Vorrichtung zur Überführung eines Kabels aus Endlosfilamenten in eine Bahn aus Stapelfasern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überführung eines Kabels aus Endlosfilamenten in eine Bahn aus Stapelfasern, enthaltend Mittel zur Zuführung des Filamentkabels, Mittel zum Schneiden dieses Kabels zu Stapelfasern und nach dem Zuführmittel befindliche Mittel zur Aufnahme der Stapelfaserbahn, insbesondere zum Zerschneiden textiler Endlosfilamente zu Stapelfasern von kurzer Stapellänge.
Es ist bekannt, ein Kabel aus synthetischen organischen Endlosfilamenten zu Stapelfasern zu zerschneiden, diese aufzunehmen und zu einem bahnförmigen Vlies zu kardieren, welches verstreckt und dann zu Vorgarn und Garn gedreht wird. Bisherige Versuche, das teure Aufnehmen und Kardieren zu umgehen, waren höchst erfolgreich. Derartige Methoden umfassen die Verwendung eines Converters, beispielsweise des ePacific))-Converters, welcher Endlosfilamentkabel zu einem bahnförmigen Stapelfaservlies und dieses direkt zu Kardenbändern verarbeitet. Derartige Converter wurden erfolgreich im Kammgarnsystem zum Verstrecken und Spinnen von Garn eingesetzt. Leider sind solche Converter zur Verwendung im Baumwoll-Spinnsystem völlig ungeeignet.
Die jüngste Entwicklung von offenem Filamentkabel, welches einen minimalen Anteil von aufeinandergestossenen und ineinander verschlungenen Filamenten aufweist, löste einen Teil dieses Problems, jedoch sind die erhaltenen Garne immer noch nicht vollständig befriedigend. Die Gründe dafür wurden auf zerquetschte und matte Enden der Stapelfasern zurückgeführt, welche unweigerlich auftreten als Resultat der in den Convertern allgemein üblichen Schneidevorrichtungen. Einige bekannte, jedoch in Convertern nicht verwendete Schneidevorrichtungen führen zu sauber geschnittenen Stapelfasern in Form von Büscheln, welche zur Herstellung eines zusammenhängenden Vlieses aufgenommen und kardiert werden müssen.
Es ist kein Converter bekannt, welcher durch Zuführung offener Filamentkabel ein kontinuierliches Vlies sauber geschnittener Stapelfasern mit individuellen und voneinander getrennten Enden ohne Aufnehmen und Kardieren erzeugt, das selbst im Baumwoll-Spinnsystem direkt zu Kardenband, Vorgarn und Garn verstreckt und verarbeitet werden kann.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine derartige Verarbeitung unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile ermöglicht.
Dies wird mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung erreicht, welche eine drehbar zwischen den Zuführund Aufnahmemittel auf einer Seite eines bahnförmig ausgebreiteten Kabels aus Endlosfilamenten in einem Support angebrachte zylindrische Walze mit mindestens einer schraubenförmig an ihrer Oberfläche angebrachten Schneideklinge; ein an der anderen Seite der ausgebreiteten Bahn aus Endlosfilamenten, der zylindrischen Walze gegenüberliegend angebrachtes bewegliches Mittel, das mindestens eine Kerbe zur Aufnahme der Schneideklinge der zylindrischen Walze aufweist; und Mittel zum Antrieb der Walze und des gegenüberliegenden beweglichen Gliedes mit unterschiedlicher Tourenzahl aufweist.
Im nachstehenden werden, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung in perspektivischer Ansicht.
Fig. 2 zeigt die zusammenwirkenden Walzen von Fig.
1 in schematischer Draufsicht.
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung unter Einschluss von Zuführ- und Abnahmemitteln.
Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer andern Ausführungsform der Vorrichtung.
In Fig. 1 verläuft das bahnförmig ausgebreitete Filamentkabel 10 zwischen den im Gegensinn angetriebenen koaxialen Walzen 11 und 12 mit parallelen Umfangsebenen, welche in Pfeilrichtung um ihre Achsen rotierbar in den festen Stützen 20 und 20' gelagert sind. Die Walzen 11 und 12 werden über die Zahnräder 14 und 15 durch den Motor 13 angetrieben. Die Walze 11 trägt an ihrer Oberfläche zwei schraubenförmig in gleichem Abstand parallel verlaufende Klingen 17 und 17', und die Walze 12 zeigt an ihrer Oberfläche drei, entgegengesetzt zu den Klingen, in gleichem Abstand voneinander verlaufende schraubenförmige Kerben 18, 18' und 18".
