-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filamentverbindungen
an einen laufenden multifilen Faden gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zu Durchführung des
Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
8.
-
Die
Herstellung von synthetischen Fäden basiert darauf, dass
in einem Schmelzspinnprozess zunächst eine Vielzahl von
feinsten strangförmigen Filamenten aus einem Polymermaterial
extrudiert werden. Nach dem Erstarren der feinen Filamente werden
diese zu einem Faden zusammengeführt. Um insbesondere für
Weiterbearbeitungsprozesse einen Zusammenhalt der einzelnen Filamente
innerhalb des Fadens zu gewährleisten, ist es allgemein
bekannt, den Faden bzw. die Filamente innerhalb des Fadens derart
zu behandeln, dass sich Filamentverbindungen zwischen den einzelnen
Filamenten ergeben. Derartige Filamentverbindungen in einem multifilen
Faden lassen sich beispielsweise durch ein Verwirbeln der Filamente
mittels Druckluft oder eine Kräuselung der Filamente erreichen.
Im Stand der Technik sind jedoch auch Verfahren bekannt, bei welchem
die Filamentverbindungen durch ein Ultraschallschweißen
hergestellt werden.
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung Filamentverbindungen
an einem laufenden multifilen Faden durch ein Ultraschallschweißen
ist beispielsweise aus der
US
4,173,115 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren und bei
der bekannten Vorrichtung werden zwei multifile Fäden mittels
einem Ultraschallschweißen zu einem Verbundfaden zusammengefügt.
Der Verbundfaden wird hierzu in einer Ultraschallklemmstelle zwischen
einem Sonotrodenmittel und einem Führungsmittel geführt.
Das Sonotrodenmittel ist als rotierende Rolle ausgebildet, die am
Umfang eine Fadenführungsnut aufweist. Der Fadenführungsnut
ist an einer Stelle des Umfangs der Rolle das Führungsmittel
zugeordnet, das schwenkbar an der Rolle gehalten ist und mit einer
im Abstand zur Rolle gehaltenen Kulissenbahn zusammenwirkt. Die
Kulissenbahn ist derart ausgebildet, dass während der Drehung
der Rolle das Führungsmittel durch die Kulissenbahn in
Richtung der Fadenführungsnut verschwenkt wird und somit
eine Klemmstelle zwischen einer Arbeitsfläche des Sonotrodenmittels
und einer Gegenfläche des Führungsmittels erzeugt,
in welcher eine Verschweißung der Filamente eintritt. Bei
dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung lassen sich
pro Umdrehung der Rolle somit jeweils eine Verbindungsstelle zwischen
den Filamenten in dem multifilen Faden erzeugen.
-
Das
bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung sind somit völlig
ungeeignet, um in einem mit hoher Geschwindigkeit laufenden Faden
eine Vielzahl von Verbindungsstellen nacheinander zu erzeugen. Zudem
wird das Sonotrodenmittel als Führungselement für
den Faden eingesetzt, so dass aufgrund der Schwingungsanregung der
Sonotrode eine ruhige Fadenführung nicht möglich
ist.
-
Im
Stand der Technik sind jedoch auch andere Verfahren und Vorrichtungen
zum Ultraschallverschweißen von Fasern innerhalb eines
Gewebes bekannt, wie beispielsweise in der
DE 32 25 400 A1 offenbart
ist. Derartige Verfahren und Vorrichtungen basieren darauf, dass
das Gewebe beispielsweise ein Vlies über den Umfang einer
sich drehenden Walze geführt wird. An einer Stelle des
Umfangs ist der Walze ein Sonotrodenmittel zugeordnet, das mit hoher
Frequenz eine Ultraschallklemmstelle am Umfang der Walze erzeugt
und zum Verschweißen der Fasern führt. Derartige
Verfahren und Vorrichtungen besitzen jedoch grundsätzlich
den Nachteil, dass die Klemmstellen bei höheren Geschwindigkeiten
der Gewebebahn ein Aufstauchen der Fasern bewirkt. Insoweit sind
diese Verfahren und Vorrichtungen nicht geeignet, um an einem Faden,
der beispielsweise innerhalb eines Schmelzspinnprozesses mit Fadengeschwindigkeiten
von über 3.000 m/min geführt wird, wiederkehrende
Verbindungsstellen zu erzeugen.
-
Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Filamentverbindungen an einem laufenden multifilen
Faden der gat tungsgemäßen Art bereitzustellen,
mit welchem bzw. welcher an einem mit hohen Fadenlaufgeschwindigkeiten
beispielsweise in einem Schmelzspinnprozess geführten Faden
durch Ultraschallschweißen ein Fadenschluß erzeugt
werden kann.
