DE3810860A1 - Verfahren und vorrichtung zum turbulenzspinnen zur herstellung von faserbuendelgarn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbulenz-Spinnverfahren zur Herstellung von Faserbündelgarn aus einem Faserbändchen, welchem nach einem Verzug ein Falschdraht in der Spinn­ kammer einer Luftwirbeldüse durch eine Windungen der freien Enden von Bindefasern um das Bündel paralleler Fasern bildende Druckluftströmung erteilt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Nach einem z.B. aus der DE 26 60 983 bekannten Verfahren zur Herstellung von Faserbündelgarn wird ein Faserbändchen bzw. -bündel, das durch Verstrecken eines vorgelegten Faserverbands in einem Streckwerk entsteht, in eine Luft­ wirbeldüse gespeist. In der Düsenachse ist eine Spinnkam­ mer vorgesehen, in der das Faserbündel der Einwirkung eines durch tangential orientierte Überdruckkanäle zuge­ führten Druckluftstroms ausgesetzt wird, wodurch ihm ein Falschdraht erteilt wird. Äußere Fasern, die in das zu verdrehende Bündel nicht aufgenommen worden sind, bilden freie Enden, die bei der nachfolgenden Annullierung des Falschdrahts das Faserbündel in der dem Falschdraht ent­ gegengesetzten Richtung umwickeln, wodurch sie das ent­ stehende Fasergebilde festziehen und verfestigen.

Obgleich dieses Turbulenz-Spinnverfahren eine beträcht­ liche Erhöhung der Produktivität gegenüber den her­ kömmlichen Verfahren zum Verspinnen von Stapelfasern herbeiführt, ist nachteilig, daß das hergestellte Fa­ serbündelgarn neben einer höheren Steifheit auch eine re­ lativ geringe Festigkeit aufweist, deren Ursache u.a. nicht ausreichendes Festziehen des parallelen Bündels durch die äußeren, dieses umwickelnden Fasern ist. Be­ kannte Maßnahmen zum Beseitigen dieses Mangels bestehen in der Regel im Einsatz zweier nacheinander angeordneter Luftwirbeldüsen, von denen jede mit einem Paar von Über­ druckkanälen versehen ist, wobei in der ersten Düse die äußeren Fasern mit Hilfe des ersten Paars von Überdruck­ kanälen freigemacht werden und in der zweiten Düse durch die Wirkung des zweiten Paars von Überdruckkanälen das Umbündeln der parallelen Fasern mit den äußeren Fasern unter gleichzeitiger Erteilung eines Falschdrahts erfol­ gen. In der Praxis kommt es jedoch zum teilweisen Um­ bündeln in einer Drallrichtung bereits in der ersten Düse und zum weiteren Umbündeln mit anderen Fasern in der zwei­ ten Düse in entgegengesetzter Drallrichtung. Da die Her­ stellung des Faserbündelgarns in zwei Düsen enorme An­ sprüche an die zum Erzeugen eines Druckgradienten in den beiden Paaren von Überdruckkanälen notwendige Energie stellt, wurde in der DE 32 48 390 vorgeschlagen, den Durchmesser des ersten Paares von Überdruckkanälen zu ver­ mindern und gleichzeitig die beiden Paare in einer einzi­ gen Luftwirbeldüse anzuordnen, wobei das erste Paar von Überdruckkanälen in einem verjüngten Abschnitt des Düsen­ eintritts ausmündet. Die Anordnung des ersten Paares in den verjüngten Raum des Düseneintritts macht es jedoch praktisch unmöglich, einen markanten Effekt auf die äußeren Fasern des zugeführten Faserbändchens zu erzielen.

Eine andere bekannte Vorrichtung gemäß EP 0 99 726 weist eine einzige Luftwirbeldüse und einen bzw. ein Paar von Überdruckkanälen auf. Während der einzige Überdruckkanal zum Erzielen eines ausreichenden Faserbindeeffekts zu wenig wirksam ist, entstehen bei zwei Überdruckkanälen, die mit einem verhältnismäßig starken Luftstrom beauf­ schlagt werden müssen, ungünstige Luftturbulenzen, welche ein nicht ausreichendes Festziehen der Faserbündel mit den Bindefasern und somit eine geringere Festigkeit des fertigen Faserbündelgarns zur Folge haben. Die Turbulenzen können auch durch Schrägstellen der Überdruckkanäle in einem spitzen Winkel nicht wirksam unterdrückt werden.

