DE2856689A1

DE2856689A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von fasern aus einem thermoplastischen material

Info

Publication number: DE2856689A1
Application number: DE19782856689
Authority: DE
Inventors: John Truman Beckman; John William Lonberger
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1979-07-05
Also published as: SE7813422L; NL7812647A; IT7831430A0; IT1101084B; BE873188A; NO149808C; DE2856689C2; BR7808563A; GB2012823A; ZA787381B; GB2012823B; FI63734B; MX145977A; NO784431L; JPS54101923A; FI63734C; JPS6026054B2; FI784032A7; CA1109675A; AU4301878A

Description

OR.-ING. DIPL-ING. M. SC. CIf L.-F- H\ S. D.i. D.FL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIEGSBACM - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 172 m Anmelder: Owens-Corning

u - 163 Fiberglas Corporation

27.Dezember 1978 Toledo, Ohio 43 659

U.S.A.

Beschreibung :

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus einem thermoplastischen Material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem thermoplastischen Material, bei dem man einen Strom des geschmolzenen Materials mit einer bestimmten Temperatur durch eine Düsenöffnung leitet, den Strom zu einer Faser auszieht, die ausgezogene Faser auf einer Wickelpackung aufwickelt und die Drehgeschwindigkeit der Wickelpackung in Abhängigkeit von einer gewünschten Drehgeschwindigkeit und der gemessenen Drehgeschwindigkeit derart regelt, dass man einen vorgegebenen zeitlichen Geschwindigkeitsverlauf erhält.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer mit dem geschmolzenen, thermoplastischen Material beschickten, eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweisenden Düsenwanne, aus denen eine Vielzahl von Strömen des geschmolzenen Materials austreten, mit einer Einrichtung zum Ausziehen der Ströme in Fasern und zum Sammeln der Fasern in Form einer Wickelpackung, die auf einem Wickeldorn aufgesteckt ist, mit einer Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Wickelpackung und mit einer auf die gemessene Wickelpackungsdrehgeschwindigkeit ansprechenden Einrichtung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns gemäss eines für jede Wickelpackung vorgegebenen Zeitverlaufes.

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Bei einem Verfahren zur Herstellung von Textilien aus Glas werden eine Vielzahl von geschmolzenen Glasströmen zu Fasern ausgezogen, die Fasern werden in Form eines Fadens zusammengeführt und der Faden wird für die nachfolgende Verwendung bei der Herstellung verschiedener Produkte auf eine Wickelpackung aufgewickelt. Das geschmolzene Glas fliesst zunächst mit einer kontrollierten Geschwindigkeit aus einem Ofenvorherd in eine Düsenwanne, die am Boden eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweist. Das aus den Düsenöffnungen ausfliessende, geschmolzene Glas wird mit hoher Geschwindigkeit abgezogen, wobei sich Fasern ausbilden. Eine Anzahl auf diese Weise ausgezogener Fasern wird dann zu einem Faden zusammengeführt und mit einer Schlichte beschichtet; der Faden wird schliesslich auf einer Wickelvorrichtung auf eine Wickelpackung aufgewickelt. Die Drehgeschwindigkeit des die Wickelpackung tragenden Wickeldornes wird derartig gesteuert, dass man eine gleichmässige Abzugsgeschwindigkeit erhält, die wiederum zu einem gleichförmigen Durchmesser der ausgezogenen Fasern führt, wenn die anderen Bedingungen, beispielsweise die Temperatur des geschmolzenen Glases, konstant bleiben. Da der Faden zur Ausbildung der Wickelpackung auf einen Kern aufgewickelt wird, wächst der Durchmesser der Wickelpackung allmählich an. In dem Maß, in dem der Durchmesser zunimmt, muss die Drehgeschwindigkeit der Wickelpackung abnehmen, damit eine konstante Abzugsgeschwindigkeit erreichbar ist.

Es gibt eine Reihe von Steuerungen für die Wickelvorrichtung, mit der auch dann eine im wesentlichen gleichförmige Abzugsgeschwindigkeit erreichbar ist, wenn die Grosse der Wickelpackung beim Aufwickeln der Fasern zunimmt. Bei einem bekannten

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System speichert ein Digitalcomputer oder eine andere Prozesssteuereinheit Daten, die der gewünschten Drehgeschwindigkeit der Wickelvorrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Beginn des Aufwickelvorgangs entsprechen. An jedem dieser Zeitpunkte wird die Drehgeschwindigkeit gemessen und mit dem gewünschten Wert verglichen und dabei ein Abweichungssignal erzeugt. Dieses Abweichungssignal wird verwendet, um die Drehgeschwindigkeit der Wickelvorrichtung zu variieren, so dass Abweichungen zwischen der gewünschten Geschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit reduziert werden. Bei einem bekannten System wird die Geschwindigkeit der Drehvorrichtung mit Hilfe einer magnetischen Kupplung gesteuert, die einen mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Motor mit einem Generator verbindet. Die vom Generator erzeugte Energie treibt ihrerseits den Motor der Wickelvorrichtung an. Ein Digitalcomputer erzeugt ein Ausgangssignal, welches in ein einen Sägezahngenerator aktivierendes Analogsignal umgewandelt wird. Der Sägezahngenerator seinerseits betätigt die magnetische Kupplung in der Weise, dass die Geschwindigkeit der Wickelvorrichtung herabgesetzt wird, wenn der Durchmesser der Wickelpackung zunimmt, so dass insgesamt eine konstante Abzugsgeschwindigkeit erreicht wird. Wenn man auf der Wickelvorrichtung ein anderes Produkt aufwickeln will, dann muss eine andere Analogsägezahnkurve im Digitalcomputer gespeichert werden.

