DE3723524C2 - Kreuzspule und Verfahren zur Herstellung einer Kreuzspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreuzspule aus einem auf eine Hülse aufgewickelten Faden nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Fäden können zu Kreuzspulen auf zylindrischen oder konischen Hülsen aufgespult werden. Dabei erfolgt die Verlegung des Fadens entweder in einer wilden Kreuzwicklung oder in einer Präzisionskreuzwicklung. Unter einer wilden Kreuzwicklung wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Wicklung verstanden, bei der der Mittelwert der Changierge­ schwindigkeit im Laufe der Bildung der Kreuzspule (Spulreise) im wesentlichen konstant bleibt. Hierbei ändert sich das Spulverhältnis (Spindeldrehzahl/Changiergeschwindigkeit) im Laufe der Spulreise stetig (echte wilde Kreuzwicklung) oder in kleinen Sprüngen (gestufte Präzisionswicklung). Gemeinsames Merkmal der wilden Kreuzwicklung ist, daß der Tangens des Kreuzungswinkels bzw. Steigungswinkels des Fadens auf der Spule (vgl. DIN 61801) im Laufe der Spulreise, wenn er verändert wird, nicht proportional zur Spindeldrehzahl verändert wird oder im Mittel konstant bleibt.

Die echte Präzisionswicklung zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, daß das Spulverhältnis im Laufe der Spulreise konstant bleibt. Dies bedingt, daß sich der Tangens des Kreuzungswinkels oder Steigungs­ winkels im Laufe der Spulreise von seinem größten Wert zu Anfang der Spulreise stetig auf seinen geringsten Wert zum Ende der Spulreise proportional zur Spindeldrehzahl verringert.

Für die genannten Spul- und Wicklungsarten ist es bekannt, die Spulen mit schrägen Stirnflächen herzustellen (vgl. DIN 61800, Nr. 1.1.1.3 sowie Nr. 1.1.2.4). Derartige zylindrische bzw. kegelige Kreuzspulen mit schrägen Stirnflächen werden im folgenden als bikonische Spulen bezeichnet.

Das Herstellen dieser bikonischen Spulen erfolgt dadurch, daß die Länge des Changierhubes, mit dem der Faden achsparallel zur Spulenachse hin- und herverlegt wird, in Abhängigkeit von dem wachsenden Durchmesser der Spule laufend geringfügig verringert wird. Wenn die Stirnfläche auf einer Normalebene zur Spulenachse liegen, so ist der Böschungswinkel gleich 90°. Man spricht von zylindrischen Kreuzspulen mit Normal-Stirnflächen oder geraden Kanten. Wenn der Böschungswinkel der Stirnflächen kleiner als 90° ist, so spricht man von konischen oder schrägen Stirnflächen. Da üblicherweise die Spulen zur mittleren Normalebene spiegelsym­ metrisch hergestellt werden, spricht man von "bikonischen Spulen".

Die Aufmachung zu bikonischen Kreuzspulen eignet sich auch für Synthesefasern, die durch Erwärmen und Falschzwirnen texturiert und gekräuselt sind. Bei diesen Fäden besteht jedoch die Gefahr, daß sich die Spule im Laufe der Zeit sehr stark ausbaucht oder daß die Fäden Abschläger bilden (Fadenstücke, die an den Stirnkanten aus ihrer Lage abrutschen und andere weiter innen liegende Lagen sekantiell überspannen). Außerdem haben bikonische Spulen den Nachteil, daß in ihnen nur eine geringere Fadenmenge gespeichert werden kann als in zylindrischen Spulen mit Normal-Stirnflächen bei gleichem Durch­ messer und gleicher Länge. Es sind daher schon Kreuzspulen vor­ geschlagen worden, bei denen eine Basisschicht derart abgeböschte Stirnflächen aufweist, daß der Böschungswinkel der Stirnfläche in der restlichen Gesamtspulschicht wesentlich größer ist als in der Basisschicht (z. B. DE-AS 10 60 298, CH 321 060, JP 55-89 168 A). Nachteilig daran ist der unveränderte innere Aufbau der Wicklungen durch die vorgegebene Maschinengeometrie.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Spulenform so weiter­ zuentwickeln, daß bei guten Ablaufeigenschaften und großer Faden­ speicherkapazität ein verbesserter innerer Spulenaufbau gewähr­ leistet ist.