Die Filamentkabelbahn 10 verläuft zwischen den Walzen 11 und 12 hindurch und wird durch die Schneidewirkung der Klingen 17 und 17' in den dazugehörenden Kerben in ein bahnförmiges Vlies 19 auf Stapelfasern mit individuellen Enden überführt. Wie nachstehend beschrieben, ist die Umfangsgeschwindigkeit der Klingen grösser als die Zuführgeschwindigkeit des Kabels.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Schneidewinkel 0 ein spitzer Winkel zwischen den Schnittlinien 16 und der Durchlaufrichtung der Faserbahn.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, was damit gemeint ist, dass die Klingen 17 und 17', die mit den Kerben 18, 18' und 18" zusammenarbeiten, nicht in gegenseitigem Berührungskontakt stehen. Obwohl kein Teil der Walze 11 oder deren Klingen die Walze 12 berühren, ist es notwendig, den Abstand zwischen den Walzenachsen so einzustellen, dass sich die Schneidekanten der Klingen in der Durchlaufspalte des bahnförmigen Filamentkabels in die dazugehörenden Kerben der Walze 12 erstrecken.
Vorzugsweise dringen die Klingen um 0,8 - 6,4 mm in die Kerben ein. Notwendigerweise verfügt jede Klinge an der Durchlaufstelle über eine dazugehörende Kerbe.
Der Abstand G zwischen den Walzenoberflächen an der Durchlaufstelle des bahnförmigen Filamentkabels ist vorzugsweise mindestens gleich wie die Dicke der durchlaufenden Filamentbahn, da sonst durch Reibung unerwünschte Hitze und somit Verschmelzung der Filamente auftritt. Die Breite der Kerben 18, 18' und 18" ist beispielsweise grösser als die Klingendicke und ermöglicht die Schrägstellung der Klinge in der Kerbe unter Verhinderung von Berührungskontakt der Klingen mit den Kerbenwänden. Ebenfalls ist beispielsweise die Tiefe der Kerben geringfügig grösser als die Eindringlänge der Klingen, um Berührungskontakt mit der scharfen Schnei sekante der Klinge auszuschliessen.
Dieses besondere Verhältnis zwischen Klinge und Kerbe erlaubt nicht nur sauberes Schneiden des Filamentkabels ohne Zerquetschen und Mattierung der Stapelfaserenden, sondern auch Bewegung dieser Enden durch die Klingen unter Bildung individueller, voneinander getrennter Faserenden.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Zuführung des Filamentkabels und der Abnahme des Stapelfaservlieses. Die endlosen Transportbänder 21, 21' und 22, 22' laufen um ihre entsprechenden Rollen 23 - 26, die sich in Pfeilrichtung drehen. Das Filamentkabel 10 verläuft im Quetschspalt zwischen den Transportbändern 21 und 21' und läuft dann zwischen den Walzen 11 und 12 hindurch, wo es beim Punkt A zu einem Stapelfaservlies 19 zerschnitten wird. Unmittelbar anschliessend an die Walzen 11 und 12 wird das Stapelfaservlies durch die Quetschspalte B der Abnahme-Transportbänder 22 und 22' übernommen und von dieser einer weiteren Behandlung, beispielsweise der Bildung von Kardenbändern oder Verstreckung vor der Garnbildung, zugeführt.
Der Abstand zwischen den Punkte A und B sollte auf dem praktischen Minimum gehalten werden und kürzer sein als die Stapellänge der hergestellten Stapelfasern.
Die Oberflächengeschwindigkeit der Transportbänder 22 und 22' soll mindestens gleich sein wie diejenige der Zuführ-Transportbänder 21 und 21'. Die resultierende Versuchsspannung soll entsprechend dem Ausmass an Kräuselerholung der Fasern, d.h. dem Ausmass, in welchem sich eine unter Spannung stehende Kräuselfaser beim Zerschneiden zusammenzieht, und entsprechend dem Abstand AB eingestellt werden.
In der in Fig. 4 dargestellten anderen Ausführungsform wurde die gekerbte Rolle 12 durch einen angetriebenen flexiblen endlosen Riemen 27, der um die Rollen 28 und 29 läuft, ersetzt. Der Riemen trägt in seiner äusseren Oberfläche diagonale Kerben 30, welche wie vorstehend beschrieben mit den Klingen 17 der Walze 11 zusammenwirken. Für die Berechnung der Spezifikationen eines Riemens anstelle einer gekerbten Walze gemäss den nachstehend angeführten Bedingungen wird angenommen, dass der Riemen, auf welchem die Kerben angebracht werden, in vollkommen zylindrischer Form verlaufe.
