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Einrichtung zum Zwirnen von vorfabriziertem Fadenmaterial
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zwirnen von vorfabriziertem Fadenmaterial, insbesondere von Bündeln aus endlosen Fäden, mit einer Drehzahl von über 50000 Umdr Imin.
Es ist bereits seit langer Zeit bekannt, dass ein Garn gekräuselt werden kann, indem man es dreht, den Drall wärmefixiert und das Garn dann im Gegensinn dreht. Im Satzbetrieb wird zum Kräuseln des Garns und zur Vergrösserung seines Volumens dem Garn ein Drall verliehen, dann wird das Garn aufgewickelt, wärmefixiert und dann im Gegensinn gedreht. Bei der kontinuierlichen Durchführung eines derartigen Verfahrens wird dem Fadenbündel in einer Dreheinrichtung ein vorübergehender Drall erteilt und das Garn gleichzeitig einer z. B. durch Wärme, Dampf, ein Losungsmittel usw. ausgeübten Fixierwirkung ausgesetzt. Der vorübergehende Drall wird sogleich nach Verlassen der Dreheinrichtung beseitigt und das Garn dann in geeigneter Form aufgewickelt.
Beispiele von satzweise durchgeführten Verfahren zur Erteilung eines Dralls sind in den USA-Patentschriften Nr. 2, 019, 185, Nr. 2, 019, 183, Nr. 2, 197, 896 und Nr. 2, 564, 245 enthalten. Verfahren und Einrichtungen zur kontinuierlichen Erteilung eines vorübergehen-
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Die älteren Verfahren und Einrichtungen zur Erteilung eines vorübergehenden Dralls haben sich unter anderem deswegen nicht besonders bewährt, weil sie relativ langsam, mit geringen Produktionsleistungen und mit niedrigem Wirkungsgrad arbeiten und da hohe Wartungskosten erforderlich sind, so dass das Produkt sehr teuer wurde.
Fäden aus "Nylon" waren das erste thermoplastische Textilmaterial, das wärmefixiert werden konnte und genügend elastisch war, um die Herstellung von voluminösen bzw. elastischen Garnen zu ermöglichen. Zur Herstellung derartiger Garne wurde zunächst ein Verfahren für Satzbetrieb entwickelt. Darin wurden die endlosen Garne stark gedreht und die aus dem gedrehten Garn bestehenden Wickel unter geeigneten Bedingungen erhitzt bzw. dampffixiert, worauf durch Drehen der Wickel im Gegensinn ein Garn erhalten wurde, das sich in entspanntem Zustand in genügendem Masse in Schlingen legte und kräuselte, so dass das Garn ein grösseres Volumen einnahm. Ausser dem vergrösserten Volumen hatte das Garn die elastischen Eigenschaften einer üblichen Feder, jedoch ohne deren regelmässige Schraubenform.
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am meistenzahl.
Die höchste industriell bekannte Drehgeschwindigkeit hat eine Grössenordnung von 32000 Umdr/min und wird in einer besonders konstruierten Dreheinrichtung zur Erzeugung eines vorübergehenden Dralls erreicht, die mehr als doppelt so schnell läuft wie eine übliche industrielle Dreheinrichtung. Die Wirksamkeit der besonders konstruierten Dreheinrichtung zur Erteilung eines vorübergehenden Dralls und des kon-
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60 Denier, das auf der üblichen Drehstrecke (12 000 Umdr/min) auf einen Drall von 25,6 Umdr/cm gedreht, dann wärmefixiert und dann im Gegensinn gedreht wurde, mit einem Durchsatz von 0, 18 kg pro
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Spindel pro Woche von 168 h verarbeitet werden.
Mit einer besonders konstruierten Dreheinrichtung zur Erteilung eines vorübergehenden Dralls (32000 Umdr/min) kann das gleiche Stretch-Garn mit einem
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82betrieb, erzeugt werden.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer mit hohem Wirkungsgrad und hoher Geschwindigkeit arbeitenden Dreheinrichtung ohne bewegliche mechanische Teile. Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Dreheinrichtung, mit der das Garn so schnell gedreht werden kann, dass Stapelfaserngarn durch den drallfreien Zustand hindurchgedreht werden kann, ohne dass das Fadenbündel auseinanderfällt. Weiters bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Dreheinrichtung zum Drehen von Garn mit einer Geschwindigkeit von über 1 Million Umdr/min. Ausserdem bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Einrichtung, mit der Garn mit höherer Geschwindigkeit und unter geringerer Spannung als bisher gedreht werden kann.
