实的应用，主要藉由直接将筒子架结合于将纤维加工成纺织半成品或成品的设备上。

到目前为止，纺织业者凭借着经验，在每一个筒子架的端点安装一个具精准(电子控制)的煞车器，来控制筒子架的出力以达到纤维等张力的目的。

用许多端点煞车器来控制筒子架的出力是不经济的方式。并且要注意的是，此种方式只能控制筒子架的出力而无法调整筒子架作用在纤维上的张力。这种煞车法通常透过测量一个引导纤维的松紧调节辊(dancer roller)的偏斜度去增加或减少煞车力道。只有在处理相同直径的非常同质性纤维时，这种方式才有优点。

发明内容

我们现在探讨的施作方式没有上述既有技术的缺点，并且可以有效地实施在需要准确调节张力与多个高准度出力点的情形，如航太科技工业、印刷电路板制造及超轻质夹层仪表板等广泛预铸制造。其非寻常地须在纤维每行毫米(l/mm)宽度上包含有1000到1500纤维束(fribre bundles)。

在这里所提的发明的目的，是透过一个简单且经济的方式，去使处理过的纤维都可以独立不受其产生的任意波动的作用力影响。

这项发明同时也适用于传送和紧绷具连续结构的材料如纸、塑胶、合成材料或纺织品。在这里将会进一步解释本发明于纤维传送领域的偏好应用。

发明概要(Summary of the invention)

操作方式

由实验得知，在纺织纤维和滚轮表面间摩擦力(f)的作用，是滑动摩擦远大于静摩擦。于是纤维和驱动滚轮间些微的速率差异会对固定传动力输出有稳定的效果。当纤维数多时，有滑动磨擦所能输出的传动力会小与没有滑动摩擦时所能输出的动力。同样的，为了避免这种现象及煞车盘圆圈完全锁死，一种叫做「防锁死煞车***」的技术在汽车工业中被发展出来，其目的就是尽可能的保留最大的煞车动力。

这项发明的操作方法目的，是去限制传动力在一个与相邻纤维束相同的最大值。根据弹性张力的理论，在弯曲纤维或预铸纤维或织品中，只能够在弯曲纤维中产生一个相等的弹性。因此如果成品通过滚轮可以产生一个无滑动的圆周速率v2，而可以供给弯曲线一个无滑动的传送速率v1，那么，所有纤维上离开装置和进入装置时的弹力会相等。

同样的道理适用于滑动轮，如果施与纤维的速率为v1而纤维最终的速率为v2，这里不考虑滚轮的速率，此时纤维上的弹力值为ε＝(v2-v1)/v1。事实上，纺织品是由与所有纤维接触的滚轮相同速率的最终出口滚轮所带动。我们称它为纺织品的移动速率v2。

所以可以想象在滚轮圆周表面上的每一点都有一个自转轴线并且和纺织品切平面成直角，所以纤维依附在滚轮上每一点的速率是相同的。

纤维及纤维间相同张力是由相同的弹力为前提决定，因此，在纺织品开始制造时，必须有一个垂直面使得其上的纤维都能被施与一个相同的运送速率。

因为纤维透过滚轮的运送不能发生滑动，如果纤维在滚轮前的张力和离开滚轮后的差不多相同，那么在任何速率时，纤维上几乎没有张力。

这个装置可以透过拖曳纤维经过数个静止的圆棒而被实现。例如，美国专利US3253803，其建立起所需的张力是透过部份包覆棍棒而产生，依据的公式为F2＝F1×e^f×α，这里α是纤维覆盖棍棒表面的角度。

因为摩擦系数(f)取决于发生摩擦的元件也就是纤维及棍棒表面材质的属性，因而只有作用在有限的接触范围，增加纤维包覆圆棒的区域(α)才能要得到较高的摩擦力。在这里所讨论的应用中，纤维束是一束接着一束，所以只有有限的棍棒周长是有用的。

本发明同时也包含增加接触面积的角度，纤维束包覆圆棒的角度大可达180度。

这个发明的进一步改进是依照纤维运送方向旋转圆棒，且其圆周速率是较小于纤维前进的速率。

透过上述的运用，若滚轮的圆周速率是稍微大于纤维前进的速率，如同美国专利US5957359所述，纤维包覆滚轮所产生的摩差力就会减少。美国专利US5957359采用仅在一个滚轮作部份包覆，纤维在其上滑动藉以减少纤维的张力，也藉此彼此相邻卧置的纤维之间的张力差异最大接近于100％的被均等化。另外，可以假设纤维在部份包覆此滚轮不会产生滑动。因为没有滑动，纤维在其上会发生螺旋移动。任何以这种装置所制的纺织品仅能获得非常有限的最终张力。其还有一个缺点，就是所有的纤维都必须以人工手动方式各别绕上滚轮。

