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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von
thermisch stabilen textilen Flächengebilden.
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Textile
Flächengebilde entstehen u. a. durch die Verwebung zweier
Fadensysteme, nämlich durch die Verwebung eines Kettfadensystems
mit einem Schussfadensystem, wobei unter Verwebung üblicherweise
die rechtwinklige Verkreuzung der beiden Fadensysteme zu verstehen
ist. Bei dem Kettfadensystem handelt es sich um eine Vielzahl von
Fäden bzw. Kettfäden, die von den Spulen der Fadenversorgungseinheit
einer Webvorrichtung abgewickelt und in die Webeinheit der Webvorrichtung
eingetragen werden, wobei in der Webeinheit quer zu diesen Fäden
bzw. Kettfäden die so genannten Schussfäden sukzessiv
eingebracht werden. Die Kettfäden, auch Kette genannt,
werden beim Weben vorgespannt. Grundsätzlich kann es sich
bei den beiden Fadensystemen um Mono- oder Multifilamentsysteme
handeln, die auf den Kunststoffen Polyester (PES bzw. PET), Aramid
(AR), Polyamid (PA), Reyon (Viskose), Glas oder einer Kombination
davon basieren können.
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Technische
textile Flächengebilde verwendet man als Festigkeitsträger
in den unterschiedlichsten Anwendungen, beispielsweise in schusssicheren Westen,
als Cordlagen für die Karkassen von Autoreifen, in Förderbändern
und dergleichen mehr.
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Nach
dem Stand der Technik werden derartige textile Flächengebilde
in einem Webverfahren hergestellt und anschließend in einem
weiteren, separaten Verfahren veredelt. Unter einer derartigen Textilveredelung
sind mechanische, thermische und/oder chemische Arbeitsvorgänge
zur Verbesserung oder Verfeinerung der textilen Flächengebilde zu
verstehen, z. B. Bleichen, Färben, Drucken, Appretieren,
Beschichten.
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Fäden,
die für die Weberei zum Einsatz kommen, besitzen zwar im
verstreckten Zustand gute Festigkeits- und Elastizitätswerte,
sind jedoch häufig thermodynamisch nicht im Gleichgewichtszustand. Sie
schrumpfen aufgrund ihrer Herstellungsverfahren mehr oder weniger
stark. Darüber hinaus besitzen gedrehte oder gezwirnte
Fäden eine Kringelneigung. Schließlich neigen
aus derartigen Fäden hergestellte textile Flächengebilde
häufig zum Knittern. Infolgedessen werden die Fäden
bereits bei ihrer Herstellung einem Thermofixierungsverfahren unterzogen. Hierbei
werden Fäden bei erhöhten Temperaturen mit oder
ohne Quellmittel, wie Wasserdampf, kurzzeitig erhitzt, so dass die
mikrokristallinen Bereiche zwischen den Molekülen eine
erhöhte Beweglichkeit erfahren. Im Anschluss daran wird
die gesamte Molekülstruktur wieder durch Abkühlen
eingefroren. Durch eine derartige Thermofixierung werden die elastischen
Eigenschaften des Fadens und dessen Formbeständigkeit positiv
beeinflusst.
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Dennoch
ist diese Art der Thermofixierung der Fäden nicht ausreichend
für die Formstabilität von textilen Flächengebilden,
insbesondere von textilen Flächengebilden, wie Cordeinlagen
für Fahrzeugreifen oder Geweben für Förderbänder,
da die Gewebe bei dem Beschichten mit Gummimassen Temperaturen von
150–200°C unterzogen werden. Nun weisen die für
die Herstellung derartiger Gewebe eingesetzten Fäden jedoch
immer noch bestimmte Restschrumpfeigenschaften (bis zu 10% Schrumpf bei
Erwärmung über 150°C) auf, so dass sie
nach dem Weben zu einem textilen Flächengebilde einer weiteren
Thermofixierung unterzogen werden müssen. Hierzu wird das
nach dem Weben ggf. mit einer gummierungsfreundlichen Schicht versehene
Gewebe mechanisch auf einen Rahmen aufgespannt und ggf. getrocknet.