Die Erfindung soll die Nachteile des Standes der Technik überwinden und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das Faser­ bündel mit Bindefasern in einer einzigen, mit Überdruck­ kanälen versehenen Luftwirbeldüse ohne ungünstige gegen­ seitige Beeinflussung der einzelnen Luftströme während dieses Prozesses wirksamer festzuziehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fasern im Faserbündel der Wirkung einer Luftwirbelströmung von unterschiedlicher Intensität und gleicher Drehrichtung ausgesetzt werden, um eine universelle drallgebende Wirkung auf diese Fasern zu erzeugen.

Diese Einwirkung auf die Bindefasern kann noch dadurch ge­ fördert werden, daß die Luftwirbelströmung von niedrigerer Intensität in der Spinnkammer durch die Luftwirbelströmung von höherer Intensität zum Erzeugen eines progressiv zu­ nehmenden drallgebenden Effekts auf diese Fasern beein­ flußt wird.

Durch die Luftwirbelströmung von unterschiedlicher Inten­ sität wird eine universelle drallgebende Wirkung auf feine und grobe Fasern während des Faserbindeprozesses erreicht, wobei dem Faserbündel ein Drall von gleicher Richtung er­ teilt wird. Dieser Prozeß unterscheidet sich von dem Prozeß nach dem Stand der Technik, bei dem den Bindefasern in einer Düse ein Drall einer Richtung und in der zweiten Düse ein Drall der entgegengesetzten Richtung erteilt wird. Gleichzeitig wird der Nachteil des Turbulenz-Spinn­ verfahrens in einer einzigen Luftwirbeldüse eliminiert, deren Überdruckkanäle nur auf eine bestimmte Feinheit der zu verarbeitenden Fasern ausgelegt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Faser­ bündelgarn kann in einer Luftwirbeldüse durchgeführt wer­ den, in der die in die Spinnkammer tangential ausmündenden Überdruckkanäle unterschiedliche Längen und/oder unter­ schiedliche Durchmesser zum Erzeugen einer unterschiedlich intensiven Luftwirbelströmung von gleicher Drehrichtung aufweisen.

Zum Erzeugen der unterschiedlichen Luftwirbelströmung mit Hilfe der unterschiedlichen Längen bzw. Durchmesser von in die Spinnkammer ausmündenden Überdruckkanälen ist es vor­ teilhaft, wenn das Verhältnis der Länge zur Lichtweite des einen Überdruckkanals im Bereich 1 bis 4 und beim zweiten Überdruckkanal im Bereich von 4 bis 10 liegt und daß die Lichtweite des zumindest einen der Überdruckkanäle nicht größer ist als 1 mm.

Zur Erzeugung unterschiedlich intensiver Luftströmungen ist es zweckmäßig, wenn der Unterschied in den Lichtweiten der Überdruckkanäle den Bereich von 0,2 bis 0,4 mm nicht überschreitet.

Bei Überdruckkanälen von verschiedenen Längen und/oder verschiedenen Innendurchmessern kann die Luftwirbelströ­ mung dadurch vorteilhaft beeinflußt werden, daß die in die Spinnkammer ausmündenden Überdruckkanäle mit ihrer Achse einen gleichen oder unterschiedlichen Winkel, vorzugsweise im Bereich von 35 bis 90°, einschließen.

Die Intensität der resultierenden Luftströmung kann auch durch eine solche Anordnung vorteilhaft beeinflußt werden, bei der die Ausmündungen der Überdruckkanäle in die Spinn­ kammer gegeneinander versetzt sind oder mit separaten Un­ terdruckquellen von unterschiedlicher Intensität in Ver­ bindung stehen.

Zum Erzielen einer optimalen Luftwirbelströmung von unter­ schiedlicher Intensität sollte der Innendurchmesser der Spinnkammer an der Stelle der Ausmündung der Überdruckka­ näle den Bereich von 2 bis 4 mm nicht überschreiten.

Sehr gute Ergebnisse bei der Vermeidung von ungünstigen gegenseitigen Beeinflussungen der einzelnen Luftströme wurden dadurch erreicht, daß in der Spinnkammer gegen die Ausmündung der Überdruckkanäle ein Leitelement zum Richten der unterschiedlich intensiven Luftströmung vorgesehen ist.

Die Ausmündung der Überdruckkanäle von unterschiedlichen Längen bzw. unterschiedlichen Innendurchmessern in die Spinnkammer kann zweckmäßig auch so ausgeführt werden, daß die Überdruckkanäle in die Spinnkammer in axialer Flucht, aber in unterschiedlichen axialen Lagen oder zueinander in gleichen oder unterschiedlichen axialen Lagen radial ver­ dreht ausmünden.

