Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.2148
Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Heinz Kühn
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Walther Wegcner, F. T.I.
Dr.-Ing. Peter Ehr/er
Institut für Textiltechnik der Rhein.-Westj. Techn. Hochschule Aachen
Das Problem der Vorgarnvergleichmäßigung
beim Streichgarn-Selfaktor
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-06015-4 ISBN 978-3-663-06928-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-06928-7
Verlags-Nr.012148
© 1970 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, Köln und Opladen 1970
Inhalt
1. Einleitung ........................................................... 5
2. Theoretische Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3. Versuchs durchführung ................................................ 10
4. Optische Ungleichmäßigkeit der Streichgarne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1 Untersuchungen am Vorgarn ....................................... 13
4.2 Ermittlung der optischen Ungleichmäßigkeit ......................... 14
4.3 Versuchsergebnisse - Diskussion. . . . . . . .. . . .. . . . ... . . . . . . . . . . . .. . . .. 14
5. Untersuchungen im Verzugsfeld des Selfaktors ........................... 17
5.1 Masseverteilung im Verzugsfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.2 Drehungsfortpflanzung im Verzugsfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
6. Zusammenfassung .................................................... 19
7. Literaturverzeichnis ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20
Anhang................................................................ 21
3
1. Einleitung
Ein wesentliches Charakteristikum konventioneller Spinnprozesse ist das Streckwerk [1].
Es besteht im Prinzip aus zwei Walzenpaaren, zwischen denen der Faserverband ver
zogen wird. Während des Verzuges, d. h. im VerzugsJeld, müssen die Fasern geführt
werden. Diese Faserführung erfolgt entweder mit mechanischen Mitteln, d. h. mit
Durchzugswalzen bzw. Riemchen, oder durch eine Drehung des Faserverbandes. Im
letztgenannten Fall kann Falschdraht oder Echtdraht verwendet werden, wobei sich
die gleiche Wirkung ergibt: Durch die Verdrehung werden die Fasern gegeneinander
gepreßt, so daß die Reibung zwischen ihnen anwächst und die freie Beweglichkeit ein
geschränkt ist.
Im Fall des Selfaktorspinnens, bei dem ein Faserverband während des Verzuges echte
Drehungen aufweist, dient die Drehung nicht nur zur Faserführung, sondern auch zur
Verzugskontrolle. Sie ist hierbei gleichsam das Regelglied eines geschlossenen Regel
kreises. Der Wirkungsmechanismus dieses Regelkreises läßt sich wie folgt beschreiben:
»Dicke« Faserverbandsabschnitte (mit einer großen Faseranzahl im Querschnitt) er
halten weniger Drehungen als »dünne« Faserverbandsabschnitte. Eine höhere Drehung
hat eine größere Normalkraft zur Folge, wodurch dem Verzug ein größerer Widerstand
entgegengesetzt wird. Daraus resultiert ein von der Faseranzahl abhängiger Verzug,
d. h. »dickere« Faserverbandsabschnitte werden stärker verzogen als »dünnere« Ab
schnitte.
Der Wirkungsmechanismus des Regelkreises »Faseranzahl-Drehung-Verzugsgröße«
müßte eine Vorgarnvergleichmäßigung ermöglichen. Diese Ansicht wird auch in der
Fachliteratur und in Spinnereikreisen vertreten. Es ist das Ziel der Verfasser, den
Wirkungsmechanismus experimentell zu untersuchen, um die Frage zu klären: Unter
welchen Bedingungen wird beim Selfaktor-Verzug das Vorgarn tatsächlich vergleich
mäßigt?
Diese Frage hat sowohl eine praktische als auch eine theoretische Bedeutung. Die prak
tische Bedeutung liegt auf dem Feld der Prozeßführung. Hier gibt es sehr unterschied
liche Ansichten über die »beste« Verzugsart, so daß je nach der persönlichen Erfahrung
der »Wagenverzug« sV, der »gleichbleibende Verzug« kk V oder der »steigende
(kontinuierliche) Verzug«l angewendet wird. Die theoretische Bedeutung der Frage ist
evident: Das Problem der während eines Verzugsvorganges erforderlichen Faser
führung und Faserkontrolle ist in der Verzugstheorie unvermindert aktuell [1].
Die Frage, ob ein Vorgarn auf dem Selfaktor tatsächlich vergleichmäßigt werden kann,
wurde schon von mehreren Forschern diskutiert [2 bis 13]. Wird die Untersuchung
SATTLERS [2] ausgenommen, so beziehen sich alle Versuche auf Modellselfaktoren, deren
Produktions bedingungen nicht den praktischen Gegebenheiten entsprechen.