Im Anschluss daran wird das gespannte Gewebe in einer Wärmebehandlungseinheit bei
erhöhten Temperaturen über eine bestimmte Zeitdauer
einer Thermofixierungsbehandlung bei den oben genannten Temperaturen
unterzogen, wobei dann praktisch der gesamte Schrumpf durch diese Thermofixierung
entzogen wird.
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Bei
dieser zweiten Thermofixierung sind jedoch die Investitionskosten
für die Bereitstellung einer derartigen Wärmebehandlungseinheit
sowie die Personalkosten für das Einspannen der zu behandelnden
Gewebe hoch. Insofern wird nach Wegen gesucht, wie die Kosten gesenkt
werden können und ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung
von thermofixierten Geweben bereitgestellt werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein
Verfahren zum Herstellen von thermisch stabilen textilen Flächengebilden
bereitzustellen, mit der die Thermofixierung von textilen Flächengebilden
vereinfacht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es,
die Investitionskosten für die Thermofixierung erheblich
zu senken, da letztlich nur thermisch beheizte Walzen stromauf der
Webmaschine angeordnet sind, während beim Stand der Technik
eine eigene, unabhängig von der Webmaschine betriebene Thermofixierungseinheit
eingesetzt werden muss.
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Überdies
kann die erfindungsgemäße Thermofixierung online
durchgeführt werden, wobei die Geschwindigkeit der Fäden,
die der Thermofixierungseinheit zugeführt werden, von der
Arbeitsgeschwindigkeit der Webmaschine abhängt. Letztere liegt üblicherweise
unterhalb von 8 m/min, d. h. Kettfäden werden mit der gleichen
Geschwindigkeit wie die Webgeschwindigkeit über die beheizten
Walzen zur Thermofixierung geführt. Über die Länge
des Behandlungswegs für die Thermofixierung und damit die
Walzenlänge bzw. Walzenanzahl sowie die Beheizung der walzen
lässt sich dann die exakte Reaktionszeit für die
Thermofixierung einstellen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Thermofixierung gelingt
es, online unmittelbar vor der Webmaschine einen Faden, insbesondere
einen Polyesterfaden, zur Verfügung zu stellen, der praktisch
kein Schrumpfverhalten mehr aufzeigt, so dass es nicht mehr notwendig
ist, ein daraus hergestelltes textilen Flächengebilde nochmals
einer Thermofixierung zu unterziehen.
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Die
Vorrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 2 umfasst die
für die Textilherstellung benötigten Vorrichtungseinheiten.
Zu diesen Vorrichtungseinheiten gehören üblicherweise
eine Fadenversorgungseinheit, eine Webeinheit und eine Wicklereinheit.
Die Fadenversorgungseinheit weist eine Vielzahl von Spulen auf,
deren Fäden bzw. Kettfäden abgewickelt bzw. abgezogen
und in die Webeinheit eingetragen werden. In dieser Webeinheit werden
quer zu der Verlaufsrichtung der Fäden die Schussfäden
sukzessiv eingebracht, so dass ein textiles Flächengebilde
entsteht, das schließlich in der Wicklereinheit aufgewickelt
wird.
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Erfindungsgemäß umfasst
diese Vorrichtung weiterhin eine thermische Fixiereinheit zum thermischen
Behandeln der von den Spulen der Fadenversorgungseinheit abgezogenen
Fäden, wobei die thermische Fixiereinheit der Webeinheit
vorgeschaltet ist.