-
Ein
weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung von Filamentverbindungen durch Ultraschallschweißen herzustellen,
bei welchem insbesondere die textilen Eigenschaften des Fadens im
wesentlichen durch die Filamentverbindungen unbeeinflusst bleiben.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren
dadurch gelöst, dass die Gegenfläche des Führungsmittels
und die Arbeitsfläche des Sonotrodenmittels unabhängig
voneinander in Laufrichtung des Fadens bewegt werden und dass der
Faden kontinuierlich durch die Ultraschallklemmstelle geführt wird.
-
Für
eine Vorrichtung lässt sich diese Aufgabe dadurch lösen,
dass das Sonotrodenmittel und das Führungsmittel mit einem
Klemmabstand gegenüberliegend gehalten sind und die Uitraschallklemmstelle
bilden, wobei die Gegenfläche des Führungsmittels
und die Arbeitsfläche des Sonotrodenmittes unabhängig
voneinander in Laufrichtung des Fadens bewegbar ausgebildet sind
und wobei der Faden kontinuierlich durch die Ultraschallklemmstelle
führbar ist.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen
der jeweiligen Unteransprüche definiert.
-
Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb der Klemmstelle
im wesentlichen keine Haltekräfte auf dem Faden ausgeübt
werden. Der Ultraschallklemmspalt wird permanent zwischen den sich
bewegenden Arbeitsfläche des Sensormittels und Gegenfläche
des Führungsmittels gebildet. Die Bewegung der Flächen
ist gleichgerichtet zu der Fadenlaufrichtung, so dass geringe Relativgeschwindigkeiten
zwischen den Filamenten und den Flächen eintritt, was insbesondere
die Schwingungsanregung der Filamente und das mit das Aufschmelzen
von Filamentverbindungen begünstigt. Selbst bei hohen Fadengeschwindigkeiten
kön nen Filamentverbindungen erzeugt werden. Neben der Schwingungsanregung
führt das Sonotrodenmittel somit noch eine überlagerte
die Fadenführung begünstigende Bewegung gemeinsam
mit dem Führungsmittel aus.
-
Um
eine pro Fadenlänge vorgegebene Anzahl von Verbindungsstellen
der Filamentverbindungen erzeugen zu können, ist die Verfahrensvariante bevorzugt
verwendet, bei welcher der Faden in der Ultraschallklemmstelle abwechselnd
mit und ohne Klemmung geführt wird, wobei die Gegenfläche
oder die Arbeitsfläche mit einer rotationssymmetrischen Oberflächenstruktur
ausgebildet ist. Damit können in Abhängigkeit
von der Fadengeschwindigkeit in bestimmten Abständen innerhalb
des Fadens die gewünschten Filamentverbindungen hergestellt
werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
hierzu an der Gegenfläche des Führungsmittels
oder an der Arbeitsfläche des Sonotrodenmittels eine rotationssymmetrische
Oberflächenstruktur auf, die den Klemmabstand der Ultraschallklemmstelle
abwechselnd vergrößert und verkleinert. So werden
im verkleinerten Zustand die erforderlichen Aufschmelzungen an den
Filamenten erzeugt und die Filamentverbindungen hergestellt. Dagegen
kommt es bei einem größeren Klemmabstand zu keiner
Filamentverbindung zwischen den einzelnen Filamenten des Fadens.
Diese Verfahrensvariante sowie die Variante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind somit besonders geeignet, um in einem Schmelzspinnprozess
an einem multifilen Faden einen Fadenschluß zu erzeugen.
-
Da
eine Filamentverbindung sowohl zwischen einzelnen Filamenten als
auch zwischen einer ganzen Gruppe von Filamenten herstellbar sind,
ist die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft, bei welcher der
Faden die Klemmstelle in einem gespannten Zustand durchläuft,
wobei eine Verteilung der Filamente des Fadens durch zwei Führungsflanken
erzeugt werden, die mit der Gegenfläche eine umlaufende
Führungsnut an dem Führungsmittel bilden. Die
erfindungsgemäß Vorrichtung wird hierzu bevorzugt
derart weitergebildet, dass als Führungsmittel eine Führungswalze
verwendet wird, die am Umfang eine durch die Gegenfläche
und zwei angrenzende Führungsflanken gebildete Führungsnut
aufweist. Durch die Form und die Gestaltung der Führungsnut in
Abhängigkeit von einem Gesamttiter des Fadens lässt
sich innerhalb der Ultraschallklemmstelle eine Verteilung der Filamente
einstellen, die je nach Erfordernis einzelne oder mehrere Filamente
in einem gemeinsamen Aufschmelzpunkt verbinden. Desweiteren werden
hochfrequenten Schwingungen des Sonotrodenmittels nur in der Ultraschallklemmstelle
in den Faden eingeleitet. Die Fadenführung erfolgt am Umfang
des Führungsmittels, so dass eine sichere und ruhige Fadenführung
gewährleistet ist. Das Auftreten von überlagerten
Schwingungen an dem geführten Faden lassen sich dadurch
vermeiden.