Durch den Einsatz des Paares von Überdruckkanälen unter­ schiedlicher Längen bzw. unterschiedlicher Innendurchmes­ ser zum Turbulenz-Spinnverfahren ggf. auch durch verschie­ dene Anordnung dieser Kanäle wird die ungünstige gegen­ seitige Beeinflussung der einzelnen Luftströme vermieden, die sich bisher bei Paaren von Überdruckkanälen gleicher Dimension ergaben.

Die gezielte universelle Drallwirkung auf die Fasern im Faserbündel wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß durch einen schnelleren, aus einem Überdruckkanal heraus­ tretenden Luftstrom grobe Fasern von höherer Biegefestig­ keit verdreht werden, während feinere Fasern von niedri­ gerer Biegefestigkeit gleichzeitig durch Luftströmung geringerer Intensität aus dem anderen Überdruckkanal ver­ dreht werden. Um solche unterschiedlichen Luftwirbelströme zu erreichen, benutzt man unterschiedliche Längen, Durch­ messer bzw. axialen Versatz der Überdruckkanäle, die eventuell auch mit Druckluftströmen unterschiedlicher In­ tensität versorgt werden können. Derart kommt es zum stu­ fenweisen drallgebenden Effekt bei gleichzeitiger Elimi­ nierung der ungünstigen gegenseitigen Beeinflussung der einzelnen Luftströme bzw. Turbulenzen, wodurch man eine regelmäßigere Umwicklung und gleichmäßigeres Festziehen der Faserbündel erreicht.

Einige bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Luftwirbeldüse im Axialschnitt,

Fig. 2-6 verschiedene Varianten der in die Spinnkammer einmündenden Überdruckkanäle.

Die dargestellte Spinneinheit zur pneumatischen Herstel­ lung von Faserbündelgarn besteht aus einem Streckwerk, z.B. vom Walzentyp, von dem lediglich das Lieferwalzenpaar 3 dargestellt ist. Diesem Walzenpaar 3 ist eine Luftwir­ beldüse 1 nachgeordnet, welcher ein Abzugswalzenpaar 4 zum Abziehen eines auf die Spule einer nicht dargestellten Spulvorrichtung aufzuwickelnden Garns folgt.

Die Luftwirbeldüse 1 enthält einen Körper und weist eine axiale Eingangsöffnung 10 auf, die sich in Materialfluß­ richtung verjüngt und mittels einer Übergangsöffnung 9 in eine Spinnkammer 6 von größerem Durchmesser als die Über­ gangsöffnung 9 übergeht. Die Spinnkammer 6 endet in einer axialen Ausgangsöffnung 18 und ist mit Radiallöcher 11 versehen. In die Spinnkammer 6 mündet weiter ein Paar von Überdruckkanälen 7 a, 7 b, die mit einer ringförmigen und mit der Spinnkammer 6 gleichachsigen Verteilkammer 8 in Verbindung stehen. In diese Kammer 8 mündet eine an eine nicht dargestellte Überdruckquelle angeschlossene Druck­ luftleitung 12. Die Verteilkammer 8 kann eventuell durch einen unmittelbaren Anschluß jedes Überdruckkanals 7 a, 7 b an eine separate Überdruckquelle ersetzt sein. In Mate­ rialflußrichtung mündet die Spinnkammer 6 über ihren ge­ lochten Rohransatz in eine Expansions- und Absorptions­ kammer 5, deren innere Kapazität mehrmals größer als die der Spinnkammer 6 ist. Die Kammer 5 ist abgeschlossen und weist eine Austrittsöffnung für das abzuziehende Garn 14 sowie Entlüftungslöcher 13 zum Abführen der aus der Spinn­ kammer 6 durch Radiallöcher 11 und die Ausgangsöffnung 18 abzulassenden Luft auf.

Bei der Herstellung von Faserbündelgarn in der Luftwirbel­ düse 1 wird ein vorgelegtes Faserband im Streckwerk ver­ streckt und zu einem Faserbändchen 19 verdünnt. Dieses wird dann vom Lieferwalzenpaar 3 zur Eingangsöffnung 10 und weiterhin durch die Übergangsöffnung 9 in die Spinn­ kammer 6 geführt, wo die Fasern des Bändchens der durch die Druckluft der Überdruckkanäle 7 a, 7 b erzeugten Tur­ bulenz ausgesetzt werden. Infolge der unterschiedlichen Intensitäten der Luftströme aus den Überdruckkanälen 7 a, 7 b werden die im Bündel enthaltenen Fasern von unter­ schiedlicher Feinheit wirksam verdreht und gleichzeitig wird die gegenseitige Beeinflussung dieser Luftströme vermieden. Dadurch wird ein gleichmäßigeres Zuziehen der Oberflächenfasern um das parallele Faserbündel gesichert, worauf das derart entstehende Faserbündelgarn 14 von den Abzugswalzen 4 abgezogen und auf die Spule aufgewickelt wird.

