DE102016119859A1

DE102016119859A1 - Staple fiber cutting machine for the production of staple fibers

Info

Publication number: DE102016119859A1
Application number: DE102016119859.5A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm-Martin Callsen-Bracker; Ralph Bressmer
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN106835368A; CN106835368B

Abstract

Bei der Herstellung von Stapelfasern wird ein Tow aus einer Vielzahl polymerer Filamente in einer Stapelfaserschneidmaschine zu kurzen Stapelfasern zerschnitten. Bei bekannten Stapelfaserschneidmaschinen, deren Messer horizontal angeordnete Messerkanten aufweisen, sind die Messerflanken der Messer parallel zu einer Messerträgerachse angeordnet. Bei Betrieb einer solchen Stapelfaserschneidmaschine treten häufig Messerbrüche auf. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stapelfaserschneidmaschine mit horizontal angeordneten Messerkanten bereitzustellen, welche eine geringe Gefahr von Messerbrüchen aufweist, ohne dass dabei die Performance bzw. die Schneidleistung in Mitleidenschaft gezogen wird. Dies wird durch eine Schrägstellung der Messer erreicht. Die Messerflanken der Messer weisen dabei einen Messerwinkel zu der Messerträgerachse auf. Mittels der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine ist somit eine besonders wirtschaftliche Produktion von Stapelfasern möglich.In the manufacture of staple fibers, a tow of a plurality of polymeric filaments is cut into short staple fibers in a staple fiber slicer. In known staple fiber cutting machines whose knives have horizontally arranged knife edges, the knife edges of the knives are arranged parallel to a knife carrier axis. When operating such a staple fiber cutting machine often knife breaks occur. The aim of the present invention is to provide a staple fiber cutting machine with horizontally arranged knife edges, which has a low risk of knife breaks, without thereby the performance or the cutting performance is affected. This is achieved by an inclination of the knife. The knife edges of the knives in this case have a knife angle to the knife carrier axis. By means of the staple fiber cutting machine according to the invention thus a particularly economical production of staple fibers is possible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stapelfaserschneidmaschine zur Herstellung von Stapelfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a staple fiber cutting machine for producing staple fibers according to the preamble of claim 1.

Zur Herstellung von Stapelfasern sind Stapelfaseranlagen bekannt, in welchen aus einem Tow aus Kunststofffasern kurze Stapelfasern hergestellt werden. Diese Anlagen sind entweder einstufig oder zweistufig aufgebaut. Der einstufige Prozess beinhaltet das Schmelzspinnen der Kunststofffasern, das Zusammenführen dieser zu dem Tow, ein Verstrecken des Tows sowie weitere Wärmebehandlungen. Weiterhin erfolgt gegebenenfalls eine Kräuselung der Kunststofffasern in einem Crimper. Zuletzt wird das Tow in einer Stapelfaserschneidmaschine zu den Stapelfasern zerschnitten. In einem zweistufigen Prozess erfolgt eine zwischenzeitliche Ablage der zu Faserkabeln zusammengeführten Kunststofffasern in Ablagekannen. In einer sogenannten Faserstraße werden aus mehreren Ablagekannen Faserkabel abgezogen, aus welchen das Tow gebildet wird. In der Faserstraße erfolgt eine weitere Behandlung des Tows an dessen Ende das Zerschneiden dieses Tows mittels der Stapelfaserschneidmaschine steht. Die hergestellten Stapelfasern können in weiterführenden Prozessen zum Beispiel als Ersatz für Baumwollfasern dienen. For the production of staple fibers staple fiber plants are known in which from a tow of plastic fibers short staple fibers are produced. These systems are either single-stage or two-stage. The one-step process involves melt spinning the plastic fibers, merging them into the tow, stretching the tow, and other heat treatments. Furthermore, if necessary, a crimping of the plastic fibers in a crimper. Finally, the tow is cut into the staple fibers in a staple fiber cutter. In a two-stage process, interim storage of the plastic fibers gathered in fiber bundles in storage cans takes place. In a so-called fiber line fiber cables are deducted from several storage cans, from which the tow is formed. In the fiber line, a further treatment of the tow occurs at the end of which the cutting of this tow is effected by means of the staple fiber cutting machine. For example, the staple fibers produced may serve as a replacement for cotton fibers in further processing.

