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Die
Erfindung betrifft eine Walze für
Faserverarbeitungsmaschine, z. B. Spinnereivorbereitungsmaschine
wie Karde, Reiniger o. dgl., Flockenspeiser, Krempel, Vliesbildemaschine
(Nonwoven) o. dgl., mit einem Mantel aus faserverstärktem Kunststoff.
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Der
effektive Abstand der Spitzen einer Garnitur von einem der Garnitur
gegenüberstehenden
Maschinenelement wird Kardierspalt genannt. Das letztgenannte Element
kann ebenfalls eine Garnitur aufweisen, könnte aber stattdessen durch
ein eine Leitfläche
aufweisendes Verschalungssegment gebildet werden. Der Kardierspalt
ist für
die Kardierqualität
maßgebend.
Die Größe (Weite)
des Kardierspaltes ist ein wesentlicher Maschinenparameter, welcher
sowohl die Technologie (die Faserverarbeitung) wie auch das Laufverhalten
der Maschine prägt.
Der Kardierspalt wird möglichst
eng eingestellt (er wird in Zehntelmillimeter gemessen), ohne das
Risiko einer „Kollision" der Arbeitselemente
einzugehen. Um eine gleichmäßige Verarbeitung
der Fasern zu gewährleisten,
muss der Spalt über
der ganzen Arbeitsbreite der Maschine möglichst gleich sein.
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Der
Kardierspalt wird insbesondere durch die Maschineneinstellungen
einerseits und den Zustand der Garnitur andererseits beeinflusst.
Der wichtigste Kardierspalt der Wanderdeckelkarde befindet sich
in der Hauptkardierzone, d. h. zwischen der Trommel und dem Wanderdeckelaggregat.
Mindestens eine Garnitur, die am Arbeitsabstand angrenzt, ist in
Bewegung, meistens beide. Um die Produktion der Karde zu erhöhen, versucht
man die Betriebsdrehzahl bzw. die Betriebsgeschwindigkeit der beweglichen
Elemente so hoch zu wählen,
wie die Technologie der Faserverarbeitung dies erlaubt. Der Arbeitsabstand ändert sich
in Abhängigkeit von
den Betriebsverhältnissen.
Die Veränderung
findet in der radialen Richtung (ausgehend von der Drehachse) der
Trommel statt.
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Beim
Kardieren werden zunehmend größere Fasermaterialmengen
je Zeiteinheit verarbeitet, was höhere Geschwindigkeiten der
Arbeitsorgane und höhere
installierte Leistungen bedingt. Steigender Fasermaterialdurchfluss
(Produktion) führt
schon bei konstant bleibender Arbeitsfläche infolge der mechanischen
Arbeit zu erhöhter
Erzeugung von Wärme.
Zugleich wird aber das technologische Kardierergebnis (Bandgleichmäßigkeit,
Reinigungsgrad, Nissenreduzierung usw.) ständig verbessert, was mehr im
Kardiereingriff stehende Wirkflächen
und engere Einstellungen dieser Wirkflächen zur Trommel (Tambour)
bedingt. Der Anteil zu verarbeitender Chemiefasern, bei denen – im Vergleich
zu Baumwolle – im
Kontakt mit den Wirkflächen
der Maschine durch Reibung mehr Wärme erzeugt wird, nimmt stetig
zu. Die Arbeitsorgane von Hochleistungskarden sind heute allseitig
voll gekapselt, um den hohen Sicherheitsstandards zu entsprechen,
Partikelemission in die Spinnereiumgebung zu verhindern und den
Wartungsbedarf der Maschinen zu minimieren. Roste oder gar offene,
materialführende
Flächen,
die einen Luftaustausch ermöglichen,
gehören
der Vergangenheit an. Durch die genannten Umstände wird der Eintrag von Wärme in die
Maschine deutlich gesteigert, während
der Wärmeaustrag
mittels Konvektion deutlich sinkt. Die dadurch bewirkte stärkere Erwärmung von
Hochleistungskarden führt
zu größeren thermoelastischen
Verformungen, die aufgrund der Ungleichverteilung des Temperaturfeldes
die eingestellten Abstände
der Wirkflächen
beeinflussen: Die Abstände
zwischen Trommel und Deckel, Abnehmer, Festdeckeln sowie Ausscheidestellen
nehmen ab. Im Extremfall kann der eingestellte Spalt zwischen den
Wirkflächen
durch Wärmedehnungen
vollständig
aufgezehrt werden, so dass relativbewegte Bauteile kollidieren.
Größere Schäden sind
dann an der betroffenen Hochleistungskarde die Folge. Nach alledem kann
insbesondere die Erzeugung von Wärme
im Arbeitsbereich der Karde zu unterschiedlichen thermischen Dehnungen
bei zu großen
Temperaturunterschieden zwischen den Bauteilen führen.