-
Um
möglichst den multifilen Charakter des Fadens auch innerhalb
einer Verbindungsstelle erhalten zu können, hat sich die
Verfahrensvariante besonders bewährt, bei welcher während
der Klemmung des Fadens in der Ultraschallklemmstelle eine Mehrzahl
von Filamentverbindungen zwischen den Filamenten des Fadens durch
eine Gravur der Oberflächenstruktur erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
lässt sich hierzu bevorzugt derart ausbilden, dass die
Oberflächenstruktur in der Gegenfläche des Führungsmittels
oder in der Arbeitsfläche des Sontotrodenmittels eine Mehrzahl
gleichmäßig an einem Umfang verteilter Druckflächen
aufweist, die jeweils eine Gravur enthalten. Dabei ist die Verteilung
der Filamente innerhalb der Ultraschallklemmstelle und die Gravur
an den Druckflächen der Oberflächenstruktur aufeinander
abgestimmt, so dass beispielsweise nur wenige sich kreuzende Filamente
innerhalb des Fadenverbundes verschweißt werden.
-
Die
Flexibilität zur Führung des Fadens sowie zur
Ausbildung der Ultraschallklemmstelle lässt sich noch dadurch
erhöhen, dass die Bewegung der Gegenfläche durch
einen Drehantrieb des rotationssymmetrisch ausgebildeten Führungsmittels
und die Bewegung der Arbeitsfläche durch einen zweiten Drehantrieb
des rotationssymmetrisch ausgebildeten Sonotrodenmittels gesteuert
werden. Damit lassen sich auch Relativgeschwindigkeiten an den Flächen der
Ultraschallklemmstelle erzeugen.
-
Bevorzugt
werden die Umfangsgeschwindigkeiten der Gegenfläche und
die Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitsfläche jedoch gleichgroß ausgeführt,
um innerhalb der Ultraschallklemmstelle an dem multifilen Faden
zu beiden Seiten gleiche Bedingungen zu erhalten.
-
Der
Faden lässt sich mit einer Fadengeschwindigkeit durch die
Ultraschallklemmstelle führen, die unabhängig
von der Bewegung der Gegenfläche des Führungsmittels
und der Arbeitsfläche des Sonotrodenmittels wählbar
ist. Damit lassen sich auch innerhalb der Führungsnut überlagerte
Reibungen an den Filamenten erzeugen.
-
Zum
Einbringen der hochfrequenten Schwingungen in die Filamente des
Fadens weist die erfindungsgemäß Vorrichtung bevorzugt
eine Rotationssonotrode mit einem scheibenförmigen Resonanzkragen
auf, wobei die Arbeitsfläche am Umfang des Resonanzkragens
ausgebildet ist. Dadurch lassen sich die in dem Resonanzkragen erzeugten
Ultraschallschwingungen im wesentlichen senkrecht in die Filamente
des Fadens einbringen.
-
Die
Rotationssonotrode und die Führungswalze werden durch separate
Drehantriebe angetrieben, so dass der Resonanzkragen unmittelbar
mit der Führungsnut am Umfang der Führungswalze
zusammenwirkt. Die Drehantriebe der Führungswalze und der
Rotationssonotroden werden bevorzugt unabhängig voneinander
gesteuert, so dass der Durchmesser des Resonanzkragens und der Durchmesser der
Führungswalze beliebig wählbar sind.
-
Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher
beschrieben.
-
Es
stellen dar:
-
1 schematisch
eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
-
2 schematisch
eine Längsschnittansicht des Ausführungsbeispiels
aus 1
-
3 eine
Teilansicht der Gegenfläche des Ausführungsbeispiels
nach 2
-
4 schematisch
eine Teilansicht der Führungsnut des Ausführungsbeispiels
nach 1
-
In
den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
in mehreren Schnittansichten dargestellt. 1 zeigt
das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einer Querschnittsansicht. In 2 ist das
Ausführungsbeispiel in einer Längsschnittansicht
gezeigt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der
Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für
beide Figuren.