Die Messungen SATTLERS [2] erfolgten an einem Differentialselfaktor. Sie entsprechen
somit nicht mehr dem derzeitigen Stand der Technik (MaK-Standspinner) und bedürfen
der Ergänzung.
Das unter dem Aspekt der möglichen Produktions geschwindigkeit aktuelle Problem
der Vorgarnvergleichmäßigung fand bislang keine Beachtung in der Literatur. Ihm soll
in der vorliegenden Abhandlung ebenfalls Aufmerksamkeit geschenkt werden.
1 Die Bezeichnung der Verzüge in der Literatur und in den Spinnereien ist nicht einheitlich.
Deshalb werden hier die am meisten üblichen Begriffe verwendet.
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2. Theoretische Betrachtungen
Die Masse-Ungleichmäßigkeit eines Faserverbandes hängt u. a. von dessen mittlerer
Faseranzahl ab. Je geringer die mittlere Faseranzahl ist, desto größer wird, unabhängig
von dem verarbeitungsbedingten Anteil an Ungleichmäßigkeit, die gesamte Masse
Ungleichmäßigkeit sein. Im Idealfall, d. h. wenn der verarbeitungsbedingte Anteil Null
ist, liegt ein Faserverband vor, dessen Faseranzahl-Verteilung definitionsgemäß einer
Poissonverteilung folgt. Die Masse-Ungleichmäßigkeit dieses sogenannten idealisierten
Faserverbandes läßt sich nach der Martindale'schen Formel
(1)
mit
N FA = mittlere Faseranzahl
VF = längenbetonter Variationskoeffizient der Faserquerschnittsfläche in %
berechnen. Diese Beziehung gilt exakt für die Summationslänge L = 0 und in guter
Näherung für Summationslängen L ~ 8 mm. Die CBid-Werte größerer Summations
längen lassen sich mit relativ geringem Aufwand nach der »Überlagerungs methode«
berechnen (WEGENER [14] und HOTH [14]).
Wird ein »idealisierter« Faserverband verzogen, so bleibt unter idealen Verzugs
bedingungen die Poissonverteilung der Faseranzahl erhalten und nur der Mittelwert
N ändert sich. Wegen der kleineren Faseranzahl weist der verzogene »idealisierte«
FA
Faserverband höhere CBid(L)-Werte auf (Beziehung (1)). Und zwar gilt für die Summa
tionslänge L = 0:
(2) CBid,n (0) YNFA,v
CBid, v (0) YNFA,n
mit
(3) f!.FA,V = d
NFA,n
Hierin bedeuten:
d = Verzugsgröße
v = vor dem Verzug
} Indices
n = nach dem Verzug
Damit läßt sich schreiben:
yd
(2a) CBid, n (0) =
CBid, v (0)
Mit anderen Worten [15]: Weist ein »idealisierter« Faserverband nach einem Verzug
Vd
einen um größeren Variationskoeffizienten auf, so ist durch den Verzug keine Zu
sätzliche Ungleichmäßigkeit entstanden. Die Faseranordnung bleibt demnach erhalten
und nur die Abstände zwischen den führenden Faserenden haben sich um das d-fache
vergrößert.
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Reale Faserverbände zeichnen sich dadurch aus, daß ihre Faseranordnung von der des
entsprechenden »idealisierten« Faserverbandes abweicht, wohingegen die Faser
abmessungen bei der Faserverbände miteinander übereinstimmen. Wird ein realer Faser
verband verzogen und bleibt dabei die Faseranordnung unverändert, so muß aus
Analogiegründen die Beziehung (2a) anwendbar sein:
Jld
CBn (0) =
(2b)
CBv (0)
Führt dagegen eine Messung zu dem Ergebnis
Jld,
(2c) CBn (0) <
CBv (0)
so hat sich die Faseranordnung verändert, d. h. die Faseranordnung weicht nach dem
Verzug weniger von der »idealisierten« Faseranordnung ab als vor dem Verzug. Diese
Verringerung der Abweichung, und nur diese, kann als »Vergleichmäßigung« verstanden
werden.
Die vorstehenden Überlegungen lassen sich auch an Hand des Ungleichmäßigkeits
Index K (Huberty-Faktor) aufzeigen. Unter der Voraussetzung einer konstanten Faser
längenverteilung wird durch den K-Wert
K = CB (O~_
(4)
CBid (0)
die Abweichung der realen von der »idealisierten« Faseranordnung (»Entropie«) ge
kennzeichnet [15]. Je gräßer diese Entropie ist, desto mehr unterscheidet sich der K
Wert von Eins. Der »idealisierte« Faserverband ist, unabhängig von seiner mittleren
Faseranzahl, durch den Wert K = 1 definiert. Wenn ein »idealisierter« Faserverband
also einem »idealen« Verzug unterworfen wird, dann bleibt der Wert K = 1 erhalten,
weil sich die Entro'p*i e nicht ändert. Diese Aussage muß, ebenfalls aus Analogiegründen,
auch für Werte K 1 gelten, d. h.