Neben der Abzugsgeschwindigkeit müssen auch andere Grossen konstant gehalten werden, wenn man über die ganze Wickelpackung einen gleichförmigen Fadendurchmesser erzielen will. Beispielsweise muss die Menge des geschmolzenen Glases in der Düsenwanne

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konstant bleiben, um eine konstante Durchflussrate durch die Düsenöffnungen zu erreichen. Auch die Temperatur des geschmolzenen Glases muss konstant bleiben, um eine konstante Viskosität des geschmolzenen Glases und damit eine konstante Durchflussrate durch die Düsenöffnungen zu erzielen. Im Idealfall wird eine Düsenwanne kontinuierlich betrieben, so dass all
diese Grossen einen Gleichgewichtswert aufweisen. Mehrere
Wickeldorne sind auf einem drehbaren Träger angeordnet. Wenn eine Wickelpackung fast fertig ist, wird der nächste Wickeldorn in Drehbewegung versetzt. Sobald die Packung fertig ist, wird der nächste Wickeldorn in die Aufwickelposition geschoben, der ausgezogene Faden wird von dem Kern aufgenommen und eine neue Wickelpackung begonnen. Bei einem kontinuierlichen Betrieb dieser Art wird einerseits die Produktion erhöht, während
andererseits Schwankungen des Faserdurchmessers in der Wickelpackung auf ein Minimum herabgesetzt werden. Beim Aufwickeln wird die Drehgeschwindigkeit der Wickelpackungen automatisch herabgesetzt. Bei einem solchen Betrieb befindet sich die
Düsenwanne im Gleichgewichtszustand. Das aus dem Vorherd in
die Düsenwanne eintretende und die Düsenwanne durch die Düsenöffnungen wieder verlassende Glas hat eine vorbestimmte, hohe Temperatur. Zur Kompensation der Wärmestrahlungsverluste der Düsenwanne wird ein elektrischer Strom durch diese geführt,
der die Temperatur der Düsenwanne und des darin enthaltenen, geschmolzenen Glases auf dem gewünschten Wert hält. Auf diese Weise lässt sich die Temperatur des geschmolzenen, aus den
Düsenöffnungen austretenden Glases genau steuern und man erhält Fasern gleichmässigen Durchmessers. Aus verschiedenen Gründen ist es jedoch manchmal notwendig, den Ausziehvorgang kurzzeitig

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zu unterbrechen. Das kann beispielsweise bei einem Faserbruch notwendig werden. Die ünterbrechungszeit kann zwischen einigen Minuten und acht Minuten oder mehr liegen, je nachdem, wann eine Bedienungsperson den Vorgang wieder starten kann. Während der ersten Minuten der ünterbrechungszeit sinkt die Temperatur der Düsenwanne etwas ab, da kein Glas mehr durch sie hindurchfliesst. Sobald der Vorgang wieder gestartet wird_f führt diese geringfügig abgesenkte Temperatur zu einer Zunahme der Viskosität des Glases und damit zu einer Abnahme der Durchflussrate durch die Düsenöffnungen. Wenn dann mit normaler Abzugsgeschwindigkeit gearbeitet wird, ergeben sich Fasern mit geringerem Durchmesser. Bisher hat man die kurz nach dem Anfahren hergestellten Fasern daher wegwerfen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der die Herstellung von Fasern mit gleichmässigem Durchmesser auch nach einer Unterbrechung des Abziehvorganges möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man die geregelte Drehgeschwindigkeit der Wickelpackung gegenüber dem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf beim Beginn des Aufwickeins nach einer Unterbrechung zur Kompensation von Temperaturänderungen in dem geschmolzenen, durch die Düsenöffnungen fliessenden Material abändert, indem man die gemessene Drehgeschwindigkeit um einen vorgewählten Faktor ändert und die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der gewünschten Drehgeschwindigkeit und von der abgeänderten, gemessenen Drehgeschwindigkeit regelt.