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Vorteilhaft
an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass
sie die beiden nach dem Stand der Technik bekanntermaßen
getrennt von einander ablaufenden Verfahren der Textilherstellung
und Textilveredelung zusammenführt und dadurch zur Kosteneinsparung
beiträgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht durch die dem Webvorgang in der Webeinheit vorgeschaltete
thermische Behandlung der Fäden bzw. Kettfäden
die Einstellung von deren physikalischen Parametern vor dem Webvorgang.
Im Einzelnen sind dies die Parameter Schrumpf [%] (ASTM
D2102-02), Schrumpfkraft [cN] (ASTM D5591-02),
Bezugsdehnung [%] und Höchstzugkraftdehnung [%] (DIN
EN ISO 2062).
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In
einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung
eine weitere Fixiereinheit zum thermischen Behandeln der Schussfäden,
thermisch behandelten Fäden, wobei die zweite Fixiereinheit der
Webeinheit ebenfalls unmittelbar vorgeschaltet ist. Da es bei Cord-Geweben
nur auf die Zugfestigkeit der Kettfäden ankommt, kann eine
thermische Behandlung der Schussfäden unterbleiben, also
eine derartige weitere Fixiereinheit für die Schussfäden entfallen.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst die Vorrichtung ferner eine erste Speichereinheit zum Speichern
des gewobenen Flächengebildes, eine Tränkungseinheit
zum Beschichten des Flächengebildes mit einer gummifreunlichen
Lösung, wobei die Tränkungseinheit der ersten
Speichereinheit nachgeschaltet ist, eine Trocknungseinheit zum Austreiben
des in der Beschichtung des Flächengebildes enthalte nen
Lösungsmittels und zur Aktivierung der Beschichtung, wobei
die Trocknungseinheit der Tränkungseinheit nachgeschaltet
ist, und eine zweite Speichereinheit zum Speichern des gewobenen
Flächengebildes, die der Trocknungseinheit nachgeschaltet
ist.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst die erste Fixiereinheit eine Vorrichtung mit darin angeordneten
und beheizten Walzen, über welche die einzelnen von der
Fadenversorgungseinheit abgezogenen Fäden durchlaufen.
Dabei können die Oberflächen der 2 und mehr Walzen
mittels in die Vorrichtung eingeführter Heißluft
beheizt werden, wobei die Oberflächen der Walzen auf eine
Temperatur von 120–250°C aufgeheizt werden. Alternativ
dazu ist auch eine im Inneren der Walzen erfolgende Beheizung der
Walzenoberflächen mittels eines Thermoöls denkbar.
Die Wahl der Temperatur hängt vom jeweiligen eingesetzten Polymermaterial,
z. B. Polyester, Aramide, Polyamide oder Reyons, sowie der Konstruktion
der Fasern bzw. Fäden ab. Sie liegt vorteilhafterweise
5–10°C unter der Plastifiziertemperatur des Polymer,
bei der das Polymer vor dem Schmelzen erweicht (ca. 230°C bei
Polyester hochfest).
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
laufen die beheizten Walzen der ersten Fixiereinheit gleichsinnig
und mit gleichen Umdrehgeschwindigkeiten ohne Reckung der Fäden um.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst eine Trocknungseinheit, durch die das Flächengebilde
nach dem Dippen mit einer gummierfreundlichen Lösung zum
Trocknen und Aktivieren läuft. Innerhalb des Gehäuses
können Infrarotstrahler zur Beheizung vorgesehen sein.
Andererseits kann auch mit Heißluft vorzugsweise auf eine
Temperatur von 120–250°C aufgeheizt werden.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst die Trocknungseinheit einen ersten und einen zweiten Umlufttrockner,
wobei die beiden Trockner längsseitig nebeneinander oder aneinander
liegend angeordnet sind. Die beiden Trockner werden dabei vorzugsweise
bei einer Temperatur von 150–250°C betrieben.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst die zweite Speichereinheit analog zur ersten Speichereinheit
eine erste und eine zweite Reihe von Umlenkrollen, wobei die beiden
Reihen in einem Abstand versetzt zueinander angeordnet sind.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnung eingehend erläutert.