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Bei
einer bekannten Walze aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde
(
EP 0 894 876 A )
sind die Verstärkungsfasern
in der Form eines sich mindestens teilweise in der Umfangsrichtung
erstreckenden Gebildes vorhanden. Die Walze weist einen Zylindermantel
und Trommelböden
aus faserverstärktem
Kunststoff auf. Um eine ausreichende Stabilität zu verwirklichen, muss die
Walze eine über
die Länge
gleichmäßige Wanddicke
(zylindrischer Mantel) von mindestens 10 mm, vorzugsweise mindestens
15 mm, aufweisen. Es wird ein Wickelverfahren angewendet, bei dem
mit Harz getränkte
Fasern um einen aus dem Endprodukt entfernten Formkern gewickelt
werden. Nachteilig ist der hohe Kostenaufwand sowohl für die Herstellung
als auch für
den faserverstärkten
Kunststoff für
den dickwandigen Zylindermantel. Ebenso ist der Aufwand für die Herstellung der
Trommelböden
erheblich. Außerdem
stört,
dass bei schnelldrehenden Walzen für Faserverarbeitungsmaschinen
mit Garnituren die Beanspruchungsverhältnisse und die Einsatzbedingungen
schwierig zu beherrschen sind (konstanter Kardierspalt), so dass
bislang keine Walzen aus faserverstärktem Kunststoff für Faserverarbeitungsmaschinen
mit Garnituren eingesetzt worden sind. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, dass faserverstärkter
Kunststoff für
die Trommelböden
und den gesamten Innen- und Nabenbereich wenig geeignet ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die genannten Nachteile
vermeidet, die insbesondere auf einfache Weise eine kostengünstige Herstellung
und ausreichende Formbeständigkeit
im Betrieb, namentlich einen im wesentlichen konstanten Kardierspalt,
ermöglicht.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1.
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Die
erfindungsgemäße Walze
besteht aus mindestens einer Metalltrommel und einem äußeren Ring aus
ausgehärtetem
faserverstärktem
Kunststoff. Die Metalltrommel verleiht der Walze die erforderliche
Steifigkeit und Festigkeit. Das gilt für den Walzenmantel und ebenso
für die
Trommelböden.
Dadurch, dass der Mantel mit einer Bandage aus faserverstärktem Kunststoff
umgeben ist, kann die Stärke
(Menge) der Bandage gering gehalten werden, was eine wirtschaftliche
Herstellung ermöglicht.
Durch eine solche Bandage wird die Aufweitung der Trommel im Betrieb
durch Wärme
und/oder Fliehkraft begrenzt oder vermieden (kompensiert), so dass
auf vorteilhafte und einfache Weise der Kardierspalt zwischen der
Walzengarnitur und der Garnitur eines gegenüberliegenden Maschinenelements,
z. B. Wander- oder Festdeckel, im wesentlichen oder vollständig konstant
bleibt. Weitere Vorteile im Betrieb sind zum Beispiel wesentlich
verbesserte Bremswerte, Einsparung von Antrieben, Energieeinsparung,
höhere
Produktionsgeschwindigkeiten, größere Arbeitsbreiten, schwingungsfreier
Lauf.
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Zweckmäßig sind
bei Raum- und Betriebstemperatur die Metalltrommel und die Bandage
gegeneinander verspannt. Vorzugsweise sind die Metalltrommel mit
Druckspannungen und die Bandage mit Zugspannungen in Umfangsrichtung
belastet. Mit Vorteil besteht die Trommel mindestens teilweise aus
Stahl. Stahl ermöglicht
die Stabilität
der Trommel und weist eine relativ hohe Biegesteifigkeit auf. Bevorzugt
besteht die Trommel mindestens teilweise aus Aluminium. Aluminium
ermöglicht
ebenfalls die Stabilität
der Trommel und weist ein relativ geringes spezifisches Gewicht
auf. Bevorzugt besteht die Bandage aus kohlefaserverstärktem Kunststoff
(CFK). Carbon weist eine Dichte von 1,45 g/cm3 auf.
Grundmaterial sind Kohlefasern. Sie können aus Kunststofffäden hergestellt
werden, die unter Luftabschluss erhitzt und damit „verkohlt" werden. Sie weisen
z. B. einen Durchmesser von 0,007 mm auf. Diese Fasern werden in
einer Trägersubstanz
(Matrix) aus Kunstharzen eingebettet. Kohlefasern nehmen die auf
sie wirkenden Kräfte
im wesentlichen nur in der Kraftflusslinie auf. Deshalb werden sie überwiegend
parallel verlegt. Sofern Biege- und Torsionsbelastungen nicht nur
aus einer Richtung kommen, werden einzelne Faserlagen zweckmäßig in verschiedenen
Ausrichtungen übereinander
gefügt.
Vorzugsweise ist der Temperaturkoeffizient des kohlefaserverstärkten Kunststoffs
(CFK) einstellbar. Null-Einstellung bedeutet keine Änderung
und negative Einstellung führt
zu einer Schrumpfung, so dass keine oder eine negative Wärmeausdehnung
des Bauteils bzw. der Bauteile verwirklicht wird. Auf diese Weise
werden die Werkstoffe von Trommel und beispielsweise den Seitenteilen
derart aufeinander abgestimmt, dass bei der im Betrieb auf die den
Kardierspalt beeinflussenden Teile einwirkenden Wärme der
Kardierspalt konstant bleibt. Bevorzugt besteht die Bandage aus
glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK). Zweckmäßig besteht
die Bandage aus aramidfaserverstärktem
Kunststoff (AFK). Vorzugsweise wird ein Fasergemisch verwendet,
z. B. aus Kohlefasern und Glasfasern. Mit Vorteil sind die Verstärkungsfasern
in der Bandage weitgehend in Umfangsrichtung der Trommel orientiert.
Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise die Aufweitung der
Trommel durch Fliehkraft, insbesondere bei hohen Drehzahlen, reduziert
oder vermieden. Zweckmäßig ist
die Trommel umschlossen. Vorzugsweise ist die Wärmeabfuhr von der Trommel und
von den Seinteilen unterschiedlich. Mit Vorteil ergeben die Verstärkungsfasern
und das Matrixmaterial zusammen einen E-Modul von mindestens 15000
N/mm2. Bevorzugt schließen die Faserstränge (Verstärkungsfasern)
mit der Axialrichtung des Walzenkörpers einen Winkel (α) von ±75° bis 90° ein. Zweckmäßig schließen die
Faserstränge
(Verstärkungsfasern)
mit der Axialrichtung des Walzenkörpers einen Winkel (α) von 35° bis 75° ein.
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Vorzugsweise
schließen
die Faserstränge
(Verstärkungsfasern)
mit der Axialrichtung des Walzenkörpers einen Winkel (α) von 1° bis 35° ein. Mit
Vorteil sind mindestens zwei unterschiedliche Winkel für die Faserstränge vorhanden.
Bevorzugt sind mindestens zwei Bandagen in radialer Richtung übereinander
angeordnet. Zweckmäßig weisen
die Faserstränge
mindestens einer Bandage einen steilen Winkel (α), z. B ±75° bis 90°, und die Faserstränge mindestens
einer weiteren Bandage einen flachen Winkel (α), z. B. 1° bis 35°, auf. Vorzugsweise ist der
Ausdehnungskoeffizient in der axialen Richtung mindestens einer
Bandage gleich oder kleiner als der Ausdehnungskoeffizient in der
axialen Richtung mindestens einer weiteren Bandage. Mit Vorteil ist
der Ausdehnungskoeffizient in der Umfangsrichtung mindestens einer
Bandage gleich oder größer als
der Ausdehnungskoeffizient in der Umfangsrichtung mindestens einer
weiteren Bandage. Bevorzugt ist der lineare Ausdehnungskoeffizient
in der Umfangsrichtung und in der axialen Richtung kleiner als 8 × 10–6 (1/°K). Zweckmäßig sind
die Faserstränge
nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet. Vorzugsweise überkreuzen
die in radialer Richtung aufeinander folgenden Schichten der Faserstränge einander.
Mit Vorteil ist auf der Bandage eine Garnitur, z. B. Sägezahngarnitur,
aufgezogen. Bevorzugt sind Mittel vorhanden, um eine auf der Walze aufgezogene
Garnitur erden zu können.
Zweckmäßig ist
der garnituraufnehmende Teil der Walze als zylindrisches Element
(ohne wesentliche Querschnittsänderungen)
gebildet. Vorzugsweise weist die Walze eine über die Länge gleichmäßige Wanddicke auf. Mit Vorteil
besteht die Walze aus einem zylindrischen Teil und Endteilen, wobei
das Ausdehnungsverhalten der Endteile dem Ausdehnungsverhalten des
zylindrischen Teils angepasst ist. Bevorzugt wird die äußere Schicht
des garnituraufnehmenden Teils durch Matrixmaterial gebildet. Zweckmäßig ist
auf der Walze eine Garnitur derart aufgezogen, dass bei einer vorgegebenen
Betriebsdrehzahl der durch das Aufziehen der Garnitur hervorgerufene
Druck und die durch die Fliehkraft erzeugte Zugspannung im Material
der Walze weitgehend ausgleichbar sind. Vorzugsweise ist auf der
Walze eine derartige Garnitur aufgezogen, dass bei einer vorgegebenen
Betriebszahl die Garnitur von der sie aufnehmenden Oberfläche der
Walze nicht lösbar
ist. Mit Vorteil wird die Garnitur durch einen auf der zylindrischen
Walzenfläche
aufgezogenen Draht gebildet, wobei eine Aufziehkraft nicht größer als
40 N verwendet wird. Bevorzugt misst die Arbeitsbreite der Walze
mehr als 1000 mm, z. B. 1500 mm. Zweckmäßig arbeiten Zuführ- bzw.
Abnahmemittel unmittelbar mit dieser Walze zusammen. Vorzugsweise
ist das Walzen-Antriebssystem für
hohe Drehzahlen ausgelegt, um eine Umfangsgeschwindigkeit von mindestens
40 m/s zu ermöglichen.