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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der vorgewählte Faktor während eines vorgegebenen Zeitraums nach dem Beginn des Ausziehvorganges schrittweise erniedrigt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine auf eine Unterbrechung und einen Beginn des Ausziehvorganges ansprechende Einrichtung, die die Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns abweichend von dem vorgegebenen Zeitverlauf steuert, um einen unterschiedlichen Materialfluss durch die Düsenöffnungen zu kompensieren, wobei diese. Einrichtung eine Einrichtung umfasst, welche die gemessene Drehgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Faktor ändert, so dass die Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns in Abhängigkeit der um diesen Faktor geänderten, gemessenen Drehgeschwindigkeit gesteuert wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit ein Impulsgenerator ist, der ein Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes proportional ist, dass weiterhin ein Zähler vorgesehen ist, der die Impulse während eines bestimmten Zeitintervalls zählt, dass die Einrichtung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit diese in Abhängigkeit von der Zahl der Impulse pro Zeitintervall steuert und dass die Einrichtung zur Änderung der gemessenen Drehgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Faktor das bestimmte Zeitintervall ändert, innerhalb dessen die Impulse gezählt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung zur Änderung der gemessenen Drehgeschwindigkeit einen programmierbaren Zeitgeber

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umfasst, der das den Zähler steuernde Zeitintervall misst. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit einen Digitalrechner umfasst, der abhängig von gespeicherten Daten über die gewünschte Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns und von der vom Zähler angezeigten Impulszahl am Ende des Zeitintervalls ein Ausgangssignal erzeugt, das der eigentlichen Drehgeschwindigkeitssteuerung des Wickeldornantriebes zugeführt wird und dieses steuert, und dass der Digitalrechner Mittel zur Programmierung der vorbestimmten Zeitintervalle aufweist, die von dem programmierbaren Zeitgeber gemessen werden.

Erfindungsgemäss wird also die Geschwindigkeit der Wickelvorrichtung derart gesteuert, dass sich in jedem Falle eine vorbestimmte Abzugsgeschwindigkeit für die Fasern ergibt. Ein Digitalcomputer, beispielsweise ein Mikrocomputer mit integrierter Schaltung, vergleicht ein der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit entsprechendes Rückkopplungssignal mit einer Drehgeschwindigkeitssollwertkurve und erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Drehgeschwindigkeit regelt. Das Rückkopplungssignal wird vorzugsweise von einem Impulsgenerator erzeugt, der der Wickelvorrichtung zugeordnet ist. Die von diesem erzeugten Impulse werden in einem Zähler während eines vorbestimmten Zeitraumes, beispielsweise während 100 ms, addiert, so dass ein der Drehgeschwindigkeit entsprechendes Digitalsignal erzeugt wird. Dieses Signal wird dem Mikrocomputer zugeführt, der dann das Geschwindigkeitsregelsignal erzeugt. Bei einem sogenannten Kaltstart wird die Messzeit des Zählers modifiziert. Wenn beispielsweise die Messzeit um 6%

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erhöht wird, dann zählt der Zähler 6% mehr Impulse, als er bei normaler Zeitspanne zählen würde. Wenn dieses Signal dem Mikrocomputer zugeführt wird, dann erzeugt der Mikrocomputer ein Regelsignal, welches die Drehgeschwindigkeit der Wickelvorrichtung um etwa 6% herabsetzt, so dass die scheinbar gemessene Drehgeschwindigkeit der Solldrehgeschwindigkeit entspricht. Dadurch wird auch die Abzugsgeschwindigkeit der Fasern herabgesetzt, so dass die durch die geringere Glastemperatur und die erhöhte Viskosität hervorgerufenen Effekte kompensiert werden. In dem Maß, in dem die Temperatur der Düsenwanne allmählich auf den Gleichgewichtswert ansteigt, wird die Modifizierung der Messzeit allmählich geringer, bis bei Erreichen des Gleichgewichtszustand wieder mit einer normalen Zeitspanne gearbeitet wird, beispielsweise mit 100 ms. Durch diese Regelanordnung wird die tatsächliche Zeit, die benötigt wird, um eine Wickelpackung herzustellen, etwas erhöht. Die auf die Wickelpackung aufgewickelten Fäden haben jedoch über die gesamte Wickelpackung einen gleichmässigen Durchmesser, obwohl die Viskosität kurz nach dem Anfahren eine geringe Änderung aufweist.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfornen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Modifizierung der Drehgeschwindigkeit eines Wickeldorns und

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Fig. 2 ein Diagramm, in dem die normale und die modifizierte Drehgeschivindigke-it des Wickeldorns dargestellt ist.

In Fig, 1 ist schematisch eine Vorrichtung 10 zur Herstellung einer Vielzahl von Fasern 11 aus Glas oder einem anderen thermoplastischen Material dargestellt, in welcher die Fasern 11 zu Fäden 12 gesammelt werden,, die ihrerseits auf einem Wickeldorn 13 auf eine Wickelpackung aufgewickelt werden. Das geschmolzene, homogene Glas wird zunächst in einem nicht dargestellten Ofen zubereitet. Es fliesst dann in einen Vorherd 14 und von dort in einem kontrollierten Strom 15 in eine Düsenwanne 16. Aus der Düsenwanne 16 fliesst das geschmolzene Glas in einer Vielzahl von Einzelströmen durch ein Gitter von Düsenöffnungen 17„ die sich am Boden der Düsenwanne 16 befinden. Normalerweise ist die Düsenwanne 16 elektrisch beheizt, so dass die Temperatur und damit die Viskosität der austretenden Schmelzglasströme gesteuert werden kann. Die aus den Düsenöffnungen 17 austretenden Schmelzglasströme werden mit einer hohen Geschwindigkeit abgezogen„ so dass sie zu individuellen Fasern 11 verjüngt werden. Die ausgezogenen Fasern 11 werden in einer im wesentlichen konischen Anordnung zu einem Sammelelement 18 geführt, das den Faden 12 ausbildet. Das Sammelelement 18 kann auch in bekannter Weise eine geeignete flüssige Schlichte auf den Faden aufbringen. Vom Sammelelement 18 läuft der Faden 12 auf einen Wickeldorn 13, auf welchem es auf einem Kern zu einer Wickelpackung aufgewickelt wird. Der Wickeldorn 13 ist von konventioneller Bauart und weist eine Führung auf, die den Faden 12 lagenförmig auf den rotierenden Kern verteilt.