Eine gattungsgemäße Stapelfaserschneidmaschine ist in der DE 3105877 A1 beschrieben. In einem Messerträger sind eine Vielzahl von Messern horizontal zu einem Kreis angeordnet. Messerkanten, durch welche der Schnitt des Tows zu Stapelfasern erfolgt, sind dabei radial ausgerichtet. Angrenzend an die Messerkanten bildet sich ein Ringkanal aus, in welchem das Tow in mehreren Umschlingungen geführt ist. Der Ringkanal wird durch die Messerkanten, den Messerträger und einen Andruckring gebildet. Sowohl Messerträger wie auch Andruckring sind drehbar gelagert, wobei der Messerträger mittels einer Antriebswelle in Rotation versetzt werden kann. Die Drehachsen von Messerträger und Andruckring weisen dabei einen Winkel zueinander auf, so dass sich die Höhe des Ringkanals ständig ändert. Der Schnitt des Tows zu Stapelfasern erfolgt in einem Bereich des Ringkanals, in welchem dessen Höhe abnimmt bis zu einem Wendepunkt, ab welchem sich die Höhe wieder vergrößert. Im vorgenannten Bereich wirkt eine Kraft von dem Andruckring auf das Tow in Richtung der Messerkanten. Dieser sogenannte Schneidbereich erstreckt sich je nach Produkt und weiteren Herstellungsparametern über circa ein Viertel des Kreisumfangs des Messerträgers. Nach ihrem Schnitt fallen die Stapelfasern aufgrund der Schwerkraft in einen unterhalb der Stapelfaserschneidmaschine angeordneten Auffangbehälter. Ein jedes Messer besteht aus seiner Messerkante und zweier Messerflanken, an welchen die durch die Messerkanten zerteilten Stapelfasern bei Betrieb der Stapelfaserschneidmaschine nach Ihrem Schnitt entlanggleiten. So entstehen Druckkräfte auf die Messer, welche senkrecht zu den Messerflanken wirken und Reibkräfte, welche parallel zu den Messerflanken verlaufen. Die Druckkräfte auf die Messerflanken entstehen, da die Messerflanken parallel zu einer Messerträgerachse ausgerichtet sind und deswegen einen Winkel zur Kraft aufweisen, welche durch den Andruckring auf das Tow aufgebracht wird. Dieser Winkel entspricht im Extremfall dem Winkel zwischen der Messerträgerachse und der Andruckringachse. In dem Punkt, in welchem die Höhe des Ringkanals am kleinsten ist, gehen die Druckkräfte auf die Messer gegen Null, da hier die Kraft vom Andruckring auf das Tow und somit auf die Messerflanken parallel zu diesen Messerflanken verläuft. Die in der bekannten Vorrichtung auftretenden Druckkräfte auf die Messer sind insgesamt sehr hoch, was zu einen starken Durchbiegung der Messer entgegen ihrer Laufrichtung führt. Die Gefahr von Messerbrüchen ist somit sehr hoch. Diesen Messerbrüchen könnte durch Auswahl eines entsprechenden Werkstoffes für die Messer entgegengewirkt werden, welcher eine hohe Festigkeit in Bezug auf die Biegebelastung aufweist. Solche Werkstoffe eignen sich allerdings schlecht zur Nutzung als Schneidwerkzeug, da sie eine geringe Härte aufweisen, so dass die Schneidkanten schnell verschleißen. Solch verschlissene Schneidkanten machen einen sauberen Schnitt unmöglich. A generic staple fiber cutting machine is in the DE 3105877 A1 described. In a knife carrier, a plurality of knives are arranged horizontally to a circle. Knife edges, through which the cut of the tow is made into staple fibers, are aligned radially. Adjacent to the knife edges, an annular channel is formed, in which the tow is guided in several wraps. The ring channel is formed by the knife edges, the knife carrier and a pressure ring. Both blade carrier and pressure ring are rotatably mounted, wherein the blade carrier can be rotated by means of a drive shaft in rotation. The axes of rotation of knife carrier and pressure ring have an angle to each other, so that the height of the annular channel changes constantly. The cut of the tow to staple fibers takes place in an area of the annular channel, in which the height decreases to a turning point, from which the height increases again. In the aforementioned range, a force acts from the pressure ring on the tow in the direction of the knife edges. Depending on the product and other manufacturing parameters, this so-called cutting area extends over approximately one quarter of the circumference of the knife carrier. After being cut, the staple fibers fall due to gravity into a collecting container arranged below the staple fiber cutting machine. Each knife consists of its knife edge and two knife flanks, along which the staple fibers cut by the knife edges slide along their cut when the staple fiber cutting machine is in operation. This creates pressure forces on the knives, which act perpendicular to the knife edges and frictional forces, which run parallel to the knife edges. The compressive forces on the knife edges arise because the knife edges are aligned parallel to a knife carrier axis and therefore have an angle to the force which is applied by the pressure ring on the tow. In extreme cases, this angle corresponds to the angle between the knife carrier axis and the pressure ring axis. At the point where the height of the annular channel is the smallest, the pressure forces on the blades go to zero, since the force from the pressure ring on the tow and thus on the knife edges runs parallel to these knife edges here. The pressure forces on the knives occurring in the known device are overall very high, which leads to a strong deflection of the knife against its direction. The risk of knife breaks is therefore very high. These blade fractures could be counteracted by selecting a suitable material for the blades, which has a high strength with respect to the bending load. However, such materials are poorly suited for use as a cutting tool because they have a low hardness, so that the cutting edges wear out quickly. Such worn cutting edges make a clean cut impossible.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Stapelfaserschneidmaschine bereitzustellen, bei welcher das Auftreten von Messerbrüchen vermieden wird und welche trotzdem eine hohe Performance bzw. Schneidleistung aufweist. It is therefore an object of the invention to provide a generic staple fiber cutting machine, in which the occurrence of knife fractures is avoided and which nevertheless has a high performance or cutting performance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem zumindest einer der Messerwinkel, welche sich zwischen Messerflanken der Messer und einer Messerträgerachse ausbilden, zwischen 2° und 15° liegt. Auf diese Weise werden die Druckkräfte auf die Messerflanken minimiert. This object is achieved according to the invention in that at least one of the knife angles, which form between knife edges of the knife and a knife carrier axis, is between 2 ° and 15 °. In this way, the pressure forces on the knife edges are minimized.