(5)
für einen »idealen« Verzug. Die Beziehungen (2b) und (5) stimmen hinsichtlich ihrer
Aussage miteinander überein. Im Fall einer Vergleichmäßigung muß sich demnach
ergeben:
(5a)
Die Definition des K-Wertes ist nicht auf die Summations länge L = 0 beschränkt, so
daß sich schreiben läßt:
K(L) = CB(L)
(4a)
CBid(L)
Die K(L)-Werte beliebiger Summationslängen sind dabei ebenso groß wie der K-Wert,
so daß jeder K(L)-Wert ein und dieselbe Aussage über die Entropie liefert [15]; vor
ausgesetzt, daß erstens ein einzelner Faserverband betrachtet wird, d. h. keine »Quer
streuung« existiert, zweitens eine konstante Faserlängenverteilung vorliegt und drittens
die Masseschwankungen des Faserverbandes einem stationären Prozeß folgen.
Die vorstehenden Betrachtungen beziehen sich auf die Masse-Ungleichmäßigkeit eines
Faserverbandes. Leider kann die theoretisch untermauerte Masse-Ungleichmäßigkeit
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nicht immer als Qualitätsmerkmal verwendet werden, weil das übliche Meßverfahren
(kapazitive Methode) bei Mischgarnen keine eindeutigen Ergebnisse liefert. In diesem
Fall sollte dem Qualitätsmerkmal »Ungleichmäßigkeit des projizierten Fadenquer
schnittes« (kurz als »optische Ungleichmäßigkeit« bezeichnet) der Vorzug gegeben
werden. Die optische Ungleichmäßigkeit weist im Vergleich zur Masse-Ungleichmäßig
keit einen Nachteil auf: Ihre Größe läßt sich bisher nicht exakt an Hand eines »ideali
sierten« Faserverbandes, d. h. nicht quantitativ beurteilen. Versuche2 zur Definition
eines »idealisierten« Faserverbandes wurden zwar unternommen, jedoch scheiterten
sie an dem quantitativ unbekannten Zusammenhang zwischen der Masse- und der
Drehungsverteilung eines Faserverbandes.
Bei einer qualitativen Beurteilung eines optisch gemessenen Ungleichmäßigkeitswertes
CBQ(L) kann von dem Zusammenhang
(5) CBQ(O) ~ 0,5' CB(O)
ausgegangen werden, der zumindest in erster Näherung gilt. Dabei bleibt der Einfluß
der Drehungsverteilung unberücksichtigt. Mit anderen Worten: Bei konstantem Dre
hungskoeffizienten
,r:tE
(6) oc=D V1OOO
mit D als Drehung in m-l und Tt als Titer in --g- wird also auch die optische
1000 m
Ungleichmäßigkeit CBQ(L) mit abnehmender Faseranzahl ansteigen. Wenn durch einen
Verzug die optische Ungleichmäßigkeit CB (L)3 eines Faserverbandes entweder nicht
Q
wesentlich größer oder sogar geringer wird, so kann daraus, analog zu den Überlegungen
für die Masse-Ungleichmäßigkeit, auf eine Vergleichmäßigung geschlossen werden.
Bei den weiteren Betrachtungen wird auf diese Definition der Vergleichmäßigung zu
rückgegriffen.
Das vom Krempelsatz kommende Vorgarn ist genitschelt, d. h. ohne echten Draht, und
weist eine sehr geringe Festigkeit auf. Wegen der fehlenden echten Drehung läßt sich
an ihm die »optische« Ungleichmäßigkeit nicht ermitteln, und die geringe Festigkeit
macht eine automatische Messung unmöglich. Aus diesen beiden Gründen mußte das
Vorgarn vor der Messung einen Schutzdraht erhalten. Dabei war durch ein Ex
periment zu klären, ob sich die Vorgarn-Ungleichmäßigkeit, und zwar die Masse
Ungleichmäßigkeit, durch die Drehungserteilung verändert. Bleibt die Masse-Ungleich
mäßigkeit unverändert, so soll vereinbarungsgemäß die optische Ungleichmäßigkeit
des gedrehten Vorgarnes als Bezugsrnaß für diejenige des Feingarnes angesehen
werden.