Erfindungsgemäss ist eine Einrichtung zum Zwirnen von vorfabriziertem Fadenmaterial, insbesondere von Bündeln aus endlosen Fäden, mit einer Drehzahl von über 50 000 Umdr/min, mit einem Garnkanal, der eine glatte gekrümmte, konkave Innenfläche hat, und einer oder mehreren Gaszuführungsleitungen, die den zugeführten Gasstrom exzentrisch und vorzugsweise tangential zu dem Innenumfang des Kanals in diesen einführen, sowie mit Einrichtungen zur Zuführung von Faden- oder Fasermaterial in einer festgelegten Menge pro Zeiteinheit in den Kanal und Vorrichtungen zur Entfernung des Materials in einer fest-
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beträgt.
In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Länge des Garnkanals etwa das Vier- bis Zehnfache seines Durchmessers bzw. ist die erfindungsgemässe Einrichtung gekennzeichnet durch eine oder mehrere radiale Austrittsöffnungen für den Abzug des Gases nach seinem Auftreffen auf dem Garn.
Es wurde gefunden, dass beim Zwirnen von Fadenmaterial mit 2000 den Umdrehungsgeschwindigkeiten von mehr als 1 000 000 Umdr/min erreicht werden können, wenn die erfindungsgemässe pneumatische Zwirnvorrichtung benutzt wird. Diese Tatsache ist besonders deshalb besonders überraschend, weil alle bisher bekannten pneumatischen Zwirnmaschinen Zwirnkammern mit einem grossen Wirbel oder einem Garnkanal ausgestattet sind, dessen Querschnittsfläche wesentlich grösser ist als die Querschnittsfläche des Gaskanals oder der Gaskanäle und weil die Notwendigkeit dieses Konstruktionsmerkmales in den Beschreibungen dieser Apparate als besonders essentiell hervorgehoben wird. Es war daher ein in der Fachwelt bestehendes Vorurteil zu überwinden.
Derartighohe Drehgeschwindigkeiten sind aber mit den bisher bekannten Zwirnmaschinen überhaupt nicht erreichbar. Dies gilt übrigens auch für die Zwirnvorrichtung gemäss der USA- Patent schrift Nr. 2, 515, 299. Man war der Ansicht, dass für die Erzielung hoher Drehgeschwindigkeiten das Vorhandensein einer grossen Wirbelkammer im Garnkanal eine unabdingbare Voraussetzung ist. Von diesem Vorurteil musste man sich erst freimachen. Es wurde weiters gefunden, dass bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung (d. h. mitGarnkanälen, die Querschnittsflächen aufweisen, die einem Kreis mit einem Durchmesser bis zu 3. 17 mm entsprechen), die Drehrichtung des Fadenmaterials gleich der Richtung der Gasströmung ist, die am inneren Umfang des Garnkanals herrscht.
Auf diese Erkenntnis dürfte die unerwarete hohe Drehgeschwindigkeit in erster Linie zurückzuführen sein.
Schliesslich wurde gefunden, dass der Apparat mit den Garnkanälen entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches einen überraschend hohen Wirkungsgrad bezüglich des Luftverbrauches im Verhältnis zur geleisteten Arbeit aufweist, vorausgesetzt, dass das Verhältnis der Querschnittsflächen von Garnkanal zu Gasleitung oder-leitungen zwischen 4 : 1 und 1 : 10 gehalten wird. Dieser Umstand ist deshalb von Bedeutung, weil der Luftverbrauch im engsten Zusammenhang mit den Herstellungskosten steht. Wenn die erfindungsgemässen Querschnittsflächen-Verhältniswerte von Garnkanal zu Gasleitung oder Gasleitungen eingehalten werden, können Drehgeschwindigkeiten zwischen 100 000 und 1200000 Umdr/min mit einer Luftgeschwindigkeit von halber Schallgeschwindigkeit leicht erreicht werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist an Hand der Zeichnungen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen besser verständlich.
Fig. 1-31 zeigen verschiedene strömungsbetriebene Dreheinrichtungen, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können. Dabei sind diese Dreheinrichtungen in den Fig. l, 3, 5, 7, 10, 11, 13, 15, 17, 19 und 26 im Längsschnitt bzw. in Seitenansicht und in den Fig. 2. 4 ; 6, 8, 9, 12, 14, 16, 1'8, 20, 21, 22, 23, 24, 25,27, 28,29 und 31 im Querschnitt bzw. in Vorderansicht dargestellt. Fig. 30 ist eine schaubildliche Darstellung einer strömungsbetriebenen Dreheinrichtung, in der der Garnkanal im Abstand von der Aus-
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trittsöffhung des Strömungskanals angeordnet ist.