Die Erfindung wurde auch nicht durch die in der DE 3506282 A1 dargestellten Vorrichtung nahegelegt. Die hier gezeigte Vorrichtung zum Zerschneiden von band- oder strangförmigen Gut weist zwar ebenfalls eine Schrägstellung der Messer, aber auch eine andere Grundanordnung dieser Messer auf, wodurch ein völlig anderer Schneidvorgang ausführbar ist. Die Messer sind hier vertikal angeordnet, so dass die Messerkanten parallel und nicht senkrecht zu einer Messerträgerachse verlaufen. Bei einer solchen Messeranordnung wird das Tow mehrfach um die Messer selbst geschlungen, nicht aber um einen Messerträger, wie bei der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine. Neben der Kraft welche alleine durch diese Umschlingung von dem Tow auf die Messerkanten wirkt, wird zusätzlich mittels eines Andruckrades Druck auf das Tow in Richtung der Messerkanten ausgeübt. Diese Kraft wirkt im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich in einem Punkt auf das Tow und nicht über einen größeren Winkelbereich, wie das bei der Verwendung des Andruckringes der Fall ist. Die Aufbringung dieser nahezu punktförmigen Kraft auf das Tow führt zum Aufbau eines Wulstes aus dem Tow in Laufrichtung vor dem Andruckrad. Beim Schnitt wird dieser Wulst wieder aufgelöst, wobei in dem Tow selbst eine Walkarbeit zu verrichten ist. Aufgrund dieses Walkvorganges wird die Kraft vom Andruckrad in eine Richtung entgegen der Laufrichtung der Messer umgelenkt. Bei der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine findet keine Ausbildung eines solchen Wulstes statt. Somit ist der Aufbau der Schnittkräfte bei beiden Vorrichtungen völlig unterschiedlich, weswegen sie diesbezüglich nicht vergleichbar sind. The invention was not by the in the DE 3506282 A1 suggested device illustrated. Although the device shown here for cutting strip or strand-like material also has an inclination of the knife, but also another basic arrangement of these knives, whereby a completely different cutting process can be performed. The knives are arranged vertically so that the knife edges are parallel and not perpendicular to a knife carrier axis. In such a knife arrangement, the tow is wound several times around the knives themselves, but not around a knife carrier, as in the staple fiber cutting machine according to the invention. In addition to the force which alone by this wrapping of the tow acts on the knife edges, pressure is additionally exerted on the tow in the direction of the knife edge by means of a Andruckrades. This force acts in contrast to the device according to the invention only in one point on the tow and not over a larger angular range, as is the case with the use of the pressure ring. The application of this almost punctiform force on the tow leads to the formation of a bead from the tow in the direction of the Andruckrad. When cutting this bead is dissolved again, where in the tow itself is to do a flexing work. Due to this milling process, the force is deflected by the Andruckrad in a direction opposite to the direction of the knife. In the staple fiber cutting machine according to the invention, no formation of such a bead takes place. Thus, the structure of the cutting forces in both devices is completely different, which is why they are not comparable in this regard.