Die Lösung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 1. Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kreuzspule ist in Anspruch 4 angegeben.

Die Kreuzspule nach der Erfindung kann in der an sich Abschläger­ gefährdeten Basisschicht mit sehr kleinem Kreuzungswinkel aufgewickelt werden, ohne daß sich eine schädliche Abschlägerbildung zeigt. Darüber hinaus kann die Kreuzspule nach der Erfindung mit verhält­ nismäßig hoher Fadenspannung aufgewickelt werden, da die Gefahr, daß die Fadenlagen zur Changierhubmitte abrutschen, durch Anwendung des verhältnismäßig flachen Kreuzungswinkels kompensiert wird. Es gelingt daher, Kreuzspulen mit sehr hoher Dichte (Fadenmasse) zu bilden.

Für die Präzisionsspulen ergibt sich durch die Erfindung folgender Vorteil: Die Dicke der Fadenschicht, die auf einer Hülse gebildet werden kann, ist einerseits durch den größtmöglichen Kreuzungs­ winkel, der zu Anfang der Spulreise zu fahren ist, und andererseits durch den geringstmöglichen Kreuzungswinkel, der bei Spulende gefahren wird, begrenzt. Der größtmögliche Kreuzungswinkel ergibt sich durch die Gefahr, daß der Faden auf der glatten Hülse und auf den relativ glatten ersten Lagen in Richtung Changierhubmitte rutscht. Dadurch kommt es zu Deformierungen der Kanten und der Spulenoberfläche und anschließend auch zu Ablaufstörungen. Der kleinste mögliche Kreuzungswinkel ergibt sich aus der Gefahr, daß sich Abschläger bilden. Diese Gefahr wächst mit kleiner werdendem Kreuzungswinkel. Durch die Erfindung kann der größtmögliche Kreuzungswinkel weiter erhöht werden. Damit wird möglich, Präzi­ sionsspulen von größerer Gesamtspuldichte (= 1/2 Durchmesserdiffe­ renz = Außenradius der Kreuzspule minus Hülsenradius) zu bilden.

In Ausführung der Erfindung wird die Basisschicht mit zunehmendem Kreuzungswinkel gebildet, wobei die Zunahme auf den Böschungswinkel abgestimmt ist. Durch diese Ausführung gelingt es, die Fadenspannung sehr wesentlich zu vergleichmäßigen und damit die Qualität der Spulen und der Fäden zu verbessern.

Vorteilhaft ist, daß der Böschungswinkel der Basiswicklung in jedem Fall wesentlich kleiner als der Böschungswinkel der restlichen Gesamtwicklung. Der Böschungswinkel der Basiswicklung ist vorzugs­ weise kleiner als 80°.

Der Böschungswinkel der restlichen Gesamtwicklung kann 90° sein. Das heißt: Die restliche Gesamtwicklung kann normale Stirnkanten haben. Abhängig von dem Wickelverhalten des Fadens kann es jedoch auch nützlich sein, die restliche Gesamtwicklung schwach anzuböschen, wobei in diesem Falle der Böschungswinkel auf jeden Fall größer ist als der Böschungswinkel der Basiswicklung.

Das Verfahren zur Herstellung der Kreuzspule, bei dem im Verlaufe der Spulreise mit wachsender Hubminderung gefahren wird, wobei die Hubminderung spätestens nach einer Basiswicklung mit einer Schicht­ dicke, die weniger als ein Drittel der Gesamtschichtdicke beträgt, auf einen wesentlichen geringeren Betrag zurückgenommen wird, zeichnet sich dadurch aus, daß die Changiergeschwindigkeit im Bereich der Basisschicht proportional mit wachsender Hubminderung zunimmt. Als Hubminderung wird die einseitige Abnahme des Chan­ gierhubes im Verlaufe der Spulreise bezeichnet.

Die Hubminderung wird an einer Stirnseite gemessen. Die Hubminderung erfolgt üblicherweise in Abhängigkeit von dem wachsenden Spulendurchmesser.

Die starke bikonische Wicklung der Basisschicht hat u. U. einen sehr starken Spannungsabfall zur Folge. Dies wird gemäß Anspruch 5 dadurch kompensiert, daß die Changierfrequenz proportional zur Hubminderung derart erhöht wird, daß die Changiergeschwindigkeit im wesentlichen konstant bleibt.