Mit Vorteil weist die Walze eine Garnitur mit einer Spitzendichte
größer als
900 Spitzen pro Quadratzoll auf. Bevorzugt sind der Walze Festdeckel
zugeordnet. Zweckmäßig ist
die Walze Teil einer Karde oder Krempel. Vorzugsweise sind der Walze
Wanderdeckel zugeordnet. Mit Vorteil sind der Walze Festkardierelemente
zugeordnet. Bevorzugt ist die Walze die Trommel einer Karde oder
Krempel. Zweckmäßig ist
die Walze die Speisewalze einer Karde oder Krempel. Vorzugsweise
ist die Walze ein Vorreißer
einer Karde oder Krempel. Mit Vorteil ist die Walze der Abnehmer
einer Karde oder Krempel. Bevorzugt ist die Walze die Abstreichwalze
einer Karde oder Krempel. Zweckmäßig ist
die Walze der Arbeiter einer Krempel. Vorzugsweise ist die Walze
der Wender einer Krempel. Mit Vorteil ist die Walze die Öffnerwalze
einer Flockenspeiservorrichtung. Bevorzugt ist die Walze Teil eines Öffners oder
Reinigers. Zweckmäßig ist
die Walze Teil einer Strecke. Vorzugsweise bildet die Walze eine Streckwerkswalze.
Mit Vorteil ist die Walze als Öffnerwalze
einer Flockenmischeinrichtung zugeordnet. Bevorzugt ist die Walze
als Öffnerwalze
einer Flockeneinzugseinrichtung zugeordnet. Zweckmäßig ist
die Walze als Öffnerwalze
einem Ballenöffner
zugeordnet. Vorzugsweise weist die Walze einen rohrförmigen,
auf stirnseitigen Lagerzapfen abgestützten Walzenkörper auf.
Mit Vorteil weist die Walze mindestens zwei Trommelböden auf.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 schematisch
Seitenansicht einer Karde mit der erfindungsgemäßen Walze,
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2 Deckelstäbe des Wanderdeckels
und Ausschnitt aus einer Gleitführung,
des Flexibelbogens, des Seitenschildes und der Trommel sowie den
Kardierspalt zwischen den Garnituren der Deckelstäbe und der
Trommelgarnitur,
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3a, 3b Schnitt
durch eine Walze mit einer Metalltrommel und einer diese kreiszylindrisch
umgebenden Bandage aus kohlefaserverstärktem Kunststoff in Vorderansicht
(3a) und Seitenansicht (3b),
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4 schematisch
Schnitt I-I durch die Gleitführung
gemäß 2 mit
Trommel, Deckeln, Flexibelbögen
und Seitenschildern,
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5a, 5b schematisch
zwei Verfahrensschritte bei der Herstellung einer verspannten Walze, und
zwar Stahltrommel und Bandage bei Raumtemperatur (5a)
und bei Fügetemperatur
(5b),
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6 die
Struktur einer übereinander
angeordneten, zweischichtigen Bandage,
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7 die
Struktur einer nebeneinander angeordneten, dreiteiligen Bandage,
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8 schematisch
Seitenansicht eines Reinigers mit der erfindungsgemäßen Walze
und
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9 schematisch
Seitenansicht einer Krempel und eines Krempelspeisers mit den erfindungsgemäßen Walzen.
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1 zeigt
eine Karde, z. B. Trützschler
Karde TC 03, mit Speisewalze 1, Speisetisch 2,
Vorreißern 3a, 3b, 3c,
Trommel 4, Abnehmer 5, Abstreichwalze 6,
Quetschwalzen 7, 8, Vliesleitelement 9,
Flortrichter 10, Abzugswalzen 11, 12,
Wanderdeckel 13 mit Deckelumlenkrollen 13a, 13b und
Deckelstäben 14,
Kanne 15 und Kannenstock 16. Die Drehrichtungen
der Walzen sind mit gebogenen Pfeilen gezeigt. Mit M ist der Mittelpunkt (Achse)
der Trommel 4 bezeichnet. 4a gibt die Garnitur
und 4b gibt die Drehrichtung der Trommel 4 an.
Mit B ist die Drehrichtung des Wanderdeckels 13 in Kardierstellung
und mit C ist die Rücktransportrichtung
der Deckelstäbe 14,
mit 23', 23'' sind Festkardierelemente und mit 39 ist
eine Abdeckung unterhalb der Trommel 4 bezeichnet. Der
Pfeil A bezeichnet die Arbeitsrichtung.
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Nach 2 ist
auf jeder Seite der Karde seitlich am Seitenschild 19a, 19b (sh. 4)
ein Flexibelbogen 17 befestigt, der mehrere Einstellschrauben
aufweist. Der Flexibelbogen 17 weist eine konvexe Außenfläche 17a und
eine Unterseite 17b auf. Oberhalb des Flexibelbogens 17 ist
eine Gleitführung 20,
z. B. aus gleitfähigem
Kunststoff, vorhanden, die eine konvexe Außenfläche 20a und eine konkave
Innenfläche 20b aufweist.
Die konkave Innenfläche 20b liegt
auf der konvexen Außenfläche 17a auf
und vermag auf dieser in Richtung der Pfeile D, E zu gleiten. Jeder
Deckelstab 14 besteht aus einem Rückenteil 14a und einem
Tragkörper 14b.