Bei der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine wird der Schnitt des Tows dadurch ausgelöst, dass dieses mittels des geneigten Andruckrings auf die Messerkanten gedrückt wird. Mittels der erfindungsgemäßen Schrägstellung der Messerflanke wird, wie oben beschrieben, die Druckkraft auf die Messerflanke und somit die Biegebelastung des Messers minimiert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich die Biegebelastung des Messers während des Schnittvorgangs ändert. Zur genauen Darstellung dieses Phänomens wird auf die beigefügten Figuren und deren Beschreibung verwiesen. Neben der Biegebelastung des Messers verringert sich aufgrund seiner Schrägstellung auch die Friktion zwischen den Stapelfasern und der Messerflanke, so dass weniger Energie notwendig ist, um den Schnitt auszuführen. Die minimierte Biegebelastung birgt viele Vorteile bzw. Möglichkeiten in sich, die Stapelfaserschneidmaschine bzw. deren Betrieb zu optimieren. So kann z.B. der Durchsatz im Gegensatz zu Stapelfaserschneidmaschinen mit parallel zur Messerträgerachse angeordneten Messerflanken deutlich erhöht werden, ohne dass die Stapelfaserqualität leidet, oder dass sich die Anzahl der Messerbrüche erhöht. Des Weiteren führen etwaige Knoten im Tow nicht sofort zu einem Messerbruch. Andererseits könnte ein jedes schräggestelltes Messer bei gleichem Durchsatz durch die Stapelfaserschneidmaschine gegenüber einem parallel zur Messerträgerachse angeordnetem Messer weniger stabil ausgeführt sein. So könnten die Messer dünner ausgeführt werden, das heißt mit näher beieinander liegenden Messerflanken, so dass sich die Reibung der Stapelfasern an den Messerflanken weiter verringert. In the staple fiber cutting machine according to the invention, the cut of the tow is triggered by being pressed onto the knife edges by means of the inclined pressure ring. By means of the oblique position of the knife edge according to the invention, as described above, the pressure force on the knife edge and thus the bending load of the knife is minimized. It should be noted that the bending load of the blade changes during the cutting process. For an exact description of this phenomenon, reference is made to the attached figures and their description. In addition to the bending load of the knife due to its inclination also reduces the friction between the staple fibers and the knife edge, so that less energy is necessary to perform the cut. The minimized bending load has many advantages or possibilities in terms of optimizing the staple fiber cutting machine or its operation. Thus, e.g. the throughput, in contrast to staple fiber cutting machines with parallel to the knife carrier axis arranged knife edges can be significantly increased without the staple fiber quality suffers, or that increases the number of knife breaks. Furthermore, any knots in the tow do not immediately lead to a knife break. On the other hand, each slanted knife could be made less stable at the same throughput by the staple fiber cutting machine with respect to a knife arranged parallel to the knife carrier axis. Thus, the knives could be made thinner, that is, with knife edges lying closer together, so that the friction of the staple fibers at the knife edges is further reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt ein Öffnungswinkel, welcher sich zwischen einer Andruckringachse und der Messerträgerachse ausbildet, in einem Bereich zwischen 4° und 15°. So kann eine optimale Schnittkraft zwischen Tow und Messerkante erzeugt werden. Das Tow wird sicher zu Stapelfasern zerschnitten ohne dass dazu übermäßig viel Energie aufgewendet werden muss. Der optimale Winkel variiert leicht, je nachdem was für ein Tow zu was für einem Endprodukt geschnitten werden soll. Dabei spielen sowohl der Gesamttiter des Tows wie auch die Einzeltiter der einzelnen Filamente des Tows eine Rolle. Des Weiteren ist das Polymer von Bedeutung aus welchem das Tow besteht. Auch die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes, wie zum Beispiel die Länge der Stapelfasern spielen eine Rolle. In a preferred embodiment of the invention, an opening angle which forms between a pinch roller axis and the blade carrier axis, in a range between 4 ° and 15 °. Thus, an optimal cutting force between tow and knife edge can be generated. The tow is safely cut into staple fibers without the need to spend too much energy. The optimum angle varies slightly, depending on what kind of tow is to be cut for which end product. Both the total titre of the tow and the individual titres of the individual filaments of the tow play a role. Furthermore, the polymer of importance from which the tow is important. Also, the desired properties of the final product, such as the length of the staple fibers play a role.