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Beim Aufwickeln des Fadens auf der Wickelpackung wird der Radius der Wickelpackung allmählich grosser. Bei einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns wird dadurch auch die Abzugsgeschwindigkeit allmählich vergrössert, bis sie am Ende des Wickelzyklus eine maximale Lineargeschwindigkeit erreicht. Mit anderen Worten wird die lineare Abzugsgeschwindigkeit der Fasern aus den Düsenöffnungen zu Beginn des Wickelzyklus sowohl von der Drehgeschwindigkeit der Wickelpackung als auch vom Umfang der Wickelpackung bestimmt, der am Anfang relativ gering ist» Beim Aufbau der Wickelpackung hängt die Abzugsgeschwindigkeit der Fasern vom zunehmenden Umfang der Wickelpackung ab. Wenn man eine Zunahme der Abzugsgeschwindigkeit zulässt„ dann nimmt der Durchmesser der ausgezogenen Fasern ab„ wann man voraussetzt„ dass die Temperatur des geschmolzenen Glases und andere Faktoren konstant bleiben. Der Grund dafür liegt darin,, dass die Fliessgeschwindigkeit des Schmelzglases durch die Düsenöffnungen 17 teilweise durch die Viskosität des Glases bestimmt wird, die ihrerseits wieder von der Temperatur abhängt» Es ist daher wünschenswert, die Aufwickelgeschwindigkeit in dem Maß zu verringern, indem sich die Wickelpackung aufbaut,, um eine konstante· Linearabzugsgeschwindigkeit für die Fasern zu erreichen» Eine konstante Abzugsgeschwindigkeit führt zu einem gleichmässigen Faserdurchmesser in der ganzen Wickelpackung„ wenn alle anderen Faktoren, beispielsweise die Glastemperatur„ konstant bleiben.

Die Vorrichtung 10 ist derart aufgebaut, dass sie die Wickelgeschwindigkeit des Wickeldornes während des Aufbaus der Wickelpackung modifiziert„ so dass sich für jeden aufeinanderfolgenden Wickelzyklus ein genau vorbestimmtes Geschwindia-

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keitsprofil ergibt. Normalerweise nimmt die Wickelgeschwindigkeit während des Wickelzyklus allmählich ab, um eine konstante Abzugsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die Wickelgeschwindigkeit kann jedoch noch auf andere Weise geändert werden.

In der in FIg₀ 1 dargestellten Vorrichtung wird der Wickeldorn 13 von einem mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Motor 24 angetrieben. Dieser Motor ist mit dem Wickeldorn über eine elektrisch betätigbare, magnetische Kupplung 25 verbunden» Die Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns 13 lässt sich dadurch steoern, dass man die Energiezufuhr zur Kupplung 25 steuert. Ein digitaler Computer, beispielsweise ein als integrierte Schaltung aufgebauter Mikrocomputer 26, liefert einer Steuerschaltung 27 für die Energiezufuhr zur Kupplung 25 Daten, wodurch die der magnetischen Kupplung 25 zugeführte Energie variiert und damit die Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes 13 reguliert wird. Ein Drehgeschwindigkeitsimpuisgenerator 28 liefert dem Mikrocomputer 26 ein Rückkopplungssignal entsprechend der jeweiligen Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes 13. Der Mikrocomputer 26 berechnet dann ein Abweichungssignal aus der tatsächlichen Wieheldorngeschwindigkeit und der gewünschten Wickeldorngesefe'/indigkeit und führt dieses Abweichungssignal der Steuerschaltung 27 für die magnetische Kupplung zu. Diese Steuerschaltung 27 erhöht die Energiezufuhr zur magnetischen Kupplung 25„ wenn die Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes zu niedrig ist, und verringert die Energiezufuhr zur magnetischen Kupplung 25 _t wenn die Wickeldorngeschwindigkeit zu hoch ist. Der Mikrocomputer 26 liefert ein digitales Ausgangssignal, aufgrund dessen die Steuerschaltung 27 der magnetischen Kupplung 25 die gewünschte