Nach der Berechnung ist der zylindrische Verlauf des Riemens nicht mehr notwendig und der Riemen wird auf bekannte Art hergestellt und in die Vorrichtung eingesetzt.
Die nachstehenden Erläuterungen dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, wobei in bezug auf die mit Klingen versehene Walze grosse und auf die mit Kerben versehene Walze kleine Bezugsbuchstaben verwendet werden.
f = Zuführgeschwindigkeit des Filamentkabels (m/min) = = maximale, mit einer bestimmten Vorrichtung erreichbare Stapellänge (cm) 9 = Schnittwinkel (0)
D = Schraubendurchmesser, entsprechend dem äusseren Durchmesser der schraubenförmigen
Klinge bzw. dem inneren Durchmesser der schraubenförmigen Kerbe (cm)
N = Anzahl der Anfänge von schraubenförmigen
Klingen oder Kerben
Q = Steigungswinkel (cm) entsprechend der achsia len Steigung einer Schraubenlinie während einer vollständigen Drehung. Da beispiels weise in Fig. 2 die Walze 11 zwei Klingen trägt, entspricht Q dem gezeigten Abstand.
R = Tourenzahl der Walze (U/min)
S = Umfangsgeschwindigkeit der Walze (m/min) eine beliebige Zahl (Konstante einer bestimm ten Ausführungsform)
A = Schnittverhältnis, entsprechend dem Verhält nis S/f.
Zur Erzielung der Vorteile der beschriebenen Vorrichtung ist es wichtig, dass A grösser ist als 1. Vorzugsweise liegt A im Bereich von 1,1 - 6.
Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung werden beispielsweise die nachstehenden Bedingungen eingehalten:
1) Die Steigungen der Schraubenlinien auf den Ober flächen der beiden zusammenwirkenden Walzen verlaufen im Gegensinn. Selbstverständlich spielt dabei die Steigungsrichtung auf den individuellen
Walzen keine Rolle.
R n 2) - = - r iN max(n) 3) d = lrnaxAN 4) D = -- lt nlrn,xtang 9 5) q = ---- 6) Q = Nlmaxtang 0
Bei der Einrichtung einer Vorrichtung zur Herstellung bestimmter Vlieseigenschaften ist der Ausgangspunkt der nötigen Berechnungen die maximale Stapellänge (lma.) der herzustellenden Stapelfasern, und dieser entsprechend wird ein spezifischer Schnittwinkel (0) gewählt, welcher ein für die nachfolgenden Behandlungen, beispielsweise Bildung von Kardenbändern, geeignetes Stapelfaservlies ergibt.
Vorzugsweise liegt n im Bereich von 5 - 45 . Sobald linax und 0 bekannt sind, werden die Zahlen i, N und n, unter Berücksichtigung einfacher Herstellung der Walzen, gewählt. Nachher wird ein Schnittverhältnis A gewählt, welches glattes und sauberes Schneiden des in die Vorrichtung eingeführten bahnförmigen Filamentkabels sicherstellt. Diese Variablen werden dann in die vorstehenden Gleichungen eingesetzt und ergeben die Spezifikationen der Vorrichtung. Es ist zu beachten, dass die Grösse der Zahlen N und n die Durchmesser der zur Erzielung der Bedingungen für Imax, A und i benötigten Walzen direkt beeinflusst.
Demgemäss hängt die Wahl von N und n von der spezifischen beabsichtigten Verwendung, den Abstands Begrenzungen, der Festigkeit des zur Herstellung der Walzen verwendeten Materials und anderen praktischen Erwägungen ab. Die Zahl i kann physikalisch als Frequenz von Klinge-in-Kerbe-Kontakten betrachtet werden, welche im Zwischenraum G von Fig. 2 auftreten.
Wenn somit i = 2 ist, tritt im Zwischenraum G eine Klinge in jede zweite, und, wenn i = 5 ist, in jede fünfte Kerbe ein. Der Wert der Zahl i beeinflusst die Spezifikationen der Walze mit Klingen nicht, jedoch den Durchmesser d und den Steigungswinkel q der Kerbenwalze in umgekehrtem Verhältnis. Wenn es nicht besonders erwünscht ist, die Kerbenwalze wie nachstehend beschrieben multifunktionell zu machen, sollten die Zahlen i und n begreiflicherweise einen gemeinsamen Höchstfaktor von nur 1, beispielsweise 2 und 3 anstelle von 4 und 6, aufweisen, um die teure Herstellung unnötiger Kerben zu vermeiden.