Jeder Deckelstab 14 besitzt an seinen beiden Enden jeweils einen
Deckelkopf, der jeweils zwei Stahlstifte 141 , 142 umfasst. Die über die Stirnflächen des
Tragkörpers 14b ragenden
Teile der Stahlstifte 141 , 142 gleiten auf der konvexen Außenfläche 20a der
Gleitführung 20 in
Richtung des Pfeils B. An der Unterfläche des Tragkörpers 14b ist
eine Garnitur 18 angebracht. Mit 21 ist der Spitzenkreis
der Deckelgarnituren 18 bezeichnet. Die Trommel 4 weist
an ihrem Umfang eine Trommelgarnitur 4a, z. B. Sägezahngarnitur,
auf. Mit 22 ist der Spitzenkreis der Trommelgarnitur 4a bezeichnet.
Der Abstand (Kardierspalt) zwischen dem Spitzenkreis 21 und
dem Spitzenkreis 22 ist mit a bezeichnet und beträgt z. B.
3/1000''. Der Abstand zwischen
der konvexen Außenfläche 20a und
dem Spitzenkreis 22 ist mit b bezeichnet. Der Abstand zwischen
der konvexen Außenfläche 20a und
dem Spitzenkreis 21 ist mit c bezeichnet. Der Radius der
konvexen Außenfläche 20a ist
mit r1 und der Radius des Spitzenkreises 22 ist
mit r2 bezeichnet. Die Radien r1 und
r2 schneiden sich im Mittelpunkt M der Trommel 4.
Mit 19 ist das Seitenschild bezeichnet.
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Die
in 3a, 3b dargestellte schnelllaufende
Walze für
eine Faserverarbeitungsmaschine, z. B. Trommel 4 einer
Karde, besteht aus einem hohlzylindrischen Walzenkörper 30 und
zwei stirnseitigen Walzenböden 31a, 31b.
Die Walzenböden 31a, 31b bestehen
zweckmäßig aus
Metall, z. B. Stahl oder Aluminium. Mit 32 ist eine Speiche,
mit 33 eine Nabe und mit 34 ein Endflansch bezeichnet.
Der Walzenkörper 30 besteht
aus einer innenliegenden Stahltrommel 35 und einer außenliegenden
ausgehärteten
CFK-Bandage 36. Die CFK-Bandage 36 hat die Form
eines dünnwandigen
Hohlzylinders. Im verspannten Zustand herrschen bei Betriebstemperatur
im zylindrischen Mantelbereich der Stahltrommel 35 in Umfangsrichtung
Druckspannungen und in der zylindrischen CFK-Bandage 36 Zugspannungen.
Im Betrieb werden infolge der Fliehkraftbelastung in der Stahltrommel 35 die
Druckspannungen reduziert. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Trommelwerkstoffes ist deutlich größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient
des kohlefaserverstärkten
Kunststoffs in Richtung der Verstärkungsfasern, z. B. der Wärmeausdehnungskoeffizient α von Stahl
liegt zwischen 11 × 10–6 1/K
und 17 × 10–6 1/K
und der von CFK in Faserrichtung liegt bei etwa Null, insbesondere
zwischen – 2 × 10–6 1/K
bis + 2 × 10–6 1/K.
Bei Erwärmung
im Betrieb verändert
sich somit der Innendurchmesser der CFK-Bandage 36 nur
geringfügig,
wogegen die Wärmedehnung
der Stahltrommel 35 beträchtlich ist. Die Wärmedehnung der
CFK-bandagierten Stahltrommel 35 ist damit geringer als
die Wärmedehnung
einer Stahlvollwandtrommel.
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Die
erfindungsgemäße Walze
aus Metalltrommel und Faserverbundbandage ist im Vergleich zu einer Stahl-
oder Aluminiumvollwalze leichter, in ihrer Massenträgheit reduziert
und durch konstruktiv ausgelegte Faserorientierungen in ihrer thermischen
Längenausdehnung
einstellbar (bis auf negative Werte). Die Vorteile der erfindungsgemäßen Walze
im Betrieb, die sich aus den Materialeigenschaften ergeben, sind
zum Beispiel wesentlich verbesserte Bremswerte, Einsparung von Antrieben,
Energieeinsparung, höhere
Produktionsgeschwindigkeiten, größere Arbeitsbreiten,
schwingungsfreier Lauf.
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Dichte,
spezifische Steifigkeit und spezifische Festigkeit Zu der nachfolgenden
Tabelle sind Dichte, E-Modul und Festigkeit der Werkstoffe im Vergleich
dargestellt:
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In
Richtung der Faser hat CFK erhebliche Vorteile im Vergleich zu Stahl.
Die einzelnen Fasern, die im Wickelverfahren zu einem Rohr verarbeitet
werden, legen das anisotope (richtungsabhängige) Verhalten eines solchen
Rohres fest.