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Energie zuführt. Die Steuerschaltung 27 kann in geeigneter, bekannter Weise aufgebaut sein und beispielsweise einen Digital-Analogconverter und einen Sägezahngenerator umfassen. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Converters aktiviert den Sägezahngenerator, der die Energie für die Kupplung 25 liefert. Normalerweise liefert der Sägezahngenerator der Kupplung 25 eine abnehmende Energie, wenn sich die Packung auf dem Wickeldorn 13 aufbaut, um eine konstante Abzugsgeschwindigkeit der Faser 11 zu erreichen. Für die Steuerschaltung 27 können auch andersartige Schaltungen verwendet werden. Beispielsweise kann eine Wechselstromquelle mit einem phasengesteuerten Siliziumgleichrichter verbunden sein, der die der Magnetkupplung 25 zugeführte Energie steuert«. Es wird an dieser Stelle auch darauf hingewiesen, dass die magnetische Kupplung 25 weggelassen und die Geschwindigkeit des Motors 24 direkt gesteuert werden kann» Die magnetische Kupplung 25 kann den Motor 24 auch mit einem Wechselstromgenerator verbinden, der seinerseits den Motor der Wickeldornvorrichtung mit einer gesteuerten Geschwindigkeit antreibt. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in dem oben erwähnten US-Patent 3 471 278 beschrieben.

Der Drehgeschwindigkeitsimpulsgenerator 28 liefert ein Ausgangssignal 29, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns proportional ist. Die Ausgangsimpulse 29 werden in einem Drehgeschwindigkeitsimpulszähler 30 während einer vorbestimmten Mess- oder Fensterzeit gesammelt, so dass in dem Zähler 30 ein Signal gespeichert wird, das der Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns entspricht. Die Mess- oder Fensterzeit wird durch einen programmierbaren ms-Zeitgeber 31 bestimmt. Nachdem die Drehgeschwindigkeitsimpulse während des vorgegebenen

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Messseitra^mes iß dem. Sanier 30 gesannnelt sind ρ werden die in digitaler Form vorliegenden Dates ans dem Zähler 30 in den Mikrocomputer 26 übertragen, indem sie mit eines Sollwert der vlickeldorngeschwindigkelt "/ergllshen werden. Der Wickeldorn.-* gesahwindlgkeitssollwert kann Is einem Speicher im l-IikrocQH!- puter 23 in ?orm einer digitalisierten Änalogeresehwindigksifcs-"xtir'/e in Iroriii eines Polynoms gespelehert v-rsrdeRj, welch letstezres js"-79ils für sine Seit t bsreshnet wird, die '/οία Beginn ■■äes Äufbaas einer Packung auf desi vJickeldorn anläuft ο ΞΙη Startsignal 32 wird dem Mikrocomputer 2β entweder direkt "asim Beginn dos ilafbaus slnsr ?JlcI;sip£skuing vom Wickeldorn 13 oder "⁷Gn Hand gegeben ₀ ^?.fsan eine 3edien"dn©sperson der ^/or rieh tang '■0 ύ®η t7lGi:elTorgang elssr Pasiiang startet» Der IlikrccoHntitar 2 S als st dann kontinuierlich file 3eit "jam Beginn des Wicksl- ^■aek'JiiigssiuiJba'Jis an_f tZB jeweils- Sen ?7iskeldorndrehgeschwiR2ligiisitssoll^srt sis bsstiiriirienj. -Ser ^It der tatsächlichen DrshgesciT;7ln61igkeit vergliehen ^-7lrd_P olie sieh aufgrund des ^issslgaals des Säaisss SC ergibt„

Der programmierbare as-2eitgeber 31 kann eine im Handel srhältlishs ISinheit ssinj. bsxsplelsweise ein orograiBsisrbarsr Seitgeber HtIt einer integriertes Schaltung ^ohi Typ Motorola MCS840o Sin Eingang des prcgra«imlerbaren ias-2eltgebers 31 Ist _uait eines». P.eferenszeitiiapulsgenerator 33 verbunden _B ein anderer ■ait deäi Mikrccojnpizter SS₁, der den Seitgeber 31 so programmiert, dass dieser an einem Ausgang 34 das Impulsgeitintervall aas-T-7ählt. Das Ausgangs a ignal 35 wird des-Zähler 30 zugeführt ηηά führt dazu,, dass der Inhalt des Sählers 30 dem Mikrocomputer 26 zugeleitet wird« Der Mlkrocoiapster 2β kann beispielsweise

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den Zeitgeber 31 derart programmieren,, dass alle 100 ms ein Äusgangsimpuls 34 erzeugt wird= Infolgedessen wird der Inhalt des Zählers 30, der der Geschwindigkeit des Wickeldoms 13 entspricht, alle 100 ms in den Mikrocomputer 26 übertragen. Das vom Zähler 30 in den Mikrocomputer 26 übertragene Geschwindigkeitssignal wird dazu verwendet, ein Äbweichungssignal zu berechnen^ mit wiehern die Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns auf den gewünschten Wert gebracht wird„ damit eine vorbestimmte Abzugsgeschwindigkeit für die Fasern 11 erreicht wird ο