Die Umfangsgeschwindigkeit s der Kerbenwalze ist eine unabhängige Variable und kann beispielsweise auf einen beliebigen praktischen Wert eingestellt werden, ohne dass dadurch das Zusammenwirken der beiden Walzen beeinflusst wird. die Zuführgeschwindigkeit f des Filamentkabels ist ebenfalls eine bis zur Grenze s unabhängige Variable. Wenn die Einrichtung so erfolgt, dass f = s, beträgt die Stapellänge der hergestellten Stapelfasern lmox Es wurde gefunden, dass die erhaltene Stapellänge zur Grösse der Relativität von f zu s direktproportional ist. Wenn somit f beispielsweise nur der Hälfte von s entspricht, ist die Stapellänge der erhaltenen Stapelfasern nur die Hälfte von Imax. Gleichermassen ist die Stapellänge DImax (ti weniger als 1,0), wenn f nur Es entspricht.
Es ist offensichtlich, dass eine derartige Erleichterung der Veränderung der Stapellänge, ohne auf die bekannten teuren Methoden, welche Wechsel der Schneidewalze erfordern, zurückgreifen zu müssen, gegenüber dem bekannten Stand der Technik einen grossen Fortschritt darstellt.
Der Schneidewinkel 0 ist derjenige, welcher erhalten wird, wenn die Stapellänge lmax erzeugt wird. BeiVeränderung der Stapellänge auf beispielsweise blmax steigt der entsprechende neue Schneidewinkel zum Tangensbogen tang0 (- ) in Graden an.
Das hier verwendete Schnittverhältnis A tritt nur bei Stapellänge Imax auf. Wenn die Stapellänge durch Veränderung der Zuführgeschwindigkeit f verursacht wird, ist das entsprechende Schnittverhältnis (S/f) offensichtlich grösser als A.
Da eine Veränderung der Stapellänge durch eine Veränderung des Schnittwinkels wie vorstehend beschrieben begleitet wird, ist es offensichtlich, dass zur Erzielung zweier ausgesprochen unterschiedlicher Stapelfasern, beispielsweise lmax und l'=x, beide mit dem gleichen Schnittwinkel 0, jedes Produkt seine eignen, übereinstimmenden Paare von zusammenwirkenden Walzen benötigt.
Wenn i die in der ersten Vorrichtung zur Herstellung eines Produktes mit Stapellänge lalax und i' wie in der zweiten Vorrichtung zur Herstellung eines Produkts mit der Stapellänge l'll,ax darstellt, ist es überraschend, dass bei gleichen Verhältnissen lmaX/i und l'maX/i' die Kerbenwalze der ersten Vorrichtung nach einfacher Regulierung der Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen auch für die zweite Vorrichtung geeignet ist. Die gleiche Kerbenwalze wird somit in zwei Vorrichtungen multifunktionell verwendbar gemacht, indem einfach i und i' so gewählt werden, dass die angegebenen Verhältnisse gleich werden.
Dem Fachmann ist es ein Leichtes, die Vorteile der Auswechselbarkeit in der beschriebenen Vorrichtung auszudehnen, indem beispielsweise dieselbe Klingenwalze unter bestimmten Einsatzbedingungen und Pro- duktspezifikationen mit verschiedenen Kerbenwalzen multifunkitionell verwendbar gemacht wird. Die ökonomischen Vorteile aufgrund der Auswechselbarkeit der Walzen sind leicht ersichtlich.
Vorzugsweise bestehen die zusammenwirkenden Walzen aus Stahl und die Klingen aus gehärtetem Stahl, um eine lange Verwendung ohne öfteres Schleifen zu ermöglichen.
Gewünschtenfalls kann an der beschriebenen Vorrichtung eine permanent wirksame Honvorrichtung angebracht werden, um an den Klingen fortlaufend eine scharfe Schneidekante zu erhalten. Die Honvorrichtung kann die Form einer schraubenförmig gekerbten Schleifrolle aufweisen, welche in Berührungskontakt mit den Klingen der Klingenwalze steht und diese fortlaufend hont. Die schraubenförmigen Kerben der Schleifrolle verlaufen in der gleichen Steigungsrichtung wie die schraubenförmigen Klingen der Klingenwalze, wenn sich Rolle und Klingenwalze in gleicher Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, drehen. Vorzugsweise verlaufen jedoch die Schraubenlinien mit entgegengesetzter Steigungsrichtung, und Walze und Rolle drehen sich in entgegengesetztem Drehsinn. Zum Entwurf eines solchen Honsystems wird eine Anzahl g von Anfängen von Schraubenlinien und eine Zahl k für die Schleifrolle gewählt.