Vorzugsweise öffnet sich der Messerwinkel entgegen der Laufrichtung der Messer. Die Kraft vom Andruckring wirkt während des Schnittes entgegen der Laufrichtung der Messer. Um die Biegebelastung auf eine Messerflanke zu verringern, muss diese Messerflanke in möglichst gleicher Richtung wie der Vektor der Kraft, welche vom Andruckring über das Tow auf die Messerflanke aufgebracht wird, liegen. Keine Biegebelastung ist dann vorhanden, wenn Messerflanke und Kraftvektor parallel zueinander liegen. Preferably, the knife angle opens against the direction of the knife. The force of the pressure ring acts during the cut against the direction of the knife. To reduce the bending load on a knife edge, this knife edge must be in the same direction as the vector of force, which is applied by the pressure ring on the tow on the knife edge. No bending load is present when the knife edge and force vector are parallel to each other.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen alle Messer den gleichen Messerwinkel auf. Bei Betrieb einer solchen Stapelfaserschneidmaschine werden Stapelfasern gleicher Qualität erzeugt. Die Variationen der Eigenschaften der einzelnen Stapelfasern sind dabei sehr gering. In a preferred embodiment of the invention, all the knives have the same knife angle. When operating such a staple fiber cutting machine, staple fibers of the same quality are produced. The variations of the properties of the individual staple fibers are very small.

Vorteilhafterweise liegen die beiden Messerflanken eines Messers parallel zueinander. Solche Messer sind einfach und somit kostengünstig herzustellen. Des Weiteren ermöglichen solche Messer die Bildung von Schnittkanälen gleicher und konstanter Breite. Damit ist gemeint, dass sich der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Messerflanken zweier nebeneinander liegender Messer nicht ändert. Eine Verringerung dieses Abstandes in Laufrichtung der Stapelfasern würde zu einer erhöhten Reibung zwischen Stapelfasern und Messerflanken führen, was zu vermeiden ist. Advantageously, the two knife edges of a knife are parallel to each other. Such knives are simple and thus inexpensive to manufacture. Furthermore, such knives allow the formation of cutting channels of the same and constant width. This means that the distance between two opposite knife edges of two juxtaposed knife does not change. A reduction of this distance in the direction of the staple fibers would lead to increased friction between staple fibers and knife edges, which should be avoided.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine weisen die beiden Messerflanken eines Messers einen Winkel zueinander auf. Bei abnehmendem Winkel zwischen den Messerflanken in Laufrichtung der Stapelfasern kann die Biegebelastung auf die Messer weiter reduziert werden, was die bereits oben beschriebenen Vorteile weiter verstärkt. In a further embodiment of the staple fiber cutting machine according to the invention, the two knife edges of a knife at an angle to each other. As the angle between the knife edges decreases in the direction of the staple fibers, the bending load on the knives can be further reduced, which further enhances the advantages already described above.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Messer aus einem Hartmetall. Hartmetalle eignen sich besonders zum Einsatz als Schneidwerkzeug, da sie sehr verschleißfest sind. Messerkanten bleiben so auch bei langer Laufzeit scharf und ermöglichen einen sauberen Schnitt des Tows zu Stapelfasern. Hartmetalle weisen zwar nur eine relativ geringe Biegefestigkeit auf, diese muss aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Messer aber gar nicht mehr so hoch sein, wie das bei bekannten Stapelfaserschneidmaschinen mit Andruckring der Fall ist. In a preferred embodiment of the invention, the blades are made of a hard metal. Carbides are particularly suitable for use as a cutting tool, as they are very resistant to wear. Knife edges remain so even with a long term sharp and allow a clean Cut the tow to staple fibers. Although hard metals have only a relatively low flexural strength, but due to the inventive arrangement of the knives, they no longer have to be as high as is the case with known staple fiber cutting machines with a pressure ring.