Normalerweise liefert der Mikrocomputer 26 ein Ausgangssignal zur Steuerung der Wickeldorndrehgeschwindigkeit, durch welches diese Geschwindigkeit bei jeder aufeinanderfolgenden Wickelpackung gleichmässig herabgesetzt wird. Wenn man eine automatische Wickelvorrichtung verwendet, dann führt diese bei der Fertigstellung einer Wickelpackung automatisch einen neuen Wickeldorn herbei„ auf dem eine neue Wickelpackung aufgewickelt wirdf so dass die Fasern 11 von Wickelpackung zn Wickelpackung mit konstanter Abziehgeschwindigkeit: kontinuierlich abgezogen werden» Wenn man einen konstanten Glasdurchsatz durch die Düsenwanne 16 aufrechterhält _β dann bleiben Temperatur und Viskosität des die Fasern 11 bildenden Glases konstant. Jedoch kommt es vor, dass die Düsenwanne 16 geschlossen wird. Das wird beispielsweise dann ausgelöst, wenn ein Bruch eines oder mehrerer Fasern 11 auftritt» Wenn die Düsenwanne 16 einmal geschlossen ist, dann muss eine Bedienungsperson die Vorrichtung von Hand starten,, Die Ausfallzeit hängt davon ab, t-rann eine Bedienungsperson zum Wiederinbetriebsetzen vorhanden ist. Im ersten Teil der Ausfallzeit nimmt die Temperatur des

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geschmolzenen Glases Inder Düsenwanne 16 allmählich geringfügig ab. Beispielsweise kann die Temperatur des geschmolzenen Glases in der abgeschlossenen Düsenwanne in den ersten acht Minuten der Ausfallzeit langsam abnehmen, während sie dann auf einem neuen Gleichgewichtswert ist, der durch die elektrische Beheizung"der Düsenwanne 16 gegeben ist. Wenn der Betrieb wieder aufgenommen wird, dann setst die herabgesetzte Viskosität des Glases in der Düsenwanne den Glasdurchsatz herab, und es ergeben sich Fasern 11 mit geringerem Durchmesser, wenn die Absugsgeschwindigkeifc auf dem normalen Wert gehalten wird. Gemäss der Erfindung wird daher die Wickeldorngeschwindigkeit automatisch herabgesetzt, wenn eine neue Packung begonnen wird, nachdem eine unterbrechung des Betriebes aufgetreten ist. Diese Abnahme der Wickeldorndrehgeschwindigkeit führt dazu, dass dem Mikrocomputer 26 ein abweichendes Rückkopplungssignal zugeführt wird, das anzeigt, dass der Wickeldorn 13 mit einer höheren Drehgeschwindigkeit umläuft. Wenn beispielsweise angezeigt wird, dass die Wickelgeschwindigkeit fälschlicherweise 1OS 2ii hoch ist, dann verhindert der Mikrocomputer 26 die der magnetischen Kupplung 25 abgeführte Energie, so,dass die Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes mn 10% verringert wird, also scheinbar auf den normalen Werte Tatsächlich jedoch liegt dann die Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes 10% unterhalb der Geschwindigkeit, die der Mikrocomputer 26 als Drehgeschwindigkeit errechnet.

Nach der Aufnahme des Betriebes steigt die !Temperatur des aus den Düsenöffnungen 17 ausströmenden Glases während einer bestimmten Zeitspanne allmählich an, bis sie den Gleichgewichtswert wieder erreicht. In dem Maß, in dem die Temperatur all-

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mählich zunimmt,, nimmt die Viskosität des geschmolzenen Glases allmählich abc. Daher muss die prozentuale Kompensierung der Drehgeschwindigkeit des Wiekeldo-rns allmählich von der vorbestimmten Anfangskompensation auf eine Kompensation Null abnehmesu Zur Erläuterung wird angenommen„ dass die Düsenwanne etwa vier Minuten nach einem Kaltstart die Gleichgewiehtsbedingungen erreicht» Ss wird weiterhin angenommen,, dass die Drehgeschwindigkeit des Wickeldomes 13 anfangs um 6% erniedrigt werden muss„ um Fasern 11 zu erhalten,, die denselben Durchmesser haben wie Fasern, die unter normalen Bedingungen hergestellt werden. Wie sich aus der folgenden Tabelle und aus der Darstellung der Fig_o 2 ergibt,, nimmt die Änderung der Wickeldorndrehgeschwindigkeit von anfangs 6% auf QS in Schritten von 1% aby die jeweils etwa 40 Sekunden lang sind« HoEraalerweise erhält der Mikrocomputer 26 vom lähler 30 alle 100 ms ein Drehgeschwindigkeitssignal ο Der Mikrocomputer 26 ist so programmiert ₀ dass er die vom Zähler 30 aufgenommenen Gesehwindigkeitsdaten auf 100 ms~'Xntervalle besieht und unter Verwendung dieses Zeitintervalls die gewünschte Geschwindigkeit ■ des Wickeldorns 13 an jedem Punkt der Wickelpackung berechnet. Jedoch ändert der Mikrocomputer 2 β die dem programmierbaren ias=Zeitgeber 31 augeführten Programmdaten derart,, dass die Mess» oder Fensterzeit zu Beginn des Wickelpackungsaufbaus auf 106 ms festgesetzt wird_o Infolgedessen sammelt der Zähler 30 6% mehr Impulse von dem Impulsgenerator 28„ als dies bei der tatsächlichen Wickeldorngeschwindigkeit beim normalen Zeitintervall von 100 ms der Fall wäre» Diese falschen Daten t-jerden dann vom Wähler 30 in den Mikrocomputer 26 übertragen „ der dann ein Ausgangssignal an die Steuerschaltung 27 liefert, aufgrunddessen die Drehgeschxirindigkeit des Wickeldorns um 6%