Kerbensteigung und Tourenzahl der Schleifrolle werden wie folgt definiert: gQ
Steigungswinkel = -- (cm)
NK
RNk
Tourenzahl = -- (U/min) g
Der Durchmesser der Schleifrolle ist eine unabhängige Variable und kann von beliebiger Grösse sein. Vorzugsweise wird ein solcher Durchmesser gewählt, dass die entsprechende Umfangsgeschwindigkeit der Schleifrolle zu glattem und wirksamen Schärfen der Schnittkante führt. Die Zahl k hat die gleiche Bedeutung wie die vorstehend beschriebene Zahl i und zeigt physikalisch die Frequenz der Klinge-in-Kerbe-Kontakte über die Berührungsstrecke von Walze und Rolle.
Beispiel
Ein Faserkabel mit einem Gesamttiter von 900000 den aus konventionellen Polyäthylenterephthalat-Filamenten von 1,5 den wird unter genügend Spannung zur Streckung der Kräuselung einer in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die mit den Zuführ- und Abnahme-Transportbändern von Fig. 3 versehen ist, zugeführt. Die Durchlaufgeschwindigkeit der Zuführbänder beträgt s und diejenige der Abnahmebänder 1,25 f.
Es wurden die nachstehenden Bedingungen eingestellt, welche den wie vorstehend beschriebenen mathematischen Verhältnissen entsprechen: i = 2; A = 2,03; Imax = 7,62 cm; 9 = 4/9 Tangensbogen (ungefähr 240); N = 2; D = 9,843 cm; Q = 6,773 cm, R = 37,725 U/min; S = 11,66 m/min; n = 3; d = 3,638 cm; q = 5,08 cm; r = 50,3 U/min; s = 5,74 m/min; f = 5,74m/min. Die schraubenförmigen Kerben sind 0,254 cm breit und 0,158 cm tief.
Das so hergestellte Faservlies zeigt keine zerquetschten oder mattierten Enden der Stapelfasern, und diese sind individuell und sauber zerschnitten.
Es ist praktisch, auf der beschriebenen Vorrichtung kontinuierliche Vliese aus Stapelfasern beliebiger Stapellänge von mehr als 3,8 cm herzustellen. Zuführgeschwindigkeiten f von 1,83 - 183 m/min können mit Leichtigkeit erreicht werden.
Wenn das Stapelfaservlies direkt zu Kardenbändern zum Verstrecken und Spinnen auf einem Baumwoll-System verwendet werden soll, ist es empfehlenswert, als Ausgangsmaterial ein geöffnetes Filamentkabel, d.h. ein solches mit wenig oder keinen aufeinandergeschobenen und/oder ineinander verschlungenen Filamenten zu verwenden, deren Kräuselung gleichphasig ist. Ein variie rend geschnittenes Stapeldiagramm kann erhalten werden, indem einfach das zugeführte Filamentkabel im Zickzack von einer zur anderen Seite der Vorrichtung hin- und hergeführt wird.
Die beschriebene Vorrichtung stellt einen Fortschritt in der Technik des Schneidens von Filamentkabeln dar, wobei Stapelfasern mit sauber geschnittenen, nicht mattierten, individuellen Faserenden erhalten werden. Mittels der beschriebenen Vorrichtung wird das Filamentkabel in ein kontinuierliches Stapelfaservlies überführt, welches sogar auf einem Baumwollsystem leicht zu gleichmässig verstreckbarem Kardenband verarbeitet werden kann. Auf der beschriebenen Vorrichtung hergestellte bahnförmige Stapelfaservliese können auch direkt als Füllmaterial, beispielsweise für Matratzen und Polsterstühle, verwendet werden.
Ein grosser Vorteil der beschriebenen Vorrichtung liegt in der Leichtigkeit der Veränderung der Stapellänge durch einfaches Verändern der Zuführungsgeschwindigkeit f des Filamentkabels. In vielen der bekannten Vorrichtungen muss zur Veränderung der Stapellänge die Schneidewalze selbst ausgewechselt werden. Dieser Nachteil wird durch die beschriebene Vorrichtung behoben.
Ein weiterer Anwendungsbereich der beschriebenen Vorrichtung liegt beispielsweise darin, diagonal geschnittene Streifen von flächenförmigen Materialien, wie beispielsweise Geweben, Vliesen, Laminaten, Folien, Papier, usw. herzustellen. Solche Streifen können in verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, beispielsweise in der Herstellung von Pneus, Wickelrohren und Trinkhalmen. Die Breite derartiger Streifen, rechtwinklig zu deren Längsachse gemessen, entspricht offensichtlich der bei Verwendung eines Kabels aus Endlosfilamenten erzielten Stapelfaserlänge.