这项发明没有上述缺点，因为每一条或一束纤维在经过整个必须的处理程序时都形成一个自己的虚拟表面。在处里初期，不同纤维间有非常大的张力差异，而这项发明的新构想是使用数个滚轮，不管最初纤维间张力的差异有多少，经过特定数量的滚轮后，张力会减少至零。张力的差异需要被精确地协调，而张力系数和纤维覆盖滚轮的程度是由滚轮的数量来决定。

同时处理的纤维束的数量在制程中没有影响，只有对所需的装置数量及强度有影响。这项发明包含一个论点，就是张力的减少的方法(装置的第一个部分)可以用在传送纤维到「滑动锁定装置(slip lock)」(装置的第二个部分)前，而纤维在之后传递经过滚轮(装置的第三个部分)，且每一纤维都能得到相同的张力。滑动锁定装置的设置是用来防止纤维的滑动。

张力的控制，可以简单透过在预力下量测加以预力的测量滚轮(measuringroller)的结果而自动实行，该预力偏好与纤维保持垂直角度并且随即移开一点，改变与纤维的接触，测量滚轮会传回量测的结果。在测量滚轮前后非常小的速率差异显示非常小的张力差异。

因为在装置第三个部分之前的纤维的初始速率是十分相近的，所以接下来的速率也会十分相近(如包装机、注入程序或织布机)，然后所有纤维的最终张力会十分相近。在滑动锁定装置前纤维张力的差异是由初期的处理、滚轮的数量、摩擦系数及接触滚轮的角度来决定，并减少至最低张力差异的要求。

因此运用这项发明的装置可以适用于有着任何张力强度及任何张力差异的大量纤维上并同时将差异及张力消除。然后在滑动锁定装置中将大量纤维不同的速率转换至十分相同。接下来也可藉由滑动锁定装置改变纤维的速率增加所有纤维的张力。

如果不想增加张力，可以让滑动锁定装置由其后滚轮间的平行纤维本身的张力强来驱动。同样的每一纤维的张力也不会改变。因为在滑动锁定装置和之后织布装置间，纤维间的弹性相同，因此所有纤维的张力会相同达到高度准确。

这项发明同时也针对滑动锁定装置提供一改良，藉由提供一个有弹性的环状皮带，其传送过一滚轮圆周面上的一部份。在不致使纤维、皮带或滚轮表面有大量变形的情况下，纤维被此环状皮带压在滚轮上，并仍然能够提供足够的摩擦力给纤维。稍微的变形可使滚轮将纤维无滑动并等速地传送通过滑动锁定装置，同时滑动锁定装置对纤维的张力并不会太敏感。

这样的操作模式，总结来说，包含三个处理阶段：

1.将纤维上的张力从任何应力值减少至零或近乎于零。

2.依据事先订好的速率，透过滑动锁定装置将纤维作无滑动传送。

3.在原来无应力值的纤维上均等地建立所需集体张力。

藉由这个操作方法，将并排的纤维束由任意的应力值调整为近乎零，且纤维彼此间的张力近似相同的状态。也藉由滑动锁定装置，在纤维间达到近似相同的传送条件。在滑动锁定装置之后的张力建立阶段必须靠着数个滚轮逐渐地增加。有计画地将这些滚轮的速率放慢使之与纤维的速率不同直到达成所需的正确张力。纤维间相同的传送距离造成彼此相同的弹力藉此保证一个相同的张力。

要集体处理一整床的纤维显然需要足够强韧的滚轮，滚轮的直径因此宁可选大一点。另外，保持在纤维束中个别纤维的些微的弯曲，可避免纤维在装置中断裂。并且纤维末端既使先前有损坏也可以借着整个纤维束的支撑不会导致任何的断裂(将个别纤维卷成一束纤维是摩擦力原理的作用结果)