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Es
zeigt die Figur schematisch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Fadenversorgungseinheit 2,
die hier nur angedeutet ist, mit einer Vielzahl von Spulen, eine
erste Fixiereinheit 12 zum thermischen Behandeln der von den
Spulen der Fadenversorgungseinheit 2 abgezogenen Fäden 6 bzw.
Kettfäden, eine Webeinheit 4 zur Eintragung von
Kettfäden und Schussfäden quer zu deren Verlaufsrichtung
VR, eine zweite Fixiereinheit 14 zum Behandeln der Schussfäden
nach deren Eintragung in die zu verwebenden, thermisch behandelten
Fäden 6, eine erste Speichereinheit 16 zum
Speichern des gewobenen Flächengebildes 10, eine Tränkungseinheit 18 zum
Beschichten des Flächengebildes 10, eine Trocknungseinheit 20 zum
Austreiben des in der Beschichtung des Flächengebildes 10 enthaltenen
Lösungsmittels und zur Aktivierung der Beschichtung, eine
zweite Speichereinheit 22 zum Speichern des Flächengebildes 10 und
eine Wicklereinheit 8 zum Aufwickeln des in der Webeinheit 4 hergestellten
Flächengebildes 10.
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Im
Einzelnen funktioniert die erfindungsgemäße Vorrichtung
wie folgt. Von den Spulen der Fadenversorgungseinheit 2 werden
die zu verwebenden Fäden 6 bzw. Kettfäden über
eine beheizte Walzenanordnung 24 innerhalb des Gehäuses 26 der ersten
Fixiereinheit 12 vorzugsweise bei Temperaturen von 5–10°C
unterhalb der Platifizierungstemperatur des Polymer über
einen Zeitraum von 10 sec bis 150 sec gezogen und der Webeinheit 4 zugeführt. Die
Walzen 24a, 24b der Walzenanordnung 24 werden
synchron zur Webeinheit 4 angetrieben, wobei die Walzen 24a, 24b derart
gegeneinander eingestellt sind, dass sie gleichsinnig mit gleichen
Drehgeschwindigkeiten umlaufen. Die Oberflächen der Walzen 24a, 24b werden
vorzugsweise mittels in das Gehäuse 26 eingeführter
Heißluft auf eine Temperatur von 120–250°C
aufgeheizt, so dass die Fäden 6 beim Durchlaufen
des Walzenpaares 24 während des Kontaktes mit
den Walzen 24a, 24b über eine Zeit von
10–150 s derart wärmebehandelt bzw. fixiert werden,
dass die physikalischen Schrumpfkräfte der Fäden 6 freigesetzt
werden und die Fadenschrumpfung einsetzt. Durch die Wärmebehandlung
in der Fixiereinheit 12 stehen somit bereits für
den Webvorgang in der Webeinheit 4 thermomechanisch vorkonditionierte
Kettfäden 6 zur Verfügung, die vorteihafterweise
im wesentlichen schrumpffrei sind, d. h. deren Schrumpf bis zu kleiner
1, vorzugsweise unter 0,7% liegt. Im Einzelnen werden während
der Verweilzeit der Fäden 6a in der Fixiereinheit 12 die
folgenden physikalischen Parameter der Fäden 6 vor
dem Webvorgang und während des Webvorgangs in der Webeinheit
eingestellt: Schrumpf [%] (ASTM D2102-02), Schrumpfkraft
[cN] (ASTM D5591-02), Bezugsdehnung [%] und Höchstzugkraftdehnung
[%] (DIN EN ISO 2062). Die Walzenanordnung ist
im übrigen nicht auf die gezeigten Walzen 24a, 25b beschränkt.
Vielmehr kann je nach Einsatz eine Vielzahl von Walzen in der Walzenanordnung
vorgesehen sein, die auch mit unterschiedlichen Temperaturen beheizt
sein können.