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4 zeigt
einen Teil der Trommel 4 mit seiner zylindrischen Fläche 4f des
Mantels 4e und Trommelböden 4c, 4d (radiale
Tragelemente). Die Fläche 4f ist mit
einer Garnitur 4a versehen, die in diesem Beispiel in der
Form von Draht mit Sägezähnen vorgesehen
ist. Der Sägezahndraht
wird auf der Trommel 4 aufgezogen, d. h. in dicht nebeneinanderliegenden
Windungen zwischen (nicht dargestellten) Seitenflanschen umgewickelt,
um eine mit Spitzen bestückte
zylindrische Arbeitsfläche
zu bilden. Auf der Arbeitsfläche
(Garnitur) sollen möglichst
gleichmäßig Fasern
verarbeitet werden. Die Kardierarbeit wird zwischen den einander
gegenüberliegenden
Garnituren 18 und 4a geleistet. Sie wird wesentlich
von der Lage der einen Garnitur gegenüber der anderen sowie dem Garniturabstand
a zwischen den Spitzen der Zähne
der beiden Garnituren 18 und 4a beeinflusst. Die
Arbeitsbreite der Trommel 4 ist für alle anderen Arbeitselemente
der Karde maßgebend,
insbesondere für
die Wanderdeckel 14 oder Festdeckel 23', 23'' (1), welche
zusammen mit der Trommel 4 die Fasern gleichmäßig über die
ganze Arbeitsbreite kardieren. Um gleichmäßige Kardierarbeit über die
ganze Arbeitsbreite leisten zu können,
müssen
die Einstellungen der Arbeitselemente (einschließlich von Zusatzelementen) über diese
Arbeitsbreite eingehalten werden. Die Trommel 4 selbst
kann aber durch das Aufziehen des Garniturdrahtes, durch Fliehkraft
oder durch den Kardierprozess bedingte Erwärmung deformiert werden. Die
Welle 25 der Trommel 4 ist in (nicht dargestellten)
Lagen gelagert, die auf dem ortsfesten Maschinengestell 24a, 24b angebracht
sind. Der Durchmesser, z. B. 1250 mm, der zylindrischen Oberfläche 4f,
d. h. das Doppelte des Radius r3, ist ein
wichtiges Maß der
Maschine, und er wird im Betrieb durch Arbeitswärme vergrößert. Die Seitenschilder 19a, 19b sind
auf den beiden Maschinengestellen 24a bzw. 24b befestigt.
An den Seitenschildern 19a, 19b sind die Flexibelbögen 17a bzw. 17b befestigt.
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Wenn
im Betrieb durch Kardierarbeit, insbesondere bei hoher Produktion
und/oder Verarbeitung von Chemiefasern bzw. Baumwolle-Chemiefasermischungen,
im Kardierspalt a zwischen den Garnituren 18 (bzw. im Kardierspalt
d zwischen den Garnituren 23')
und der Trommelgarnitur 4a Wärme entsteht, wird der Trommelmantel 4e ausgedehnt,
d. h. der Radius r3 nimmt zu und der Kardierspalt
a bzw. d nimmt ab. Die Wärme wird über den Trommelmantel 4e in
die radialen Tragelemente, die Trommelböden 4c und 4d,
geleitet. Die Trommelböden 4c, 4d dehnen
sich infolge dessen ebenfalls aus, d. h. der Radius nimmt zu. Die
Trommel 4 ist allseitig praktisch vollständig verschalt
(ummantelt): In radialer Richtung durch die Elemente 14, 23, 37 (sh. 1)
und zu den beiden Seiten der Karde hin durch die Elemente 17a, 17b, 19a, 19b, 24a, 24b.
Dadurch wird die Wärme
aus der Trommel 4 kaum nach außen (zur Atmosphäre) abgestrahlt.
Allerdings wird insbesondere die Wärme der großflächigen Trommelböden 4c, 4d über Strahlung
in erheblichem Maße
auf die großflächigen Seitenschilder 19a, 19b übertragen,
von denen die Wärme
nach außen
zur kälteren
Atmosphäre
abgestrahlt wird. Durch diese Abstrahlung dehnen sich die Seitenschilder 19a, 19b relativ
geringer im Vergleich zu den Trommelböden 4c, 4d aus,
was zu einer unerwünschten
(Kardierergebnis) bis gefährlichen
Verkleinerung des Kardierspaltes a (2a)
und des Kardierspaltes d führt.
Die Kardierelemente (Deckelstäbe 14)
sind auf den Flexibelbögen 17a, 17b und
die Festkardierelemente 23', 23'' sind auf den Verlängerungsbögen gelagert, die
ihrerseits an den Seitenschildern 19a, 19b befestigt
sind. Bei Erwärmung
nimmt z. B. bei einer Trommel 4 aus Stahl und Al-Deckelböden 14 die
Anhebung der Flexibelbögen 17a, 17b – und damit
der Garnituren 18 der Deckelstäbe 14 – relativ
weniger als die Ausdehnung des Radius r3 des
Trommelmantels 4e – und
damit der Garnitur 4a der Trommel 4 – zu, was
zu der Verengung des Kardierspaltes a führt. Der Trommelmantel 4e und die
Trommelböden 4c, 4d bestehen
aus Stahl, z. B. St 37, mit einem Längenwärmeausdehnungskoeffizienten 11,5·10–6 [ 1 / °K].
Um nun die relativ unterschiedliche Ausdehnung der Trommelböden 4c, 4d und
des Trommelmantels 4e einerseits und der Seitenschilder 19a, 19b (infolge
verhinderter Abstrahlung in die Atmosphäre aufgrund Kapselung der Trommel 4 bzw.
freier Abstrahlung in die Atmosphäre von den Seitenschildern)
auszugleichen, ist die Bandage 36 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff
(CFK) hergestellt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
negativ eingestellt ist. Auf diese Weise wird die Dehnung der Trommel 4 wegen
mangelnder Wärmeabfuhr
infolge Kapselung reduziert oder vermieden. Dadurch wird die unerwünschte Verkleinerung
des Kardierspaltes a bzw. d infolge thermischer Einflüsse vermieden.