-
Das
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens weist eine Ultraschweißeinrichtung 18 auf,
die aus einem Sonotrodenmittel 2 und einem Führungsmittel 3 gebildet
ist. An denn Sonotrodenmittel 3 ist ein rotationssymmetrische
Arbeitsfläche 5 ausgebildet, die mit einer rotationssymmetrischen
Gegenfläche 6 des Führungsmittels 3 zusammenwirkt
und eine Ultraschallklemmstelle 4 bilden. Das Sonotrodenmittel 2 und
das Führungsmittel 3 sind hierzu gegenüberliegend
angeordnet.
-
Das
Sonotrodenmittel 2 ist als eine Rotationssonotrode 14 ausgebildet,
die mit einer Ultraschallquelle 15 gekoppelt ist. Die Rotationssonotrode 14 weist
einen scheibenförmigen umlaufenden Resonanzkragen 16 auf,
der am Umfang die Arbeitsfläche 5 bildet. Zum
Antrieb ist die Rotationssonotrode 14 mit einen Drehantrieb 17.1 verbunden.
-
Der
Resonanzkragen 16 wirkt mit einer Führungsnut 10 am
Umfang des Führungsmittels 3 zusammen. Das Führungsmittel 3 ist
hierzu durch eine Führungswalze 8 gebildet, die
im Nutgrund der Führungswalze 8 die Gegenfläche 6 bildet.
Die Führungswalze 8 ist mit einem Drehantrieb 17.2 verbunden.
-
Die
Gegenfläche 6 im Nutgrund der Führungsnut 10 weist
eine Oberflächenstruktur 11 auf, die durch eine
Mehrzahl gleichmäßig am Umfang verteilte Druckstege 12 gebildet
ist.
-
Zur
weiteren Erläuterung der Gegenfläche 6 im
Nutgrund der Führungsnut 10 wird auf die 3 und 4 ebenfalls
Bezug genommen. In 3 ist eine Längsschnittansicht
eines sich durch die Oberflächenstruktur 11 in
der Gegenfläche 6 gebildeten Druckstegs 12 gezeigt. 4 stellt
den Drucksteg 12 in einer Draufsicht der Führungsnut 10 dar.
-
Wie
aus der 2 ersichtlich ist, sind die Druckstege 12 durch
die Oberflächenstruktur 11 der Gegenfläche 6 gleichmäßig
am Umfang der Führungsnut 10 verteilt ausgebildet.
Jeder der Druckstege 12 ragt aus der Führungsnut 10 hervor,
so dass bei Drehung der Führungswalze 8 der Klemmabstand
zwischen der Arbeitsfläche 5 am Umfang des Resonanzkragens 16 und
der Gegenfläche 6 der Führungswalze 8 abwechselnd
vergrößert und verkleinert wird. Für
den Fall, dass einer der Druckstege 12 sich in der Ultraschallklemmstelle 4 befindet,
erfolgt eine Verschweißung der zwischen der Arbeitsfläche 5 und
der Gegenfläche 6 geführten Filamente.
-
Wie
in 3 und 4 dargestellt ist, weißt die
Oberfläche der Druckstege 12 eine Gravur 13 auf. Die
Gravur 13 in dem Drucksteg 12 ist in diesem Fall beispielhaft
durch sich kreuzend Nuten gebildet, so dass sich ein Muster von
Vertiefungen einstellt.
-
Die
Gegenfläche 6 im Nutgrund der Führungsnut 10 ist
zu beiden Stirnseiten der Führungswalze 8 durch
jeweils eine Führungsflanke 9.1 und 9.2 begrenzt.
Die Führungsflanken 9.1 und 9.2 begrenzen
somit den Führungsbereich eines die Ultraklemmstelle 4 durchlaufenden
Fadens.
-
Wie
in 2 dargestellt ist, sind zu beiden Seiten der Ultraschallschweißeinrichtung 18 jeweils ein
Galettenlieferwerk 7.1 und 7.2 angeordnet. Zwischen
den Galettenlieferwerken 7.1 und 7.2 ist in Faden 1 geführt,
der im wesentlichen tangential zur Führungswalze 8 die
Ultrasschallklemmstelle 4 durchläuft.
-
Um
an einem durch die Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 geführten
mutlifilen Fäden Filamentverbindungen herzustellen, wird
das Galettenlieferwerk 7.2 vorzugsweise mit etwas höherer
Umfangsgeschwindigkeit betrieben, als das Galettenlieferwerk 7.1.