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berabgesetst wird» Unter normalen Bedingungen werden in einem EeitrauKi von 40 Sekunden von dem Zähler 30 400 Messungen durchgeführt. Wenn das Messintervall jedoch auf 106 ms verlängert wird _t wird sur Durchführung von 400 Messungen tatsächlich eine Zeit von 42,4 Sekunden benötigt. Durch die Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes 13 und die gleichseitige "/erlängerung der Zeit für 400 Messungen wird auf dem Wickeldorn 1! 3 insgesamt die gleiche Fadenmenge ia einem Zeitraum von 42,4 Sekunden aufgewickelt, die normalerweise im AQ Sekunden aufgewickelt wird. Die Zeit für die fiüisbildümg der Wickelpackung wird also ein wenig verlängert, 7/ahrend die auf der Wickelpackung gesammelte Fadenmenge insgesamt dieselbe bleibt» iJach den ersten 4GO Messungen ändert ■isr Mikro33Ktputer 26 dia Daten, die dem programmierbaren ras-Zeitgeber 31 sugeführt werden;, so dass die Drehgeschwindigkeit des Wicks!dornes nur noch 5% unter dem normalen Wert liegtο Dieser Wart wird während der folgenden 400 Messungen ■znfrechtsrhaltea. „ dann wird die Geschwindigkeit gegenüber der üjonaalgesshwindigkeit während weiterer 400 Messungen siur noch t!Ei 3% abgesenkt _g während weiterer 400 Messungen nur noch uai 20, während weiterer 400 Messungen nur noch um 1%, und dann 7?ird wieder die normale Drehgeschwindigkeit gewählt. Während der sechs Stufen, ia denes dis Geschwindigkeit gegenüber der Jiormalgeschwindigkeit abgesenkt war, sind 248,4 Sekunden vergangen gegenüber 240 Sekunden bei normaler Geschwindigkeit. Obwohl also öiie Seitdauer um 3", 4 Sekunden verlängert worden ist, ist in diesem verlängerten Zeitraum dieselbe Länge des Fadens 12 auf der Wicks!packung gesammelt worden, da die Geschwindigkeit des Wickeldornes 13 gleichzeitig herabgesetzt war. Dies ist in der Eiurve der Fig_o 2 dargestellt, in welcher

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der Kurvenabschnitt 40 die normale Aufwickelgeschwindigkeit von der Zeit t_Q vom Anfang des Aufwickeins bis zur Zeit t.. und das Kurventeil 41 die Wickelgeschwindigkeit vom Zeitpunkt t.. bis zur Fertigstellung der Wickelpackung darstellt. Bei einem Kaltstart ändert der Mikrocomputer 26 die von dem programmierbaren ms-Zeitgeber 31 gemessenen Zeitintervalle in sechs Stufen von 6% bis zur Normalgeschwindigkeit, wobei sich die Kurve 42 ergibt. Jedoch hat sich die Zeitdauer vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t.. um 8,4 Sekunden verlängert, wie oben erläutert wurde. Anstelle einer Anfangsgeschwindigkeit W₀ wird die Anfangsgeschwindigkeit des Wickeldorns am Beginn der Ausbildung der Wickelpackung zum Zeitpunkt t_Q um

[ I

6% auf W„' herabgesetzt.

Tabelle

Nominalzeit	%	Messzeit	Tatsächliche Zeit
für 400	Zunahme	106 ms	für 400
Messungen	6%	105 ms	Messungen
40 see	5%	104 ms	42,4 see
40 sec	4%	103 ms	42,0 see
40 sec	3%	102 ms	41 c 6 see
40 sec	2%	101 ms	41,2 see
40 sec	1%	100 ms	40,8 see
40 sec	0%	100 ms	40,4 see
40 sec	0%	40,0 see
40 sec		40,0 see

Obwohl hier angegeben ist, dass die Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes 13 beim Kaltstart abgesenkt wird, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch dann Verwendung finden kann, wenn die Geschwindigkeit angehoben werden

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soll. Das ist dann der Fall, wenn die Temperatur .des geschmolzenen, aus den Düsenöffnungen austretenden Glases höher ist als im Normalzustand. In diesem Falle nimmt die Viskosität des geschmolzenen Glases ab, so dass die durch die Düsenöffnungen 17 hindurchfliessende Glasmenge zunimmt. Dies erfordert eine höhere Abzugsgeschwindigkeit. Die Abzugsgeschwindigkeit kann dadurch erhöht werden, dass der programmierbare ms-Zeitgeber 31 derart programmiert wird, dass er Messzeiten bestimmt, die kürzer sind als die normalen 100 ms, beispielsweise 95 ms, bei einer Absenkung von etwa 5%.