装置

这项发明进一步包含一个为了实行上述操作方法的装置安排。

依据这发明，这项装置安排的第一部分(减张力装置)，其包含一定数量但至少为一个以上的圆筒状旋转元件(滚轮)，每一滚轮以一个符合偏好的实际条件、且大于所须纤维传送速度的圆周速率绕着自己的轴心旋转。藉此，被传送的纤维由这些滚轮带领环状缠绕，为的是透过绕行这些滚轮得到一个比单一滚***作时还大的大角度接触。

安排的第二部分(滑动锁定装置)，其包含至少一个有着坚硬或具有不会变形表面的滚轮，此表面为传送过程的一部份。另外伴随着一对的施压元件，它包含着依附环状皮带或是具可压缩表面的滚轮，透过此施压元件对纤维施以摩擦力，使得纤维依据此在具有坚硬表面滚轮的传输速度下，做无滑动的传送，也因而决定了纤维的传送速率。

安排的第三部分(张力装置)，其包含数个滚轮，无论他们是否会旋转，或不像前述的状态被纤维围绕，在其上的纤维藉由拖引建立所需的张力。

为确保减张力装置和张力装置有好的运转，减张力装置上滚轮的传送速率要大于滑动锁定装置滚轮的传送速率，而张力装置上滚轮的传送速率要小于滑动锁定装置滚轮的传送速率。此点可透过选择减张力装置上滚轮的直径大于滑动锁定装置的滚轮，且张力装置上滚轮的直径小于滑动锁定装置的滚轮，并施以所有滚轮相同的旋转速率来达成。

为透过简单的方式实现此装置安排的良好运作，其偏好建造两个由间隔块连接的平行框架板，其上并配备相同形式的轴承用来固定滚轮。

另外一种非常省力且适用于处理摩擦性质多样化纤维的方式，是安排大量同形态的滚轮，藉此，所有奇数滚轮安装在框架板的第一部份上彼此上下等距离交错，该距离为滚轮直径的两倍，而所有偶数滚轮也以相同的距离上下交错安装在框架板的第二部份上。然后将框架板的两部份相拉近，使两个框架板上的滚轮相互交错而不互相接触。如此一来两个框架板上滚轮的轴心就呈平行。

这发明的装置系透过框架板两部份彼此间最大的距离化，以形成一个在偶数的滚轮组和奇数的滚轮组间的通道，藉此纤维的单次输出即被显著地简化.。将框架板两部份间逐步地接近，藉此变成进一步的接近让所有滚轮的总(部份)周长可增加到一定值，该定值取决于滚轮的数量及滚轮的二分之一周长。

透过以比纤维所须输出速度小的传送速率来驱动第三部分的圆筒型元件，藉此圆筒型元件与纤维间的滑动现象该结果能减少纤维及设备的磨损。

进一步的摩擦可以透过在滚轮表面上加上一层防摩层，例如将其表面硬化，来有效地避免。符合这项发明的装置中另有一个重要的结果是透过纤维束与滚轮表面间的滑动，纤维束上由圆筒型元件造成的特定最大摩擦力得以传递，因此滑动的量对装置的正确运转是不重要的，其意味着相对于有滑动现象的纤维束而转动的滚轮并不须要完全缠绕，因此滚轮能简单而经济地建置。

因为可以基于本发明中偏好的安排，自由地选择所有滚轮的直径，所以这项发明的装置对先前提过的断裂产生是不敏感的，并且可以避免纤维在通过装置时损坏。

以下用图形来讨论这项发明。这些图形仅用作(但不局限)解释这项发明。

附图说明

图1：本发明所依据物理原理的概图。

图2：依本发明的精神所建置的完整概图。

图3：依本发明所建置的减张力装置及滑动锁定装置的槪图，藉此缎带、绳索、丝线、纤维或丝束可以在装置中被传送。

图4：依本发明所建置的减张力装置及滑动锁定装置的槪图，将原本图三中框架板两个部份相互靠近，使得缎带、绳索、丝线、纤维或丝束与滚轮圆周的一部份接触。

图5：依本发明所建置的减张力装置及滑动锁定装置的槪图，将原本图四中框架板两个部份再进一步相互靠近，使得缎带、绳索、丝线、纤维或丝束与滚轮圆周有更大的接触。

图6：依本发明所建置的张力装置的槪图。

具体实施方式

图1显示纤维束以一特定的速率(v)在被驱动的滚轮上移动，而纤维束以一个角度(α)部分包围滚轮。滚轮以圆周速率(ω×R)和图解上所示的方向旋转。滚轮表面的摩擦系数为(f)。F1是纤维束在此滚轮前的张力。F2则是纤维束在此滚轮后的张力

现在会有下列三种情况之一发生：

1.(ω×R)＞v

滚轮的圆周速率大于纤维束的速率，因此纤维束上的张力会减少。因为滑动摩擦和滑动速率是独立分开的，所以，纤维和滚轮表面的速率差距是不重要的。这种现象会在减张力装置处产生。

(F1＞F2).