Mittels der oben dargestellten Vorrichtungsmerkmale ist es möglich, hochwertige Stapelfasern mit einer sehr guten Performance bei einer Minimierung von Messerbrüchen herzustellen. By means of the device features presented above, it is possible to produce high quality staple fibers with very good performance while minimizing knife breaks.

Die erfindungsgemäße Stapelfaserschneidmaschine wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. The staple fiber cutting machine according to the invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment of the staple fiber cutting machine according to the invention with reference to the accompanying figures.

Es stellen dar: They show:

1 schematisch eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine 1 schematically a sectional view of an embodiment of the staple fiber cutting machine according to the invention

2 schematisch eine Draufsicht auf die Messerkanten der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine 2 schematically a plan view of the knife edges of the staple fiber cutting machine according to the invention

3 schematisch eine Schnittansicht auf einen Teil des Messerträgers der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine, welcher in dieser Darstellung entlang seines Umfanges in eine Ebene abgerollt ist 3 schematically a sectional view of a portion of the knife carrier of the staple fiber cutting machine according to the invention, which is rolled in this illustration along its circumference in a plane

Alle drei Figuren weisen die gleichen Bezugszeichen auf. In 1 ist schematisch eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine dargestellt. Eine Vielzahl von Messern 9 ist ringförmig angeordnet und horizontal in zugehörigen Messeraufnahmen 8 gehalten. Die Messeraufnahmen 8 sind in einem Messerträger 6 angeordnet. Dieser Messerträger 6 ist über eine Antriebswelle 3 in Rotation versetzbar. Die Drehachse wird durch eine Messerträgerachse 7 gebildet, welche mittig durch den Messerträger 6 und die Antriebswelle 3 verläuft. Die Antriebswelle 3 wird mittels eines Wellenlagers 4 in einem feststehenden Lagergehäuse 2 gehalten. Dieses Lagergehäuse 2 nimmt weiterhin an seinem äußeren Umfang ein Andruckringlager 5 auf, mittels welchem ein Andruckring 12 rotierbar am Lagergehäuse 2 gehalten ist. Der Andruckring 12 und das zugehörige Andruckringlager 5 sind derart angeordnet, dass sich zwischen einer Andruckringachse 13, um welche der Andruckring 12 gedreht werden kann, und der Messerträgerachse 7 ein Öffnungswinkel 16 ausbildet. Am oberen Ende eines jeden Messers 9 befindet sich eine Messerkante 10. Angrenzend an diese Messerkanten 10 bildet sich ein Ringkanal 15 aus, in welchem ein Tow 1 führbar ist. Dieser Ringkanal 15 wird neben den Messerkanten 10 durch den Messerträger 6, einen äußeren Führungsring 18 und einen Ansatz 14 des Andruckrings 12 begrenzt. Die Messerkanten 10 und der Ansatz 14, sowie der Führungsring 18 und der Messerträger 6 liegen sich dabei jeweils gegenüber. Der Führungsring 18 ist Teil des Messerträgers 6. Bei Betrieb der Stapelfaserschneidmaschine wird das Tow 1 mehrfach um den Messerträger 6 herum gewickelt, so dass es den Ringkanal 15 zu einem gewissen Maß ausfüllt. Die Antriebswelle 3 treibt den Messerträger 6 über einen hier nicht gezeigten Motor an. Aufgrund von Reibung zwischen dem Tow 1 und dem Ansatz 14, rotiert der Andruckring 12 mit. Der Öffnungswinkel 16 zwischen Andruckringachse 13 und Messerträgerachse 7 bildet sich ebenfalls, um 90° versetzt, zwischen einer unteren und einer oberen Begrenzungsebene des Ringkanals 15 aus. Die untere Begrenzungsebene wird durch