Fig. 1-31 zeigen, wie an den Garnkanal 51 ein oder mehrere Strömungskanäle 52 und Austrittsöff- nungen 56 angeschlossen sind und stellen verschiedene mögliche Ausführungsformen des Garnkanals und des
Strömungskanals dar. Die Darstellungen im Querschnitt bzw. in der Stirnansicht können als Darstellungen eines Querschnitts oder einer Stirnansicht eines oder mehrerer der im Längsschnitt bzw. in Seitenansicht dargestellten Drehköpfe angesehen werden. In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Zahlen ein- ander entsprecnende Teile, obwohl die Teile in den verschiedenen Figuren verschieden ausgebildet sein können. Beispielsweise ist der Garnkanal in allen Fig. 1-31 mit 51 bezeichnet, gleichgültig ob er zylin- drisch oder als Schlitz, Venturikanal od. dgl. ausgebildet ist.
Ebenso ist in allen Figuren der Strömungs- kanal mit 52 bezeichnet, usw.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer im Rahmen der Erfindung verwendbaren strömungsbetriebenen Drehen- richtung. Diese weist einen axialen Garnkanal 51 auf, der hier in seiner ganzen Länge im wesentlichen zylindrisch ist. Ein Strömungskanal 52 mündet bei 53 unter einem Winkel von etwa 60 zur Achse des
Garnkanals in diesen ein und ist so angeordnet, dass die Längsachse des Strömungskanals 52 die Längsachse des Garnkanals 51 nicht schneidet (Fig. 2). Wenn durch den Strömungskanal 52 ein Gas unter einem sol- chen Druck geführt wird, dass es beim Eintritt in den Garnkanal 51 mindestens die halbe Schallgeschwin- digkeit erreicht, wird auf jedes in dem Garnkanal befindliche Garn ein solches Drehmoment ausgeübt, dass bei einer Garnspannung von weniger als etwa 15 g dem Garn eine kurbelartige Drehbewegung hoher
Geschwindigkeit erteilt wird.
Bei relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten kann man mit Medien gerin- ger Dichte im wesentlichen das gleiche Drehmoment erzielen wie bei einem langsamer strömenden Me- dium höherer Dichte. Das strömende Medium kann dem Strömungskanal 52 auf jede geeignete Weise zu- geführt werden. Gemäss Fig. 1 und 2 wird das strömende Medium durch den Stutzen 54 zugeführt, der an der Eintrittsöffnung des Strömungskanals angeordnet und zum Anschluss an eine Zuführungsleitung für das strömende Medium mit einem Gewinde versehen ist. Vorzugsweise hat der Gamkanal an beiden Enden ab- gerundete Ränder, damit ein Einreissen des Garnbündels möglichst vermieden wird. In der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist der Garnkanal an der Garneintritts- und -austrittsöffnung durch konische Flächen 55 erweitert.
Diese erweiterten Teile des Garnkanals brauchen natürlich nicht symmetrisch oder auch nur einander ähnlich ausgebildet zu sein.
In manchen Fällen, z. B. wenn der Garnkanal eine beträchtliche Länge aufweist, ist es zweckmässig, in dem Garnkanal eine oder mehrere Ausströmöffnungen 56 vorzusehen (Fig. 4 und 8), um den Austrittdes strömenden Mediums aus dem Garnkanal zu erleichtern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die strömungsbetriebene Dreheinrichtung zum leichteren Einfädeln des Fadenbündels so konstruiert sein, dass sie einen über die ganze Länge des Garnkanals gehenden Einfädelschlitz aufweist, der gegebenenfalls gleichzeitig als Luftkanal oder Ausströmöffnung dienen kann. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einfädelschlitzes 57.
Fig. 9 und 10 zeigen eine Möglichkeit der Einführung der Strömung in die Flüssigkeit derart, dass die Strömung an ihrer Eintrittsstelle in den Garnkanal von der Strömung selbst abgefangen wird, so dass ein sehr sanfter Eintritt möglich ist. Zu diesem Zweck ist die strömungsbetriebene Dreheinrichtung nach Fig. 9 und 10 so ausgebildet, dass der Strömungskanal auf der andern Seite des Garnkanals einen Fortsatz 58 hat. Dreheinrichtungen mit mehreren Strömungskanälen sind zweckmässig mit einem Verteiler 61 (Fig. 15) ausgebildet, um die Luft gegebenenfalls unter konstantem Druck allen Strömungskanälen zuführen zu können. Fig. 16 zeigt eine besondere Ausführungsform einer strömungsbetriebe- nen Dreheinrichtung mit Einfädelschlitz 57.
Die Dreheinrichtung nach Fig. 16 besteht zur weiteren Vereinfachung des Einfädelns aus zwei Teilen, die durch die Schraube 63 miteinander verbunden sind. Gegebenenfalls können die Teile auch bei 62 mit einem Scharnier miteinander verbunden werden. In Fig.