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In
den 5a, 5b ist das Verspannverfahren
schematisch gezeigt. Der Stahltrommelkörper 35 und die ausgehärtete CFK-Bandage 36 sind
in diesen Figuren vereinfacht als Hohlzylinder dargestellt. Bei Raumtemperatur
ist der Außendurchmesser
des Stahltrommelkörpers 35 gemäß 5a größer als
der Innendurchmesser der ausgehärteten
CFK-Bandage 36. Das Übermaß 37 berechnet
sich aus der gewünschten Druckvorspannung
in dem Stahltrommelkörper 35 und
dem zum Fügen
notwendigen Fügespalt 38 gemäß 5b.
Aus diesen beiden Größen und
den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Stahltrommelkörpers 35 und
der CFK-Bandage 36 ergibt sich die zum Verspannen notwendige
Temperaturdifferenz. In 5b sind
die Geometrieverhältnisse
im abgekühlten
Zustand, der dem Fügezustand
entspricht, dargestellt. Der Fügespalt 38 muss
so bemessen sein, dass ein leichtes Ineinanderfügen der beiden Teile 35 und 36 möglich ist.
Die Fügetemperatur
ist kleiner als die Raumtemperatur. Nach dem Fügen werden die beiden Teile 35 und 36 langsam wieder
aufgeheizt, wobei das gewünschte
Verspannen stattfindet. In 3a ist
eine Walze bei Raumtemperatur oder Betriebstemperatur gezeigt, die
beispielsweise gemäß 5a, 5b verspannt
sein kann.
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Nach 6 ist
die Steigung der Spiralwindungen der Fasern (361 ,
sh. 7) in der innenliegenden Bandage 36a und
in der außenliegenden
Bandage 36b unterschiedlich. Die Steigung wird schematisch
durch einen Wickelwinkel dargestellt α1 bzw. α2 (sh. 7).
Der Wickelwinkel der innenliegenden Bandage 36a ist klein
und beträgt
z. B. 85°.
Der Widerstand der Trommel 4 gegen radiale Ausweitung unter
Wärmeeinwirkung und
Fliehkraft hängt
von der Anordnung der Fasern ab, je kleiner der Winkel, desto höher ist
dieser Widerstand. Der Wickelwinkel der außenliegenden Bandage 36b ist
groß und
beträgt
z. B. 10°.
Der Widerstand der Trommel 4 gegen Durchbiegung hängt ebenfalls
von der Anordnung der Fasern ab; je größer der Winkel, desto geringer
ist die Durchbiegung. Die Walzen von Krempeln 51 und von
Krempelspeisern 50 (9) können eine Länge von
5 bis 6 m aufweisen, wobei geringe Durchbiegung erforderlich ist.
Mit der Kombination der Wickelwinkel gemäß 6 wird ein
hoher Widerstand sowohl gegen Aufweitung als auch gegen Durchbiegung
verwirklicht.
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Die
Ausbildung entsprechend 7 ist vorteilhaft, wenn unterschiedliche
Eigenschaften der Walze in den Randbereichen einerseits und im Mittelbereich
andererseits erforderlich sind. Entsprechend ist der Wickelwinkel
in den Randbereichen 36' und 36''' steiler
als im Mittelbereich 36'''. Es ist eine einschichtige Bandage mit
drei nebeneinander angeordneten Bereichen dargestellt.
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Der
in einem geschlossenen Gehäuse
angeordneten Reinigungsvorrichtung, z. B. Trützschler CL–C4, wird nach 8 das
zu reinigende Fasermaterial (Pfeil), das insbesondere Baumwolle
ist, in Flockenform zugeführt.
Dies erfolgt beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) Füllschacht,
durch ein Förderband
o. dgl.. Die Watte wird mittels zweier Speisewalzen 41a, 41b unter
Klemmung einer Stiftwalze 42 zugeführt, die im Gehäuse drehbar
gelagert ist und entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil I) umläuft. Der
Stiftwalze 42 ist eine Garniturwalze 43 nachgeordnet,
die mit einer Sägezahngarnitur
bezogen ist. Die Walze 42 hat eine Umfangsgeschwindigkeit
von ca. 10 bis 21 m/sec. Die Walze 43 hat eine Umfangsgeschwindigkeit
von ca. 15 bis 25 m/sec. Die Walze 44 hat eine größere Umfangsgeschwindigkeit
als die Walze 43, und die Walze 45 hat eine größere Umfangsgeschwindigkeit
als die Walze 44. Der Walze 42 sind nacheinander
weitere Sägezahnwalzen 43, 44 und 45 nachgeordnet,
deren Drehrichtungen mit II, III, IV bezeichnet sind. Die Walzen 42 und 45 haben
einen Durchmesser von ca. 150 bis 300 mm. Die Walzen 42 bis 45 sind
vom Gehäuse
umschlossen. Der Sägezahnwalze 45 sind
ein Festkardierelement, ein einstellbares Leitelement, eine Luftdurchtrittsöffnung,
ein Abscheidemesser und ein Druckmesselement zugeordnet. Dem Abscheidemesser
ist eine Absaughaube zugeordnet. Mit A ist die Arbeitsrichtung des
Reinigers bezeichnet. Als Walzen 42 bis 45 werden
mindestens teilweise die erfindungsgemäßen Walzen aus Metalltrommel 35 und
diese kreiszylindrisch umgebender Bandage 36 eingesetzt.