die Vielzahl der Messerkanten 10 gebildet, die obere durch die dem Tow 1 zugewandte Oberfläche des Ansatzes 14 des Andruckrings 12. Bei der Rotation des Messerträgers 6 entsteht aufgrund dieser Schrägstellung des Andruckrings 12 eine Kraft von dem Ansatz 14 auf das Tow 1 und des Weiteren vom Tow 1 auf die Messerkanten 10. Diese Kraft führt dazu, dass das Tow 1 an den Messerkanten 10 zu Stapelfasern zerschnitten wird, welche durch einen Austrittskanal 19 unterhalb der Messer 9 in Richtung der Schwerkraft abgeführt und gesammelt werden. Aufgrund des Messerträgers 6 und des Führungsringes 18 kann das Tow 1 während des Schnittes nicht nach innen oder außen aus dem Ringkanal 15 entweichen. Die Länge der einzelnen Stapelfasern, hängt vom Abstand der Messerkanten 10 zueinander ab. Dies ist besonders gut aus 2 ersichtlich. All three figures have the same reference numerals. In 1 schematically a sectional view of an embodiment of the staple fiber cutting machine according to the invention is shown. A variety of knives 9 is arranged annularly and horizontally in associated blade receptacles 8th held. The knife shots 8th are in a knife carrier 6 arranged. This knife carrier 6 is via a drive shaft 3 set in rotation. The axis of rotation is through a knife carrier axis 7 formed, which centrally through the knife carrier 6 and the drive shaft 3 runs. The drive shaft 3 is by means of a shaft bearing 4 in a fixed bearing housing 2 held. This bearing housing 2 continues to take on its outer periphery a Andruckringlager 5 on, by means of which a pressure ring 12 rotatable on the bearing housing 2 is held. The pressure ring 12 and the associated Andruckringlager 5 are arranged such that between a Andruckringachse 13 around which the pressure ring 12 can be rotated, and the knife carrier axis 7 an opening angle 16 formed. At the top of each knife 9 there is a knife edge 10 , Adjacent to these knife edges 10 An annular channel is formed 15 out, in which a tow 1 is feasible. This ring channel 15 will be next to the knife edges 10 through the knife carrier 6 , an outer guide ring 18 and an approach 14 of the pressure ring 12 limited. The knife edges 10 and the approach 14 , as well as the guide ring 18 and the knife carrier 6 lie opposite each other. The guide ring 18 is part of the knife carrier 6 , When operating the staple fiber cutting machine, the tow 1 several times around the knife carrier 6 wrapped around, making it the annular channel 15 to a certain extent. The drive shaft 3 drives the knife carrier 6 via a motor, not shown here. Due to friction between the tow 1 and the approach 14 , the pressure ring rotates 12 With. The opening angle 16 between Andruckringachse 13 and knife carrier axis 7 is also formed, offset by 90 °, between a lower and an upper boundary plane of the annular channel 15 out. The lower boundary plane is due to the multiplicity of knife edges 10 formed, the upper through which the tow 1 facing surface of the approach 14 of the pressure ring 12 , During the rotation of the knife carrier 6 arises due to this inclination of the Andruckrings 12 a force of the approach 14 on the tow 1 and further from the tow 1 on the knife edges 10 , This force causes the tow 1 at the knife edges 10 cut into staple fibers which pass through an exit channel 19 below the knife 9 be discharged and collected in the direction of gravity. Due to the knife carrier 6 and the guide ring 18 Can the tow 1 during cutting, not in or out of the annular channel 15 escape. The length of the individual staple fibers depends on the distance of the knife edges 10 to each other. This is especially good 2 seen.