23 und 25 ist ein Verteilergehäuse 64 vorgesehen, das es ermöglicht, die ganze Dreheinrichtung mit dem strömenden Medium zu umgeben. In diesen Ausführungen ist der Drehkopf porös, damit das strömende Medium durch ihn hindurchsickern und die Reibung zwischen Garn und Kanalwand vermindern kann. Fig. 27 zeigt eine Dreheinrichtung, in deren Strömungskanal 52 eine Schulter 65 vorgesehen ist. Fig. 29 stellt eine Dreheinrichtung dar, deren Garnkanal an der Strömungseintrittsstelle etwas weiter ist als an der Garnenund-austrittsstelle.
Fig. 22 zeigt eine strömungsbetriebene Dreheinrichtung, in der in der Längsrichtung des Garnkanals im Abstand voneinander zwei Luftkanäle vorgesehen sind, die in bezug auf die Richtung der um die Achse des Gamkanals herumgehenden Strömung einander entgegengesetzt gerichtet sind. Dadurch kann mit einer abwechselnd aus dem einen und dem andern Strömungskanal austretenden Strömung dem Garn abwechselnd ein S- und Z-Drall erteilt werden.
In der erfindungsgemässen strömungsbetriebenen Dreheinrichtung hat ein zylindrischer Garnkanal vorzugsweise eine lichte Weite von etwa 0, 05 mm bis etwa 3, 2 mm. Bei anders als zylindrisch ausgebildeten
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Garnkanälen entspricht die Querschnittsfläche an der ersten Berührungsstelle zwischen dem Garn und der
Strömung vorzugsweise der Fläche von einem Kreis, dessen Durchmesser in dem genannten Bereich liegt.
Bei erfindungsgemässen strömungsbetriebenen Dreheinrichtungen, in denen die Querschnittsfläche des Garn- kanals einem Kreis mit einem Durchmesser von bis zu etwa 3, 2 mm entspricht, wird das Garnbündel wäh- rend des Drehens in der Richtung der um die Achse des Garnkanals herumgehenden Strömung gedreht. Die- se Drehrichtung wird nachstehend als"direktes Drehen"bezeichnet. Bei Garnkanälen, deren Querschnitts- fläche einem Kreis mit einem Durchmesser von mehr als etwa 3, 2 mm entspricht, wälzt sich das Garn- bündel unter der Einwirkung von zentrifugalen Schubkräften planetenradartig am Innenumfang des Garn- kanals ab.
Diese Drehwirkung wird nachstehend als"Gegendrehen"bezeichnet. Beim Gegendrehen hat der dem Garn erteilte Drall bei gleicher Richtung der Strömung um die Achse des Garnkanals natürlich die entgegengesetzte Richtung wie beim direkten Drehen.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass beim direkten und beim Gegendrehen des
Garnbündels dieses eine kurbelartige Bewegung ausführt, d. h., dass die Längsachse des Garns eine der In- nenfläche des Garnkanals ähnliche Fläche beschreibt, deren Abstand von der Innenfläche des Garnkanals etwa dem Radius des Garnbündels entspricht. Dieses Merkmal der Erfindung ist in Fig. 14 und 28 darge- stellt. Fig. 14 zeigt das direkte Drehen eines Garnbündels 59 in dem Garnkanal 51. Dabei deuten die Pfei- le an, dass sich das Garn in der Richtung der um die Achse des Garnkanals herumgehenden Strömung um seine Achse dreht, während die Achse des Garnbündels eine Fläche beschreibt, deren Abstand von der zu ihr koaxialen Innenfläche des Garnkanals mindestens dem Radius des Garnbündels entspricht.
Fig. 28 zeigt die Bewegung des einer Gegendrehwirkung ausgesetzten Garnbündels 59, das um seine Achse in der der
Strömungsrichtung um die Achse des Garnkanals entgegengesetzten Richtung gedreht wird, während die
Achse des Garnbündels in der gleichen Richtung wie die Strömung um die Achse des Garnkanals herum- geht und eine Fläche beschreibt, deren Abstand von der zu ihr koaxialen Innenfläche des Garnkanals dem Radius des Garnbündels entspricht.
In den bisherigen Versuchen, ein Garn mit Hilfe eines strömenden Mediums zu drehen, wurde das Garn durch die Turbinenwirkung eines Strömungswirbels um seine eigene Achse gedreht, und dabei so straff gespannt gehalten, dass es praktisch steif war und eine Verschiebung des Garns aus der Mitte des Garnkanals trotz der exzentrischen auf den Garnumfang einwirkenden Strömungskräfte verhindert wurde. Infolge des kleinen Garndurchmessers konnten die Tangentialkräfte nur an einem kleinen Hebelarm angreifen, so dass dem Garn nur ein kleines Drehmoment erteilt wurde.