Die an ein und demselben Faserverband ermittelten CB(L)-Werte verschiedener
Summationslängen bilden eine Kennfunktion, welche durch die »CB(L)-Kurve«
gegeben ist. Jeder dieser CB(L)-Werte ist ein Maß für die Ungleichmäßigkeit innerhalb
eines einzelnen Faserverbandes (»Längsstreuung«). Häufig wird aber nicht nur ein
Faserverband, sondern eine größere Anzahl von Faserverbänden in die Messung ein
bezogen. Dabei ist es üblich, die verschiedenen Faserverbände aneinanderzuknoten
und für den so entstandenen Faden die CB(L)-Werte verschiedener Summationslängen
zu ermitteln. In dieEen CB(L)-Werten ist sowohl die Ungleichmäßigkeit innerhalb jedes
2 Zusammenfassend berichten darüber SUST [16] und BARELLA [16].
3 Bei den weiteren Betrachtungen werden die Werte der optischen Ungleichmäßigkeit nur als
CB(L) bezeichnet.
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Faserverbandes als auch der Unterschied zwischen der Ungleichmäßigkeit verschiedener
Faserverbände (»Querstreuung«) enthalten.
Die »Längsstreuung« wird im wesentlichen durch die Funktion einer einzelnen Arbeits
stelle, beispielsweise einer Verzugs einrichtung bestimmt. Aus ihrer Größe läßt sich also
tatsächlich auf die Güte dieser Funktion, d. h. auf den technologischen Prozeß selbst,
schließen. Die »Querstreuung« ist ein Ausdruck der unvermeidbaren unterschiedlichen
Arbeitsweise zwischen verschiedenen Arbeitsstellen. Dieser Unterschied wird aber im
allgemeinen nicht durch technologische Parameter, sondern durch die Konstruktion
und die Wartung der Maschinen sowie durch die betriebliche Organisation beeinflußt.
Wenn also an Hand der Ungleichmäßigkeit die Wirksamkeit technologischer Parameter
untersucht werden soll, so interessiert allein der Anteil der »Längsstreuung« an der
Ungleichmäßigkeit. Unter diesem Aspekt wäre es also ausreichend, die Ungleichmäßig
keit an einem Faserverband einer einzigen Arbeitsstelle zu ermitteln. Aus statistischen
Gründen muß allerdings die mittlere Ungleichmäßigkeit (»mittlere Längsstreuung«)
mehrerer Faserverbände, die von verschiedenen Arbeitsstellen stammen können, er
mittelt werden.
Diese an zum Beispiel 20 Faserverbänden bestimmte mittlere Ungleichmäßigkeit ist
kleiner als die an den gleichen Faserverbänden ermittelte Gesamt-Ungleichmäßigkeit.
Dies läßt sich durch eine einfache Varianzanalyse beweisen:
Es liegen M Faserverbände vor, deren Länge jeweils La beträgt. Aus jedem Faser
verband werden N Abschnitte der Länge L in die Messung einbezogen. Dabei gilt:
Lp = M·La
N·L ~La
mit L als gesamter Prüflänge. Im Sinne einer einfachen Varianzanalyse läßt sich jeder
p
Faserverband der Länge La als »Gruppe« auffassen, wobei jede Gruppe N Einzelwerte
enthält. Die Varianz s:es zwischen allen vorhandenen Abschnitten, d. h. die Gesamt
Varianz von M· N Abschnitten, kann unter Berücksichtigung der Freiheitsgrade in
eine Varianz s;e zwischen den Gruppen (Faserverbänden) und eine Varianz sre innerhalb
der Gruppen zerlegt werden:
+
(7) s:es(M· N -1) = s~cCM -1) sfeM(N -1)
bzw.
(7a)
i= 1 ... N j= 1 ... M
Der Ausdruck
L
~ (Xji - "5(j)2 bzw. sre' M(N - 1)
j i
ist, wie es sich ohne weiteres einsehen läßt, der mittleren Varianz der verschiedenen
Faserverbände proportional. Diese mittlere Varianz, d. h. die Varianz innerhalb der
Gruppen, wird im allgemeinen kleiner als die Gesamt-Varianz sein, weil
:es
s = s re für M = 1
und
d. h.
sre = 0 für N = 1
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ist. Somit wird, und dies war zu beweisen, die »mittlere Längsstreuung«4 CB* (L)
kleiner als die Gesamt-Ungleichmäßigkeit CB(L) sein, wenn
(8) CB*(L) = s~(L) 100
x(L)
und
(8a) CB(L) = s~s(L) . 100
x(L)
~(L) = ~
ist. Dabei entspricht die Größe L der Länge der einzelnen Fadenabschnitte (den Einzel
werten xji(L) entsprechend).