Ein Teil des Luftstroms wird aus der Spinnkammer 6 durch die Ausgangsöffnung 18 und Radiallöcher 11 in die Expan­ sions- und Absorptionskammer 5 abgeführt, wo eine Expan­ sion des abgeführten Luftstroms unter gleichzeitiger Dämpfung des Lärms, insbesondere seiner Ultraschall­ komponente, erfolgt. Aus der Expansions- und Absorptions­ kammer 5 wird die Luft in einen nicht dargestellten Sam­ melbehälter abgeführt.

Die in Fig. 1 dargestellten Überdruckkanäle 7 a, 7 b weisen eine unterschiedliche Länge L und unterschiedliche Innen­ durchmesser bzw. Lichtweite d auf. Sie münden in die Spinnkammer 6 unter einem gleichen spitzen Winkel α zur Achse 16 ein. Der Innendurchmesser D der Spinnkammer 6 im Bereich der Kanalausmündung schwankt zwischen 2 bis 4 mm.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist die Neigung der Über­ druckkanäle 7 a, 7 b sowie ihr Innendurchmesser gleich. Sie unterscheiden sich durch unterschiedliche Längen und einem Versatz ihrer Ausmündungen entlang der Achse der Spinn­ kammer 6. Darüber hinaus wird die unterschiedlich inten­ sive Luftströmung mit Hilfe einer Leitwand 17 ausgerich­ tet, welche als hohlzylindrischer Ansatz in Verlängerung der Öffnung 9 in die Spinnkammer 6 hineinragen kann.

Nach Fig. 3 laufen die beiden Überdruckkanäle 7 a, 7 b senk­ recht zur Achse 16 der Luftwirbeldüse 1, wobei vor ihren Mündungen wiederum die Leitwand 17 vorgesehen ist. Beide Kanäle unterscheiden sich voneinander lediglich durch ihre Lagen in der Achse der Spinnkammer 6 und durch unter­ schiedliche Längen.

Die in Fig. 4 dargestellten Überdruckkanäle 7 a, 7 b verlau­ fen im Körper der Spinnkammer 6 senkrecht zur Achse 16 der Luftwirbeldüse 1 und münden vor der Leitwand 17 in gleicher Lage zur Achse 16.

Fig. 5 zeigt die Leitwand von unterschiedlicher Länge, wobei der längere Überdruckkanal 7 b von kleinerem Innen­ durchmesser d gegen den kürzeren Abschnitt der Leitwand 17 und der kürzere Überdruckkanal 7 a von größerem Innendurch­ messer d gegen den längeren Abschnitt derselben gerichtet ist. Die beiden Kanäle 7 a, 7 b schließen mit der Achse 16 der Spinnkammer 6 jeweils einen anderen Winkel α ein.

Nach Fig. 6 steht jeder Überdruckkanal 7 a, 7 b über Druck­ luftkanäle 12 mit einer separaten Überdruckquelle P ₁ bzw. P ₂ von unterschiedlicher Intensität in Verbindung.

Nach einer alternativen, nicht dargestellten Anordnung kann man auch Überdruckkanäle von unterschiedlicher Licht­ weite verwenden, die in den Körper der Spinnkammer in ver­ schiedenen axialen Lagen ausmünden, aber in axialer Flucht stehen, wodurch es in der Spinnkammer zum Erzeugen zweier voneinander abgetrennter Luftwirbelströme kommt. Luftwir­ belströmungen von unterschiedlicher Intensität und glei­ cher Drehrichtung können auch durch eine solche Anordnung der Überdruckkanäle 7 a, 7 b von unterschiedlicher Licht­ weite bzw. unterschiedlicher Länge erreicht werden, wobei die Kanäle zueinander in verschiedenen Winkeln verdreht und in gleicher bzw. unterschiedlicher axialer Lage ange­ ordnet sind.

Schließlich können die Überdruckkanäle 7 a, 7 b auch so ausgerichtet und dimensioniert werden, daß die von den ersten Überdruckkanälen erzeugten ringförmigen Luftwirbel einen kleineren Durchmesser als die vom anderen Kanalpaar erzeugten Ringwirbel haben. Zu diesem Zweck können die Mündungen der zweckmäßig tangential ausgerichteten Kanäle 7 a bzw. 7 b unterschiedliche radiale Abstände zur Achse 16 haben.