Bei der erfindungsgemässen Arbeitsweise wird dem Garn dagegen, wie vorstehend beschrieben, bei Spannungen unter etwa 15 g eine kurbelartige Bewegung erteilt. Infolge dieser kurbelartigen Bewegung wird der Hebelarm um den Radius des Kurbelkreises vergrössert. Dies ermöglicht einen starken Drall. In Fällen, in denen der Umlauf des Garns auf einen Garnkanal von geringem Durchmesser, d. h. von weniger als etwa 1, 5 mm beschränkt war oder in denen bei Garnkanälen von grösserem Durchmesser infolge des Abwälzens des Garns an der Innenwandung des Garnkanals eine Gegendrehung erzielt wurde, konnten Drehgeschwindigkeiten im Bereich von 1 Million Umdr/min beobachtet werden. Beim direkten Drehen ist die Drehgeschwindigkeit des Garns etwa gleich der Drehzahl der Kurbelbewegung.
Beim Gegendrehen kann die Drehgeschwindigkeit grösser sein als die Drehzahl der Kurbelbewegung, weil das Garn bei einem Umlauf um die Achse des Garnkanals mehrere Umdrehungen um seine eigene Achse ausführen kann. Mit erfindungsgemässen strömungsbetriebenen Dreheinrichtungen, deren Garnkanal einen Durchmesser von etwa 3, 2 mm hat, kann durch entsprechende Einstellung der Garnspannung, der Ausrichtung des Garnkanals, der Zuführungsgeschwindigkeit des Garns od dgl. ein direktes oder ein Gegendrehen erzielt werden.
Die erfindungsgemässe strömungsbetriebene Dreheinrichtung kann zum Drehen von Garnen mit äusserst hohen Geschwindigkeiten (Drehungen pro Minute) und mit äusserst hohen Durchsatzgeschwindigkeiten (Meter pro Minute) betrieben werden, wenn man ein strömendes Medium gegen den Umfang von aufeinanderfolgenden Teilen des Garns drückt, das unter geringer Spannung in einem Raum gehalten wird, der so begrenzt ist, dass das Garn eine vorzugsweise zylindrische Fläche beschreibt. Das strömende Medium kann sich bei der Betriebstemperatur in flüssigem oder gasförmigem Zustand befinden.
Vorzugsweise verwendet man jedoch indifferente gasförmige Stoffe wie Dampf, Stickstoff, Kohlendioxyd usw., insbesondere Luft. Erfindungsgemäss kann man ohne weiteres Stretchgarne mit mehr als 20 Umdr/cm bei Drehgeschwindigkeiten von wesentlich über 1 Million/min und bei Garnspannungen unter etwa 5 g erhalten. In dieser Beschreibung wird mit "Garn" jedes Fadenmaterial in Form eines einzelnen oder mehrerer Fäden oder in Form von aus gesponnenen Stapelfasern bestehendem Garn bezeichnet.
Die Querschnittsfläche des Garnkanals der erfindungsgemässen strömungsbetriebenen Einrichtung entspricht vorzugsweise an der Einmündungsstelle der Strömung etwa der des Strömungskanals. D äs Verhältnis
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zwischen der Querschnittsfläche des Garnkanals und den Querschnittsflächen der Mündungen des Strömung- kanals kann jedoch zwischen etwa 4 : 1 und etwa 1 : 10 betragen. Vorzugsweise sind der Garnkanal und der
Strömungskanal zylindrisch ausgebildet. Es kann jedoch auch einer oder beide dieser Kanäle einen unrun- den Querschnitt aufweisen und der Querschnitt der Kanäle braucht nicht in der ganzen Länge des Kanals ! einheitlich zu sein.
Die Figuren stellen verschiedene Beispiele von erfindungsgemässen strömungsbetriebe- nen Einrichtungen dar, die in verschiedener Hinsicht abgeändert werden können.
Das strömende Medium kann durch eine oder mehrere Öffnungen in den Garnkanal eintreten, die in der Längsrichtung des Garnkanals in einer Reihe oder in mehreren zum Umfang des Garnkanals tangentialen
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steigt. Bei einer Neigung im entgegengesetzten Sinn wird das Garn gebremst.
Die Länge des Garnkanals kann in einem weiten Bereich gewählt werden. Mit sehr hohem Wirkungs- grad arbeiten strömungsbetriebene Einrichtungen, deren Gaskanal eine Länge zwischen etwa 3, 2 und et- wa 6, 35 mm und nur einen Strömungseinlass hat. Die Länge des Garnkanals soll nicht kleiner sein als sein
Durchmesser (oder bei Gaskanälen mit unrundem Querschnitt die entsprechende Dimension). Vorzugsweise beträgt die Länge des Garnkanals etwa das Vierfache seines Durchmessers ; sie soll zweckmässig nicht mehr als das Zehnfache des Durchmessers betragen. Bei Anwendung des Gegendrehens können auch längere
Garnkanäle mit gutem Wirkungsgrad verwendet werden.