Die Temperatur der Düsenwanne 16 fällt nach einer Unterbrechung allmählich ab und kann beispielsweise nach einer bestimmten Zeit einen neuen Gleichgewichtswert erreichen, beispielsweise acht Minuten nach einer unterbrechung. Wenn die Unterbrechung nur vier Minuten dauert, kann es notwendig sein, die Aufwickelgeschwindigkeit des Wickeldornes nur um 2% zu ändern anstelle von 6%, die notwendig wären, wenn die Unterbrechung acht Minuten oder länger dauert. Der Mikrocomputer 26 kann derart programmiert sein, dass er die Unterbrechungszeit überwacht und die prozentuale Geschwindigkeitsvariation entsprechend der tatsächlichen Unterbrechungszeil: frählt.

Es können auch noch andere Abwandlungen der Vorrichtung 10 vorgenommen werden, ohne dass dadurch vom Erfindungsgedanken abgewichen wird. Beispielsweise kann die Art und Weise, in welcher die Steuerung 27 die Geschwindigkeit des Wickeldorns 13 steuert, in verschiedener Weise variiert werden.

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Claims

DR. -ING. DIPL-ING. M. SC. * D,p_.-p. (YJ. DR. DIP' .-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - QRiESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE !N STUTTGART

2856889

A 43 172 m Anmelder: Owens-Corning

u - 163 Fiberglas Corporation

27.Dezember 1978 Toledo, Ohio 43659

U.S.A.

Patentansprüche :

Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem thermoplastischen Material, bei dem man einen Strom des geschmolzenen Materials mit einer bestimmten Temperatur durch eine Düsenöffnung leitet, den Strom zu einer Faser auszieht, die ausgezogene Faser auf einer Wickelpackung aufwickelt und die Drehgeschv/indigkeit der Wickelpackung in Abhängigkeit von einer gewünschten Drehgeschv/indigkeit und der gemessenen Drehgeschwindigkeit derart regelt, dass man einen vorgegebenen zeitlichen Geschwindigkeitsverlauf erhält, dadurch gekennzeichnet, dass man die geregelte Drehgeschv/indigkeit der Wickelpackung gegenüber dem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf beim Beginn des Aufwickeins nach einer Unterbrechung zur Kompensation von Temperaturänderungen in dem geschmolzenen, durch die Düsenöffnungen fliessen den Material abändert, indem man die gemessene Drehgeschwindigkeit um einen vorgev/ählten Faktor ändert und die Drehgeschv/indigkeit in Abhängigkeit von der gewünschten Drehgeschv/indigkeit und der abgeänderten, gemessenen Drehgeschwindigkeit regelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewählte Faktor während eines vorgegebenen Zeitraums nach dem Beginn des Ausziehvorganges schrittweise erniedrigt v/ird.

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ORIGINAL

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Ansprüche 1 oder 2, mit einer mit dem geschmolzenen thermoplastischen Material beschickten, eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweisenden Düsenwanne, aus denen eine Vielzahl von Strömen des geschmolzenen Materials austreten, mit einer Einrichtung zum Ausziehen der Ströme in Fasern und zum Sammeln der Fasern in Form einer Wickelpackung, die auf einem Wickeldorn aufgesteckt ist, und einer Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Wickelpackung mit einer auf die gemessene Wickelpackungsdr ehgeschwindigkeit ansprechenden Einrichtung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes gemäss eines für jede Wickelpackung vorgegebenen Zeitverlaufs, gekennzeichnet durch eine auf eine Unterbrechung und einen Beginn des Ausziehvorganges ansprechende Einrichtung, die die Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns (13) abweichend von dem vorgegebenen Zaitverlauf steuert, um einen unterschiedlichen Haterialfluss durch die Düsenöffnungen (17) zu kompensieren, wobei diese Einrichtung eine Einrichtung (26,30,31) umfasst, welche die gemessene Drehgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Faktor ändert, so dass die Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes (13) in Abhängigkeit der um diesen Faktor geänderten, gemessenen Drehgeschwindigkeit gesteuert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit ein Impulsgenerator (28) ist, der ein Impulssignal

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erzeugt, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes (13) proportional ist, dass ein Zähler (30) vorgesehen ist, der die Impulse während eines bestimmten Zeitintervalls zählt, dass die Einrichtung (26,27) zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit diese in Abhängigkeit von der Zahl der Impulse pro Zeitintervall steuert und dass die Einrichtung (26,31) zur Änderung der gemessenen Drehgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Faktor das bestimmte Zeitintervall ändert, innerhalb dessen die Impulse gezählt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Änderuna der gemessenen Drehgeschwindigkeit einen programmierbaren Zeitgeber (31) umfasst, der das den Zähler (30) steuernde Zeitintervall misst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit einen Digitalrechner (26) umfasst, der abhängig · von gespeicherten Daten über die gewünschte Drehgeschwindigkeit des Wickeldorns (13) und von der vom Zähler (30) angezeigten Impulszahl am Ende des Zeitintervalls ein Ausgangssignal erzeugt, das der eigentlichen Drehgeschwindigkeit s steuerung (27) des Vlickeldornantriebes zugeführt wird und dieses steuert, und dass der Digitalrechner (26) Mittel zur Programmierung der vorbestimmten Zeitintervalle aufweist, die von dem programmierbaren Zeitgeber (31) gemessen werden.

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