2.(ω×R)＝v

滚轮的圆周速率等于纤维束的速率，此时纤维束作无滑动传送。这种现象会在滑动锁定装置处产生。

(F1＝F2)

3.(ω×R)＜v

滚轮的圆周速率小于纤维束的速率，因此纤维束上的张力会增加。同时纤维和滚轮表面的速率差距是不会影响其间的摩擦力。这种现象会在张力装置处产生。

(F1＜F2)

图2显示单一纤维由30i至30iii其中一个出口点出来，其在如图中所示的虚拟平面上，并经由一个作为让所有平行纤维表面相同(整经)，以送入于装置中减张力装置的自由旋转滚轮(31)，接着通过所有处理步骤。这是第一个处理步骤，透过在滚轮组(16)和(5)上一左一右传送纤维，藉此，因为纤维相对于滚轮的周围产生滑动，所以纤维上的张力被滚轮回路减弱，而剩下一个几乎可忽略的值。所有平行纤维剩余力量的总合可以使用一量测滚轮(32)决定，该量测滚轮被自减张力装置向滑动锁定装置传动的纤维垂直角度上的压松或压紧，且该压力的降低决定该剩余力量。

在滑动锁定装置中，纤维被压在滚轮(7)和环状皮带(11)之间，以便由滚轮(7)的圆周速率决定所有纤维的传送速率。在下一个和第三步骤中，也就是张力装置，透过等量地延长所有纤维的传送距离，如同带着滑动左右交替地将纤维滑动拉过复数个滚轮(25)和滚轮(29)，最后，一个所需的等量张力就在所有纤维上建立。前面所提的张力可由下面的程序提供，例如，透过有弯曲传动杆的卷绕装置。

张力导致一个所有纤维的总和作用力，这个作用力基于量测滚轮(33)简单地测定，该量测滚轮被自张力装置向下个程序传动的纤维在垂直角度上的压松或压紧，且该压力的降低决定纤维中的剩余力量。

图3是减张力装置及滑动锁定装置的槪图，藉此缎带、绳索、丝线、纤维或丝束(12)可以轻松地进线。纤维(12)从一个供应端(未在图中标示)进来，并且在滚轮(5，16)之间被传送。然后将纤维进线于滚轮(7)之上，藉此纤维被环型皮带(11)压在滚轮表面(8)。这样一个由滚轮(7)与环型皮带(11)的组合作用构成一滑动锁定装置。环型皮带(11)是由滚轮组(9)来绷紧。

滚轮(5)由连接在框架板部份(1)的轴承固定支撑，而滚轮(16)由连接在框架板部份(2)的轴承固定支撑。两个框架板部份能够相互靠近，藉此一引导装置(3)只可以做一度空间移动。

图4是减张力装置及滑动锁定装置且缎带、绳索、丝线、纤维或丝束(12)进线其中的槪图。框架板部份(1，2)和图三比较起来被更进一步朝彼此推近。纤维(12)现在已经和滚轮组(5，16)的部份表面(6，17)接触，滚轮组(5，16)的圆周速率大于纤维的输出传送速率，藉此，经由部分环绕滑动滚轮，来自各个出口卷轴的纤维束中的多变作用力在纤维束部份环绕第一滑动旋转滚轮时会减少。而减少会由接下来的滑动旋转滚轮所延续，因此致使纤维束在一个极微且可被忽略的张力状态下被传送。因此同时有一个极微且可被忽略、相对的力差异，该力差距位于一带有操作前决定且之后被保持一定的圆周速率的准圆筒型旋转滚轮(7)，与一覆盖着提供足够抗抵放置与支持该滚轮滑动时的防滑动材质的环状皮带(11)之间，藉此以无滑动的方式驱动纤维束(13)并在其上带来极小的张力以达成在极微且可被忽略的张力状态下被传送的目的。