Bei strömungsbetriebenen Einrichtungen mit re- lativ langen Gaskanälen ist es oft zweckmässig, mehrere Strömungskanäle und einen oder mehrere in einen
Raum unter atmosphärischem oder Unterdruck stehenden Raum führende Ausströmöffnungen zu verwenden, die den Austritt des Antriebsmediums erleichtern und den Gegendruck auf ein Minimum reduzieren. Bei kurzen Garnkanälen stellt das Ausströmen des Mediums kein Problem dar, da das Medium direkt durch die offenen Enden des Garnkanals austritt. Aus diesem Grunde können mehrere längs eines Fadenbündels an- geordnete strömungsbetriebene Einrichtungen mit kurzen Garnkanälen infolge des minimalen Gegendrucks unter Umständen mit höherem Wirkungsgrad arbeiten als eine einzige strömungsbetriebene Dreheinrich- tung mit einem langen Garnkanal.
Bei Anordnung mehrerer strömungsbetriebener Einrichtungen kann es zweckmässig sein, wenn einige Strömungskanäle vorwärts geneigt sind und dem Garn einen Vorschub ertei- len, während andere einen Schub in der Drehrichtung auf das Garn ausüben. Diese Wirkung kann natürlich auch mit einer strömungsbetriebenen Dreheinrichtung mit längerem Garnkanal und mehreren Strömungeinlässen erzielt werden.
Zum Drehen des Garns wird vorzugsweise Luft auf Zimmertemperatur verwendet ; die Luft kann aber gegebenenfalls auch erhitzt oder gekühlt werden. Man kann auch Niederdruckdampf verwenden, sofern eine etwa von ihm ausgeübte weichmachende Wirkung nicht schädlich ist. Gegebenenfalls können auch andere gegenüber dem Garn im wesentlichen indifferente Gase, wie Kohlendioxyd, Stickstoff u. dgl., An- wendung finden. Vorstehend wird die Erfindung an Hand der Verwendung von Luft beschrieben, weil Luft bevorzugt wird. Man kann jedoch jedes inerte Medium verwenden, sofern eine etwa von ihm ausgeübte weichmachende Wirkung schwächer ist als die einer gegebenenfalls zum Weichmachen angewendeten Massnahme.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens muss die Luft unmittelbar vor dem Auftreffen auf dem Garn die halbe Schallgeschwindigkeit oder eine höhere Geschwindigkeit erreichen. so dass das Garn ohne weiteres mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 000 und etwa 1200000 Umdr/min gedreht werden kann. Bei noch grösseren Strömungsgeschwindigkeiten sind auch noch höhere Drehgeschwindigkeiten erzielbar.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass zur Erzielung der hohen Drehgeschwindigkeiten zwecks Herstellung von Stretch-Garnen die Spannung des Garns beim Drehen unter etwa 15 g gehalten wird. Vorzugsweise wird das Garn beim Drehen unter einer Spannung von etwa 0, 1 bis etwa 10 g gehalten. Die günstigste Drehwirkung mit höchsten Drehgeschwindigkeiten und höchstem Garndurchsatz kann bei einer Garnspannung zwischen etwa 0, 5 und etwa 5 g erzielt werden.
Die erfindungsgemässe Garndreheinrichtung kann mit guter Wirkung und hohem Wirkungsgrad und mit hohen Produktionsleistungen zur Erzeugung des sogenannten Helanca- oder Stretch-Garnes verwendet werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann zum Kräuseln oder zur Vergrösserung des Volumens jedes natürlichen oder synthetischen Fadenmaterials verwendet werden. Man kann thermoplastische Materialien,
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('#-caproamid)nichtthermoplastische Materialien wie die Naturfasern Wolle, Seide, Baumwolle, die synthetischen Kunstfasern, regenerierte Zellulose u. dgl. starkkräuseln oder in ihrem Volumen vergrössern, doch sind sie nicht
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so elastisch wie die thermoplastischen Fasern. Beide Arten von Materialien können zu elastischen Gewe- ben oder Gewirken von grösserem Volumen, höherer Deckkraft (Lichtundurchlässigkeit) und besserem Griff verarbeitet werden.
Die Einrichtung ist auf Stapelfasergarne und aus endlosen Fäden bestehende Garne al- ler Art unter 2000 Denier, vorzugsweise unter etwa 800 Denier, anwendbar, insbesondere auf Stapelfaser- garn, weil es gestattet, Stapelfasergarnen einen vorübergehenden Drall zu erteilen und Stapelfaser-Ein- fachgarne über den drallosen Punkt zurückzudrehen, was bisher nicht möglich war.
Ein aus endlosen Fäden bestehendes Garn wird der erfindungsgemässen Einrichtung vorzugsweise un- mittelbar nach dem Kaltstrecken unterworfen. Bei einer wirtschaftlichen Arbeitsweise werden eine strö- mungsbetriebene Dreheinrichtung und ein Garnspannungsregler längs einer Fadenstrecke unmittelbar im
Anschluss an den Kaltstreckvorgang und vor der üblichen Vorrichtung zum Aufwickeln des Garns unter
Spannung angeordnet. Das Verfahren kann aber natürlich auch als gesonderter Arbeitsgang vor oder nach einer beliebig langen Lagerung durchgeführt werden.