In Fig. 1 ist eine Kreuzspule in Seitenansicht dargestellt, die nach dieser Erfindung hergestellt ist. Der Faden wird auf der Hülse 1 zu einer Kreuzspule aufgewickelt. Dabei betrug der Anfangshub HA 250 mm. Es erfolgte sodann zunächst eine Basiswicklung auf einer Schichtdicke SB von 15 mm und einer starken Hubminderung bei einem Böschungswinkel beta von 75°. Hierbei ergab sich eine Hubminderung (HA - HB)/2 von 4 mm. Es erfolgte sodann eine weitere Aufwicklung ohne Hubminde­ rung, also mit normalen Stirnkanten, bis zu einem Enddurch­ messer D von 300 mm bei einem Hülsendurchmesser d von 82 mm.

Es stellte sich heraus, daß bereits hierbei Abschläger-freie Spulen gewickelt werden konnten mit einem Kreuzungswinkel gamma zwischen den Fäden, der weit unterhalb der üblichen Werte (24°) liegt.

Damit zeigte sich, daß durch die Maßnahme nach dieser Erfin­ dung zwei sich addierende Vorteile erzielbar sind:
Zum einen wird unmittelbar die Speicherung einer größeren Fadenmasse ermöglicht. Zum anderen wird aber auch ein kleiner Kreuzungswinkel ohne Schädigung der Spule ermöglicht. Ein kleiner Kreuzungswinkel wiederum trägt ebenfalls dazu bei, daß größere Fadenmassen auf der Spule gespeichert werden können. Andererseits fördert ein kleiner Kreuzungswinkel tendenziell auch das Ablaufverhalten des Fadens von der Spule.

Kreuzspulen aus falschzwirntexturierten Fäden zeigen u. U. zeitliche Veränderungen ihrer Stirnflächen. So kann es vorkommen, daß die Stirnflächen sich nach außen aufwölben. Um diese Tendenz des Aufwölbens zu kompensieren, wurde in einem Parallelversuch eine Spule hergestellt, bei der im Anschluß an die Basisschicht SB eine Hubminderung durchgeführt wurde, die allerdings wesentlich geringer war als beim Wickeln der Basisschicht. Während der Böschungswinkel beta der Basis­ schicht ca. 75° betrug, betrug der Winkel alpha der rest­ lichen Gesamtschicht 85°. Hierdurch ergab sich keine wesent­ liche Minderung der Dichte der Spule. Es wurde jedoch erreicht, daß die Spule oberhalb der Basisschicht nach kurzer Zeit fast ideal normale Stirnflächen aufwies.

In dem Ausführungsbeispiel wurde gezeigt, daß die Hubminde­ rung, d. h. die Abnahme des Hubs und damit auch die Böschungs­ winkel für die Basisschicht und für die restliche Gesamt­ schicht jeweils konstant sind. Möglich ist jedoch auch, die Hubminderung im Verlaufe der Spulreise stetig mit zunehmendem Durchmesser wachsen zu lassen. Hierdurch ergibt sich, wie die Linie 2 in Fig. 1 zeigt, eine Stirnfläche, deren Böschungswinkel von der Hülse aus mit steigenden Durchmesser stetig bis auf 90° oder geringfügig weniger zunimmt.

In Fig. 2 ist in Ansicht und Axialschnitt eine konische Kreuzspule gezeigt. Die Hülse 1 ist konisch ausgebildet. Beim Aufspulen liegt die Spindelachse 4 zu der gestrichelt ange­ deuteten Changiereinrichtung 3 unter dem halben Konuswinkel. Die Changiereinrichtung 3 wurde zu Beginn der Spulreise mit dem Hub H betrieben. Es erfolgte sodann eine starke Hubminde­ rung an beiden Enden, mit dH bezeichnet. Hierbei ergab sich eine bikonische Basisschicht mit der Schichtdicke SB und dem Konuswinkel beta. Der Winkel beta beträgt zwischen 65 und 75°. Im Anschluß an die Basisschicht SB wurde die Kreuzspule ohne weitere Hubminderung, also mit geraden Stirnkanten gewickelt bis zur Gesamtspulschicht SG.