图5是减张力装置及「滑动锁定装置且缎带、绳索、丝线、纤维或丝束(12)在其中传送的槪图。藉此，框架板部份(1，2)已经比图四更彼此靠近。其中纤维(12)与滚轮(5，16)表面(6，17)有更大部份的接触。而纤维束包围滚轮的环绕角度(α)变大了，藉此，在固定的状况下每一个滚轮会在纤维上建立更多的张力。

图6是张力装置且缎带、绳索、丝线、纤维或丝束(24)接触滚轮(25)部分圆周(26)的槪图。滚轮(25)具有一个小于纤维(24)输出传送速率的圆周速率，藉此，依据图1的原则，在经过每一个滚轮后，纤维上的张力会增加。透过延长无滑动装置与出发点之间所有纤维超过一平均距离，使得所有纤维上的张力为相等并保持相等。显然地，这里的张力会短暂地较高较大，这个短暂的张力最后会在纤维(部份)绕行滚轮后变成一个较低的正常值，之后摩擦力及造成的张力会立即减少。纤维(27)在离开张力装置后会由一个本发明不涉及的程序来处理。在这个装置中，框架板部份(21)及(22)可以相互移动接近，藉此，该引导装置(23)只可以做一度空间移动。

Claims (14)

1.一种操作方式能将平行纤维、线、纱及其他相似材料带入，此些材料之后仅称为纤维，其中纤维来自不同的供给端并有不均等的出口力，之后变成所须的相等或近乎足够均等张力，其特征在于该平行纤维首先传送过一个或数个马达驱动的圆筒型旋转元件(滚轮)，其中滚轮的圆周速率大于平行纤维(第一处理阶段)的传送速率，因此在第一阶段处理过程后，纤维的张力会是零或趋近于零；再来，纤维传送经过一个滚轮，该滚轮以无或近似无滑动方式传送平行纤维(第二处理阶段)；最后，如果须要较大的均等张力，纤维传送经由一个或数个静止或有马达驱动的滚轮，其中滚轮的圆周速率小于平行纤维的传送速率(第三处理阶段)因此，在第三处理阶段后，达到所需的集体张力。

2.如权利要求1所述的操作方式，其特征在于：相对于第二处理阶段中的滚轮设置一第二滚轮，平行纤维在成对滚轮组之间传送。

3.如权利要求1所述的操作方式，其特征在于：在第二处理阶段中的两组滚轮被以一个可调整的力量彼此相对压迫。

4.如权利要求1到3所述的操作方式，其特征在于：在第二处理阶段中的滚轮是以马达驱动的。

5.如权利要求1所述的操作方式，其特征在于：在第二处理阶段中相对滚轮设置一条环状皮带，藉此使纤维包围一部份滚轮的圆周。

6.如权利要求5所述的操作方式，其特征在于：在第二处理阶段中的滚轮和环状皮带是以马达驱动的。

7.如权利要求1到6项所述的操作方式，其特征在于：就是平行纤维是相互连接的。

8.一种装置其能将平行纤维、线、纱及其他相似材料带入，此些材料之后仅称为纤维，其中纤维来自不同的供给端并有不均等的出口力，之后变成所须的相等或近乎足够均等张力，其特征在于装置功能的符合处理结论之一的描述。

9.如权利要求8所述装置，其特征在于：在第一处理阶段的(减张力装置)由两个分离的框架板部份(1)和(2)组成，藉此，有复数个马达驱动滚轮(5)和(16)，各自以直线排列安装在每一框架板部份，两个框架版可以互相协调啮合，使得受到平行纤维(部份)绕行在滚轮(6)和(17)表面多寡可以被调整。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于：在第二处理阶段(滑动锁定装置)的部份由一个以马达驱动的滚轮(7)和一条由两个滚轮组(9)所驱动的环状皮带(11)组成，藉此滚轮(7)和环状皮带(11)能够相互靠近使得环状皮带(11)在滚轮表面(8)的部份绕行的多寡可以被控制。

11.如权利要求8到10项所述之装置，其特征在于：在减张力装置和滑动锁定装置之间，一个配备外力吸收器的可移动元件以直角或近似直角的接触平行纤维。

12.如权利要求8到11所述之装置，其特征在于：第三处理阶段(张力装置)是依照权利要求9项中描述的减张力装置来实施。

13.如权利要求12所述之装置，其特征在于：在张力装置之后立即有一个配备外力吸收器的可移动元件以直角或近似直角的接触平行纤维。

14.如说明中叙述及/或解释的操作方法及/或装置。

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