Pneumatische Dreheinrichtungen mit Garnkanälen von sehr kleinem Durchmesser zeigen einen über- raschend hohen Wirkungsgrad bezogen auf den Luftverbrauch. Dies ist wichtig, weil der Luftverbrauch die
Produktionskosten belastet. Die erfindungsgemässen strömungsbetriebenen Garndreheinrichtungen arbeiten anscheinend mit dem höchsten. Wirkungsgrad, wenn der Garnkanal etwas grösser ist als der Strömungskanal.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Achse des Luftkanals gegenüber der Achse des Garnkanals et- wa um den Radius des Luftkanals versetzt und beträgt die Länge des Garnkanals etwa das Zwei- bis Fünf- fache des Durchmessers des Garnkanals, damit die Antriebsluft frei abströmen kann. Bei dieser Anordnung strömt die Luft unter einem Winkel zur Achse des Garnkanals ab und trägt daher besonders bei sehr niedri- gen Garnspannungen (unter etwa 2 g) zur Labilität der Arbeitsbedingungen bei. Eine sorgfältige Einstellung der Garnachse an der Ein-und Austrittsstelle des Garns in die strömungsbetriebene Dreheinrichtung auf die
Achse der Strömung der austretenden Luft ermöglicht eine stabilere und einheitlichere Arbeitsweise.
Infolge des hohen Wirkungsgrades der strömungsbetriebenen Dreheinrichtungen im Vergleich mit mechanischen Dreheinrichtungen ist auf eine stabile Arbeitsweise und ein einheitliches Produkt mehr Wert zu legen als auf den höchsten Wirkungsgrad. Die Einstellung der Fadenstrecke auf die abströmende Luft ist ohne mechanische Hilfsmittel schwierig. Nachstehend wird ein Versuch beschrieben, der diese Massnahme erleichtert. Eine freie Garnlänge wird so in die Dreheinrichtung eingeführt, dass sie an beiden Seiten beispielsweise 15 cm aus der strömungsbetriebenen Dreheinrichtung herausragt. Dann wird die Luftzufuhr angestellt und die Lage der freien Enden ermittelt. Jetzt ist es relativ leicht, mit den freien Enden fluchtende Führungen so anzuordnen, dass die laufende Fadenstrecke der gleichen Bahn folgt.
Diese Anordnung ist besonders stromabwärts von der Dreheinrichtung wichtig.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann nicht nur zur Verbesserung der Kräuselung und Elastizität von aus Stapelfasern und endlosen Fäden bestehenden Garnen, sondern auch zur Behandlung eines endlosen Einzelfadens vom Stapelfaservorgarn, von gezwirntem Vorgarn oder von gesponnenem Garn und allgemein von jedem Fadenmaterial angewendet werden. Einer laufenden Fadenstrecke wird zwar nur ein vorübergehender Drall erteilt, doch ist der den vorstehenden Enden von Stapelfasern erteilte Drall bleibend und das Herumschlagen und Verdrehen dieser Enden um das Garnbündel bewirkt einen sehr festen Zusammenhalt des Garns. Bei Anwendung des Verfahrens auf Stapelfaservorgarn kann daher ein Garn mit viel höhe- ren Geschwindigkeiten als in einer üblichen Spinnmaschine gesponnen werden.
Durch Abänderung der Behandlungselemente kann jedes Produkt zwischen einem üblichen gesponnenen Garn und einem stark voluminösen Stretch-Garn erhalten werden.
Weitere Varianten des Verfahrens bestehen darin, dass zwei oder mehrere verschiedene Garne aus endlosen Fäden oder Stapelfasern gleichzeitig mit den gleichen oder verschiedenen Zuführungsgeschwindigkeiten und mit den gleichen oder verschiedenen Spannungen bei konstanten oder pulsierenden Zuführungsgeschwindigkeiten behandelt werden können, wobei Garne mit verschiedenen Eigenschaften und/oder Neuheitsgarne erhalten werden. Es können sehr interessante Kombinationen erzielt werden, in denen die beiden verschiedenen Materialien verschiedene Längsschrumpfungseigenschaften haben.
Die unterschiedlichen Längsschrumpfungseigenschaften können durch Anwendung von zwei verschiedenen Zuführungsgeschwindigkeiten oder Garnspannungen noch betont werden, so dass bei der endgültigen Schrumpfung der Garne oder daraus hergestellter Gewebe oder Gewirke das Volumen der Garne im besonders hohen Masse vergrössert wird.