Die CB* (L)- und die CB (L)-Werte sind längenabhängig, weil die Summationslänge L
die Abweichung der xwWerte von den Mittelwerten Xj bzw. vom Gesamt-Mittelwert 5?
beeinflußt. Die Mittelwerte Xj und ~ dagegen bleiben von der Summationslänge L
unbeeinflußt, so daß die Varianz zwischen den Gruppen, d. h. die »Querstreuung«
konstant ist. Daraus folgt: Der relative Anteil ader »Querstreuung« CB** an der
Gesamt-Ungleichmäßigkeit CB(L) nimmt mit wachsender Summationslänge zu, d. h.
es ist
CB**
a = CB(L) =f(L).
Übliche Schätzwerte dieses Anteils betragen
für L ~ 101 mm etwa a = 10-2 und
für L ~ 104 mm etwa a = 5 . 10-1•
3. Versuchsdurchführung
Die vorliegenden Untersuchungen wurden an einem Standspinner des Typs MaK 644 V
(Abb. 1) durchgeführt. Mit diesem ist den Gegebenheiten entsprechend eine weitgehend
variable Einstellung der Prozeßparameter »Spindeldrehzahl-Charakteristik« (Spindel
drehzahl als Funktion des Wagenweges), »Ausfahrtszeit« (Zeit für den Weg des Wagens
von der inneren in die äußere Totlage), »Verzugsart« und »Verzugsgröße« möglich.
Bei den V ersuchen wurden die einzelnen Parameter wie folgt verändert:
1. Ausfahrtszeit (Abb. 2)
14 = 13,3 S
18 = 6,6 s
4 Nachfolgend wird die »mittlere Längsstreuung« der optischen Ungleichmäßigkeit kurz als
»optische Ungleichmäßigkeit« bezeichnet.
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2. Verzugsart (Abb. 3)
Wagenverzug sV
gleichbleibender Verzug kk V
steigender Verzug sk V
Beim Wagenverzug wird der gesamte Faserverband gleichzeitig, und zwar nur in der
letzten Phase der Wagenausfahrt verzogen, beim gleichbleibenden Verzug und beim
steigenden Verzug dagegen während der gesamten Wagenausfahrt. Der steigende Verzug
verändert sich proportional mit dem zurückgelegten Wagenweg, und zwar steigt die
Verzugsgröße linear an. Bei konstanter mittlerer Verzugsgröße d(sk V) kann die minimale
Verzugsgröße d(sk Vu) beliebig gewählt werden:
d(sk V) = d(sk Va) + d(sk Vu)
2
mit d(sk Va) als der maximalen Verzugsgröße.
Deshalb wurde bei der Verzugsart sk V auch die Differenz lld
Ifd = d(sk Va) - d(sk Vu)
variiert. Eine Differenz von 0,15 wird als sk V 15 bezeichnet. Bei den Versuchen fanden
sk V 15, sk V 30 und sk V 45
Verwendung.
3. Verzugsgroße d
Die Verzugsgröße d ist das Verhältnis
Hierin bedeuten:
Sw = Weg, den der Wagen bei der Ausfahrt zurückgelegt hat, in cm;
Lv = Vorgarnlänge, die auf dem Weg Sw in das Verzugsfeld eingespeist wird, in cm.
Dabei entspricht ein Zahlenwert d = 1,15 der in Streichgarnspinnereien üblichen
Angabe »15%iger Verzug« oder d = 15%. Die verwendeten Verzugsgrößen betrugen
d = 15%; 30%; 45%.
4. Schließdraht-Charakteristik
Die Spindeldrehzahl-Charakteristik (Abb. 4), die Verzugsart und die Verzugsgröße be
stimmen während des Verzuges den Zustand des Faserverbandes. Je geringer bei kon
stanter Ausfahrtszeit die Spindeldrehzahl gewählt wird, desto weniger geschlossen, d. h.
desto mehr verzugsfähig ist der Faserverband. Die den »Fadenschluß« bestimmende
Drehung wird als »Schließdraht« bezeichnet. Der momentane, im Verzugsfeld herr
schende Schließdraht ist eine Funktion des zurückgelegten Wagenweges Sw (Schließ
draht-Charakteristik). Bei der vorliegenden Untersuchung wurden für jede Parameter
kombination5 aus der »Verzugsart«, der »Verzugsgröße« und der »Ausfahrtszeit« drei
5 Jede Parameterkombination entspricht einem »Versuch«.
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