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Über
einen Schwingbaum 32 als Spannvorrichtung, der die Längenunterschiede
der Fäden 6 automatisch ausgleicht und somit die
Spannung in den Fäden 6 gleich hält,
gelangen die Fäden 6 schließlich in die
Webeinheit 4, in der quer zur Verlaufsrichtung VR der Kett-Fäden 6 Schussfäden,
die hier nicht dargestellt sind, sukzessiv eingebracht werden, so
dass ein textiles Flächengebilde 10 als Gewebe
entsteht. Gewebt wird in der Webeinheit 4 mit einer Geschwindigkeit
von ca. 8 m/min bei der Cord-Gewebeherstellung, ansonsten mit 1–2-m/min bei
anderen technischen Geweben (Förderbandgewebe).
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Die
Schussfäden werden über eine zweite Fixiereinheit 14,
die ein Gehäuse 28 mit einem darin angeordneten
und beheizten Walzenpaar 30 aufweist, dessen Walzen 30a, 30b vorzugsweise
als zwei mit Heißluft durchströmte Walzen ausgebildet sind,
fixiert. Dabei werden die Oberflächen der Walzen 30a, 30b auf
eine Temperatur von vorzugsweise 120–250°C aufgeheizt.
In dieser zweiten Fixiereinheit 14 werden lediglich die
in die Kettfäden eingebrachten Schussfäden thermisch
nachbehandelt bzw. fixiert, so dass im Anschluss an diese Nachbehandlung
ein homogenes und thermomechanisch behandeltes Fertiggewebe zur
Weiterbehandlung zur Verfügung steht. Diese thermische
Nachbehandlung der Schussfäden kann einen ähnlichen
Einfluss wie die thermische Behandlung der Fäden 6 haben.
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Nach
der Webeinheit 4 durchläuft das Flächengebilde 10 eine
Speichereinheit 16, die eine erste und zweite Reihe von
Umlenkrollen 34, 36 aufweist, wobei die beiden
Reihen in einem Abstand versetzt zueinander angeordnet sind.
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Im
Anschluss daran durchläuft das Flächengebilde 10 die
Tränkungseinheit 18, in der das Flächengebilde 10 mit
einer die Gummierung der Polymeroberflächen unterstützenden
Masse (wässrige Resorcin-Formaldehyd-Latex-Systeme) beschichtet wird,
um anschließend die zweckmäßigerweise
vertikale Trocknungseinheit 20 zu durchlaufen, die einen ersten
Umlufttrockner 38 und einen zweiten Umlufttrockner 40 aufweist,
wobei die beiden Trockner 38, 40 vorzugsweise
längsseitig aneinander liegend angeordnet sind. Während
einer Durchlaufzeit bzw. Verweilzeit von weniger als 2 min in der
Trocknungseinheit 38 bei einer Temperatur von vorzugsweise 150–250°C
wird das in der Beschichtung des Flächengebildes 10 enthaltene
Wasser ausgetrieben und die Beschichtung aktiviert. Der Aufbau und
die Funktionsweise derartiger Umlufttrockner als solche sind dem
Fachmann bekannt, so dass im Rahmen dieser Anmeldung auf den Aufbau
und die Funktionsweise nicht näher eingegangen wird.
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Bevor
das Flächengebilde 10 schließlich in einer
Wicklereinheit 8 aufgewickelt wird, durchlauft es noch
die zweite Speichereinheit 22, die genauso wie die erste
Speichereinheit 16 eine erste und eine zweite Reihe von
Umlenkrollen 42, 44 aufweist, wobei die beiden
Reihen in einem Abstand versetzt zueinander angeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ASTM D2102-02 [0015]
- - ASTM D5591-02 [0015]
- - DIN EN ISO 2062 [0015]
- - ASTM D2102-02 [0026]
- - ASTM D5591-02 [0026]
- - DIN EN ISO 2062 [0026]