Die strömungsbetriebene Dreheinrichtung der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Art, ist gegen die Bewegungsrichtung der Fadenstrecke leicht geneigt, so dass die Garnstrecke an der Ein- und Austrittsöff- nung des Gamkanals abwechselnd hängenbleibt und rutscht und pulsierend kurbelartig gedreht wird. Infolge dieser Impulse können Garnstrecken mit Z-Drall ohne Beseitigung des Dralls durch die Dreheinrich-
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tung gelangen, so dass zwischen den von der Wirkung der Dreheinrichtung nicht erfassten Strecken mit
Z-Drall Garnstrecken mit S-Drall vorhanden sind. Dieses Garn wird als Garn mit abwechselnden gegen- sinnig gedrehten Strecken bezeichnet. Es hat das Aussehen eines stark gedrehten Kreppgarns, eine sehr starke Drehvorspannung und einen sehr festen Zusammenhalt.
Derresultierende Drall des Garns ist im we- sentlichen gleich Null, d. h., es hat ebensoviele S-Drehungen wie Z-Drehungen.
Ein Garn mit abwechselnd gegensinnig gedrehten Strecken kann auch in anderer, ähnlicher Weise hergestellt werden, indem an Stelle der Neigung der strömungsbetriebenen Einrichtung die Vorschubwal- zen beseitigt werden und der Spannungsregler mit einer Frequenz von etwa 20 Hertz in Schwingungen ver- setzt wird. Dadurch wird die Garnspannung entsprechend variiert und ein Produkt mit abwechselnd gegen- sinnig gedrehten Strecken erhalten.
Aus endlosen Fäden bestehendes Garn mit abwechselnd gegensinnig gedrehten Strecken kann auch mit Hilfe der in Fig. 22 dargestellten strömungsbetriebenen Dreheinrichtung hergestellt werden. In diesem Fall wird die Luft abwechselnd durch die eine und die andere der beiden entgegengesetzt gerichteten Luftein- trittsöffnungen zugeführt. Dadurch wird die Drehwirkungzwangsläufig umgesteuert und ein Produkt erhalten, in dem die Strecken mit S- und Z-Drall einander in ihrer Länge und ihrer Struktur sehr ähnlich sind.
Die strömungsbetriebene Dreheinrichtung eignet sich besonders zur Herstellung von Noppengarnen, weil der Garnkanal der Dreheinrichtung dem Durchgang einer Noppe nur einen geringen Widerstand entgegensetzt, während in mechanischen Dreheinrichtungen das Garn an Zapfen, Rädern usw. gebremst wird, an denen die Noppen nur schwer vorbeigehen können, so dass die Fadenstrecke häufig reisst.
Zum Spinnen einer Stapelfaser mit bleibendem Drall kann man eine Düse der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art mit einem Luftkanal verwenden, der einen Mündungsdurchmesser von 6, 35 mm hat, während der Durchmesser des Garnkanals 12, 7 mm beträgt. Beispielsweise lässt man in die der Düse der in Fig. 1 zugeführte Luft Poly- (hexamethylenadipamid)-Stapelfasergarn (51 mm lang, 1/2 den pro Faden) fallen. In den Garnkanal wird eine Garnlänge eingebracht und mit einer Geschwindigkeit von 18,3 m/min entgegengesetzt zu der Richtung der in den Garnkanal einströmenden unter einem Druck von 4, 2 at zugeführten Luft abgezogen.
Der die Stapelfasern mitführende Luftstrom bildet in dem Garnkanal einen rasch umlaufenden Wirbel und dreht die zunächst in den Garnkanal eingeführte Garnlänge mit hoher Geschwindigkeit.
Das sich drehende Garn wickelt die in dem Luftstrom mitgeführten Stapelfasern um sich herum. Beim Abzug des Garns in der angegebenen Richtung aus dem Garnkanal wird ein endloses Stapelfasergarn mit bleibendem Drall gebildet, das kontinuierlich aus der Drehrichtung abgezogen wird. Das Garn wird auf einem geeigneten Wickel aufgewickelt und ähnelt üblichem gesponnenem Stapelfasergarn mit der (Baumwoll-) Garnnummer 5/1.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Zwirnen von vorfabriziertem Fadenmaterial, insbesondere von Bündeln aus endlosen Fäden, mit einer Drehzahl von über 50 000 Umdr/min, mit einem Garnkanal, der eine glatte, gekrümmt, konkave Innenfläche hat, und einer oder mehreren Gaszuführungsleitungen, die den zugefuhrten Gasstrom exzentrisch und vorzugsweise tangential zu dem Innenumfang des Kanals in diesen einführen, sowie mit Einrichtungen zur Zuführung von Faden- oder Fasermaterial in einer festgelegten Menge pro Zeiteinheit in den Kanal und Vorrichtungen zur Entfernung des Materials in einer festgelegten Menge
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