Somit wird der Faden 1 unter Einfluß einer Zugspannung
im geraden Lauf durch die Ultraschallklemmstelle 4 zwischen
der Rotationssonotrode 14 und der Führungswalze 8 geführt.
Zur Herstellung der Filamentverbindungen wird die Rotationssonotrode 14 durch
eine Ultraschallquelle 15 mit einer bereitgestellten Frequenz
angeregt, so dass der Resonanzkragen 16 eine im wesentlichen
radial gerichtete Schwingungsamplitude ausführt. So werden
hochfrequente Schwingungen im Bereich von 30 kHz an der Rotationssonotrode 14 erzeugt.
Gleichzeitig wird die Rotationssonotrode 14 durch den Drehantrieb 17.1 in Fadenlaufrichtung
angetrieben. Die Führungswalze 8 wird ebenfalls
durch den Drehantrieb 17.2 in Fadenlaufrichtung angetrieben,
so dass sich die Arbeitsfläche 5 und die Gegenfläche 6 gleichgerichtet
in der Ultraschallklemmstelle 4 bewegen. Die Umfangsgeschwindigkeit
der Arbeitsfläche 5 und die Umfangsgeschwindigkeit
der Gegenfläche 6 werden bevorzugt gleichgroß eingestellt.
Dagegen ist die Fadengeschwindigkeit des Fadens 1 unabhängig
durch die Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 einstellbar.
-
Bei
Drehung der Führungswalze 8 gelangen abwechselnd
jeweils ein Drucksteg 12 in den Bereich der Ultraschallklemmstelle 4,
so dass eine Klemmung der Filamente des Fadens derart gewährt
wird, dass sich kreuzende Filamentstränge aufgrund der Schwingungsanregung
aufschmelzen und zu den Filamentverbindungen fuhren.
-
Die
Verteilung der Filamente des Fadens in der Ultraschallklemmstelle 4 wird
durch die seitliche Begrenzung durch die Führungsflanken 9.1 und 9.2 bestimmt.
Um möglichst innerhalb einer Verbindungsstelle eine Vielzahl
von Filamentverbindungen weniger Filamente zu erhalten, ist die
Gravur 13 an der Oberfläche des Drucksteges 12 sowie
die Verteilung der Filamente des Fadens aufeinander abgestimmt.
So lassen sich komplette Durchschweißungen aller Filamente
vermeiden. Der multifile Charakter des Fadens 1 bleibt
durch die Mehrzahl der Filamentverbindungen innerhalb einer Verbindungsstelle weitgehend
erhalten. Insofern ist die gezeigte Ausbildung der Arbeitsfläche 5 und
der Gegenfläche 6 besonders geeignet, um den textilen
Fäden einen Fadenschluß oder eine Kompaktierung
mehrerer Teilfäden durchzuführen.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung sind somit besonders geeignet, um unmittelbar in einem
Schmelzspinnprozess integriert zu werden. Hierbei ist es unerheblich, ob
der Faden durch Bündelung einer Filamentschar oder durch
Bündelung mehrerer Teilfäden zuvor gebildet wurde.
Ebenfalls können die Filamente bereits Verwirbelungen oder
Kräuselungen aufweisen, da diese bei der Herstellung der
Filamentverbindungen unproblematisch sind.
-
Das
in 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel
ist im Aufbau und Anordnung der Bauteile der Ultraschallschweißeinrichtung
beispielhaft. Grundsätzlich lässt sich die Oberflächenstruktur auch
vorteilhaft in die Arbeitsfläche 5 integrieren.
Zudem sind andere Oberflächenstrukturen und Gravuren in
der Arbeitsfläche oder der Gegenfläche ohne Probleme
realisierbar.
-
- 1
- Faden
- 2
- Sonotrodenmittel
- 3
- Führungsmittel
- 4
- Ultraschallklemmstelle
- 5
- Arbeitsfläche
- 6
- Gegenfläche
- 7.1,
7.2
- Galettenlieferwerk
- 8
- Führungswalze
- 9.1.,
9.2
- Führungsflanken
- 10
- Führungsnut
- 11
- Oberflächenstruktur
- 12
- Drucksteg
- 13
- Gravur
- 14
- Rotationssonotrode
- 15
- Ultraschallquelle
- 16
- Resonanzkragen
- 17.1,
17.2
- Drehantrieb
- 18
- Ultraschallschweißeinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4173115 [0003]
- - DE 3225400 A1 [0005]