Grundsätzlich ist es nach dieser Erfindung möglich, die Changierfrequenz während der Erhöhung proportional zur Hubminderung geringfügig um einen Mittelwert M ständig sägezahnartig zu verändern zum Zwecke der Spiegelstörung, oder mehrfach in einem hyperbolischen Verlauf proportional zur Spindeldrehzahl abnehmen zu lassen und bei Erreichen eines unteren Wertes wieder auf einen Ausgangswert zu erhöhen (gestufte Präzisionswicklung).

In diesen Fällen ändert sich Kreuzungswinkel nur innerhalb bestimmter zugelas­ sener Grenzen.

In Fig. 3 ist das Diagramm der Changierfrequenz NC gezeigt. Es wurde bereits erwähnt, daß infolge der starken Hubminderung u. U. auch eine sehr starke Veränderung der Fadenspannung eintritt. Dies kann verhindert werden, wenn die Changierfrequenz einen verhältnismäßig niedrigen Aus­ gangswert hat und sodann in einem Kurvenzug 8 während der Basiswicklung zunächst sehr stark und proportional zur Hub­ minderung dH ansteigt und anschließend entweder konstant bleibt (Kurvenzug 9) oder nur noch schwach entsprechend der geringeren Böschung (vgl. Fig. 1, Winkel alpha) weiter ansteigt nach Kurvenzug 10.

Bei den Kurvenzügen 8, 9 und 10 nach Fig. 3 handelt es sich entweder um die Changierfrequenz oder lediglich um ihren Mittelwert, um den die Changierfrequenz nach den geschilderten Gesetzmäßigkeiten verändert wird.

Fig. 4 zeigt einen Teil der in DE-PS 19 16 580 = US-PS 3,730,448 gezeigten Changiereinrichtung zur Herstellung einer bikonischen Wicklung. In Abweichung von den genannten Patent­ schriften ist in Fig. 4 das Schwert 29 mit seiner Gleitkante 30 so dargestellt, daß eine Basisschicht mit verstärktem bikonischem Ansatz hergestellt wird. Hierzu besitzt die Gleitkante 30 in dem Bereich, in dem die Gleitkante 30 an dem Kupplungsglied 28 anliegt, während die Basisschicht gewickelt wird, einen vorspringenden Ansatz A. Dieser Ansatz bewirkt, daß eine bikonische Wicklung mit verstärktem Konuswinkel gebildet wird. Zur Beschreibung der Fig. 4 wird im übrigen auf die genannten Patentschriften verwiesen.

Claims (5)

1. Kreuzspule, aus einem auf eine Hülse (1) aufgewickelten Faden, mit einer Basisschicht (SB) mit derart abgeböschten Stirn­ flächen, daß der Böschungswinkel (alpha) der Stirn­ flächen in der restlichen Gesamtspulschicht (SG-SB) wesentlich größer als in der Basisschicht (SB) und nur geringfügig kleiner als oder gleich 90 Grad ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden zumindest im Bereich der Basisschicht (SB) mit einem Kreuzungswinkel (gamma) abgelegt ist, der in vorbestimmter Weise proportional oder wenigstens stu­ fenweise mit zunehmender Basisschichtdicke (SB) anwächst.

2. Kreuzspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden ein endloser multifiler Chemiefaden ist, der durch Wärmebehandeln und Falschzwirnen texturiert ist.

3. Kreuzspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Böschungswinkel (beta) der Basisschicht (SB) kleiner als 80 Grad ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Kreuzspule mit einer beim Wickeln der Basisschicht (SB) durchmesser­ abhängigen Hubminderung (dH) des Changierhubs, welche stärker ist als eine etwaige Hubminderung beim Wickeln der restlichen Gesamtspulschicht (SG-SB) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Basisschicht (SB) die Changiergeschwindigkeit proportional mit wachsender Hubminderung (dH) zunimmt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kreuzspule mit einer beim Wickeln der Basisschicht durchmesserabhängigen Hubminderung (dH) des Changierhubs, welche stärker ist als eine etwaige Hubminderung beim Wickeln der restlichen Gesamtspulschicht (SG-SB) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Basisschicht (SB) die Frequenz des Changierhubs (nC) bei im wesentlichen gleichbleibender Fadenspannung und Changiergeschwin­ digkeit proportional zur Hubminderung (dH) erhöht wird.