Der Reiniger kann z. B. entsprechend der DE-A- 101 22 459 ausgebildet
sein.
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Vor
einer Krempel 51 ist nach 9 ein senkrechter
Reserveschacht 52 vorgesehen, der von oben her mit fein
aufgelöstem
Fasergut I beschickt wird. Die Beschickung kann beispielsweise über einen
Kondenser durch eine Zuführ- und Verteilerleitung 53 erfolgen.
Im oberen Bereich des Reserveschachtes 52 sind Luftaustrittsöffnungen 54 vorhanden,
durch die die Transportluft II nach Trennung von den Faserflocken
III in eine Abzaugeinrichtung 53 eintritt. Das untere Ende
des Reserveschachtes 52 ist durch eine Speisewalze 56 (Einzugswalze)
abgeschlossen, die mit einer Speisemulde 57 zusammenwirkt.
Durch diese langsamlaufende Speisewalze 56 wird aus dem
Reserveschacht 52 das Fasergut III einer darunter befindlichen,
mit Stiften 58b oder Sägezahndraht
belegten schnelllaufenden Öffnerwalze 58 zugeführt, die
auf einem Teil ihres Umfanges mit einem unteren Speiseschacht 59 in
Verbindung steht. Die in Richtung des Pfeils 8a umlaufende Öffnerwalze 58 fördert das
von ihr erfasste Fasergut III in den Speiseschacht 59.
Der Speiseschacht 59 weist am unteren Ende eine entsprechend
dem eingezeichneten Pfeil umlaufende Abzugswalze 60 auf,
die das Fasergut der Krempel 51 vorlegt. Dieser Krempelspeiser 50 kann
z. B. ein Krempelspeiser SCANFEED TF 5000 der Firma Trützschler,
Mönchengladbach,
sein. Die Speisewalze 56 dreht sich langsam im Uhrzeigersinn
(Pfeil 56a), und die Öffnerwalze 58 dreht
sich schnell entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil 58b), so
dass eine entgegengesetzte Drehrichtung verwirklicht ist. Durch
die umlaufende Speisewalze 56 und die umlaufende Öffnerwalze 58 wird laufend
in der Zeiteinheit eine bestimmte Menge Fasergut III in den Speiseschacht 59 befördert und
eine gleiche Menge Fasergut durch die Abzugswalze 60, die
mit einer Speisemulde 61 aus dem Speiseschacht 59 herausgefördert und
der Krempel 51 vorgelegt. Die Speiseeinrichtung der Krempel 51 aus
Speisewalze 60 und Speisemulde 61 ist mit der
Abzugseinrichtung 60, 61 am unteren Ende des Speiseschachtes 59 identisch.
Der Speisewalze 60 und den Speisemulden 61 folgen
in Arbeitsrichtung A der Krempel 51 eine erste Vorwalze 621 , eine zweite Vorwalze 632 , eine Vortrommel 64 (Vorreißer), eine Übertragungswalze 65,
eine Haupttrommel 66, ein Abnehmer 67 und als
Walzenabzug eine Abstreichwalze 68. Der Vortrommel 64 (Vorreißer) und
der Haupttrommel 66 sind zwei bzw. sechs Walzenpaare jeweils
aus Arbeiter 71 und Wender 72 zugeordnet. Der
Abstreichwalze 68 sind unmittelbar angrenzend und mit dieser
zusammenwirkend zwei Kalanderwalzen 73, 74 nachgeordnet.
Die Drehrichtungen der Walzen sind durch gebogene Pfeile angegeben.
Die Krempel 51 kann ebenso wie der vorgeschaltete Krempelspeiser 50 eine
Breite von z. B. 5 m und mehr aufweisen. Als Walzen 56 und 58 des
Krempelspeisers 50 und als Walzen 60 bis 74 der
Krempel 51 werden mindestens teilweise die erfindungsgemäßen Walzen
aus Metalltrommel 35 und diese kreiszylindrisch umgebender
Bandage 36 eingesetzt.
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Der
in 1 dargestellte Kardenspeiser 47 entspricht
konstruktiv und funktionell im wesentlichen den Krempelspeiser 50 nach 9.
Der Kardenspeiser 47 hat ebenso wie die Karde (1)
vielfach eine Breite von 1 m bis 1,5 m. Als Walzen für die Einzugswalze 48 und
die schnelllaufende Öffnerwalze 49 werden
mindestens teilweise die erfindungsgemäßen Walzen eingesetzt. Die
Metalltrommel der Öffnerwalzen 49 (1) und 58 (9)
kann aus Aluminium bestehen.