Bei Versuchen mit einem Paar Überdruckkanälen von 0,7 und 1 mm Durchmesser wurde eine unterschiedliche Einwirkung von Luftströmen auf Fasern von unterschiedlichen Titern 0,13 und 0,17 tex nachgewiesen, wobei die Luftwirbelströ­ mung von höherer Intensität gröbere Fasern von höherer Biegefestigkeit verdreht, während die feineren Fasern durch den Luftstrom von niedrigerer Intensität beeinflußt werden.

Infolge des gemeinsamen Effekts der Luftströme von unter­ schiedlicher Intensität entsteht eine gleichmäßigere Luft­ strömung im Raum der Spinnkammer, was sich unmittelbar auch durch gleichmäßigere Verteilung der Bindefasern auf der Oberfläche des Faserbündels und durch höhere, durch den Variationskoeffizient der Festigkeit ausgedrückte Gleichmäßigkeit auswirkt.

Claims (13)

1. Turbulenz-Spinnverfahren zur Herstellung von Faserbün­ delgarn aus einem Faserbändchen, welchem nach einem Verzug ein Falschdraht in der Spinnkammer einer Luft­ wirbeldüse durch eine Windungen der freien Enden von Bindefasern um das Bündel paralleler Fasern bildende Druckluftströmung erteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Faserbündel der Wirkung einer Luft­ wirbelströmung von unterschiedlicher Intensität und gleicher Drehrichtung ausgesetzt werden, um eine uni­ verselle drallgebende Wirkung auf diese Fasern zu er­ zeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftwirbelströmung von geringerer Intensität in der Spinnkammer durch eine intensivere Luftwirbelströmung zum Erzeugen eines progressiv zunehmenden drallgebunde­ nen Effekts auf diese Fasern beeinflußt wird.

3. Vorrichtung zum Turbulenzspinnen mit einer Luftwirbel­ düse, in deren Körper eine axiale Eingangsöffnung zum Zuführen eines Faserbändchens und eine Spinnkammer mit einer axialen Ausgangsöffnung zum Abziehen des Faser­ bündelgarns vorgesehen sind, wobei die Spinnkammer mit tangential ausmündenden, über eine Verteilkammer mit­ tels Druckluftleitung mit einer Überdruckquelle in Verbindung stehenden Überdruckkanälen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Spinnkammer (6) ausmündenden Überdruckkanäle (7 a, 7 b) unterschiedliche Längen und/oder unterschiedliche Durchmesser zum Erzeu­ gen einer unterschiedlich intensiven Luftwirbelströmung von gleicher Drehrichtung aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (L) zum Innendurchmesser (d) des einen Überdruckkanals (7 a) im Bereich von 1 bis 4 und des zweiten Überdruckkanals (7 b) im Bereich von 4 bis 10 liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (d) zumindest eines Überdruckkanals (7 a, 7 b) nicht größer ist als 1 mm.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Innendurch­ messer (d) der Überdruckkanäle (7 a, 7 b) den Bereich von 0,2 bis 0,4 mm nicht überschreitet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Spinnkammer (6) ausmün­ denden Überdruckkanäle (7 a, 7 b) mit ihrer Achse (16) einen gleichen oder unterschiedlichen Winkel (α) zur Mittelachse (16) einschließen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Spinnkammer (6) ausmün­ denden Überdruckkanäle (7 a, 7 b) mit ihrer Achse (16) einen Winkel (α) im Bereich von 35 bis 90° einschlie­ ßen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmündungen der Überdruckka­ näle (7 a, 7 b) in die Spinnkammer (6) gegeneinander versetzt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckkanäle (7 a, 7 b) mit separaten Unterdruckquellen von unterschiedlicher In­ tensität in Verbindung stehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (D) der Spinnkammer (6) an der Stelle der Ausmündung der Über­ druckkanäle (7 a, 7 b) den Bereich von 2 bis 4 mm nicht überschreitet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spinnkammer (6) gegen die Ausmündung der Überdruckkanäle (7 a, 7 b) eine Richtwand (17) zum Richten der unterschiedlich intensiven Luft­ strömung vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckkanäle (7 a, 7 b) in die Spinnkammer (6) so ausmünden, daß sie sich in axialer Flucht, aber unterschiedlichen axialen Lagen befinden oder zueinander in gleichen oder unterschied­ lichen axialen Lagen radial verdreht sind.