In 2 ist nämlich schematisch eine Draufsicht auf die Messerkanten 10 der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine gezeigt. In dem Messerträger 6 sind die einzelnen Messer 9 zu einem Kreis angeordnet, wobei ein jedes Messer 9 in einer zugehörigen Messeraufnahme 8 gehalten ist. Die Messerkanten 10 sind dabei radial ausgerichtet. Der Pfeil symbolisiert die Drehrichtung des Messerträgers 6. Des Weiteren ist ein Doppelpfeil außerhalb des Messerträgers 6 skizziert, welcher den Winkelbereich des Kreises aus Messern 9 abdeckt, in welchem das Tow 1 zu Stapelfasern zerschnitten wird. Dieser Bereich wird Schneidbereich 23 genannt. Der Schnitt beginnt an einem sogenannten Schneidbeginn 21 und endet an einem sogenannten Schneidende 22. Das Schneidende 22 liegt in dem Punkt, in welchem der Abstand zwischen Ansatz 14 und Messerkanten 10 minimal ist. Der Schneidbeginn 21 liegt hier genau 90° vor dem Schneidende 22. Dieser Schneidbeginn 21 ist unter anderem abhängig von den Eigenschaften des Tows 1 und kann demnach um einige Grad verschoben liegen. Das Tow 1 tritt in den Ringkanal 15 bei einem Eintritt 20 ein und wird im Folgenden mehrfach um den Messerträger 6 herum geführt. Der Schneidbereich 23 ändert seine Lage nicht, obwohl die Messer 9 rotieren. Es treten also ständig „neue“ Messer in den Schneidbereich 23 ein. In 2 namely, is a schematic plan view of the knife edges 10 the staple fiber cutting machine according to the invention shown. In the knife carrier 6 are the individual knives 9 arranged in a circle, with each knife 9 in an associated knife holder 8th is held. The knife edges 10 are aligned radially. The arrow symbolizes the direction of rotation of the knife carrier 6 , Furthermore, a double arrow outside the knife carrier 6 outlines the angle range of the circle of knives 9 covering, in which the tow 1 is cut into staple fibers. This area becomes cutting area 23 called. The cut starts at a so-called cutting start 21 and ends at a so-called cutting end 22 , The cutting end 22 lies in the point where the distance between approach 14 and knife edges 10 is minimal. The beginning of cutting 21 is exactly 90 ° in front of the cutting end 22 , This cutting start 21 depends, among other things, on the properties of Tows 1 and can therefore be shifted by a few degrees. The tow 1 enters the ring channel 15 at an entrance 20 and in the following several times around the knife carrier 6 around guided. The cutting area 23 does not change its position, though the knives 9 rotate. So there are always "new" knives in the cutting area 23 one.

In 3 ist schematisch eine Schnittansicht auf einen Teil des Messerträgers 6 der erfindungsgemäßen Stapelfaserschneidmaschine gezeigt, welcher in dieser Darstellung entlang seines Umfanges in eine Ebene abgerollt ist. Der Schnitt verläuft genau durch die Mitte der Messer 9. 3 zeigt den Schneidbereich 23 vom Schneidbeginn 21 bis zum Schneidende 22. Des Weiteren sind die in diesem Bereich angeordneten Messer 9 mit dem darüber liegendem Ringkanal 15 und dem darüber liegendem Andruckring 12 gezeigt. Das im Ringkanal 15 angeordnete Tow 1 ist der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Zwischen der dem Tow 1 zugewandten Oberfläche des Andruckrings 12 und der Ebene in welcher die Messerkanten 10 liegen bildet sich der Öffnungswinkel 16 aus. Die Bewegungsrichtung von Messern 9, Tow 1 und Andruckring 12 verläuft in Richtung des nach rechts verlaufenden Pfeiles. Der Abstand zwischen Andruckring 12 und Messerkanten 10 verringert sich im Schneidbereich 23 stetig, bis er am Schneidende 22 eine sogenannte Scheitelhöhe h und somit sein Minimum erreicht. Ein jedes Messer 9 weist eine Messerkante 10 und zwei Messerflanken 11 auf. Die beiden Messerflanken 11 liegen auf gegenüberliegenden Seiten eines Messers 9 und sind in diesem Ausführungsbeispiel parallel zueinander angeordnet. Zwischen der Messerkante 10 und den Messerflanken 11 existiert ein kurzer keilförmiger Übergangsbereich. Bei Betrieb der Stapelfaserschneidmaschine wird das im Ringkanal 15 verlaufende Tow 1 mittels des Andruckrings 12 auf die Messerkanten 10 gedrückt, um es zu Stapelfasern zu zerschneiden. Die dabei entstehende Kraft vom Tow 1 auf die Messer 9 wird an drei Stellen durch jeweils einen mit F gekennzeichneten Vektor symbolisiert. Am Schneidende 22 liegt der Kraftvektor F in einer Ebene mit der zugehörigen Messerkante 10 und der Messerträgerachse 7. Am Schneidbeginn 21 beträgt der Winkel zwischen Kraftvektor F und einer Ebene aus der zugehörigen Messerkante 10 und der Messerträgerachse 7 genau den Wert des Öffnungswinkels 16. Dies gilt nur dann, wenn der Schneidbeginn 21 genau 90° in Drehrichtung vor dem Schneidende 22 liegt. Ein größerer Wert des Winkels zwischen Kraftvektor F und einer Ebene aus der zugehörigen Messerkante 10 und der Messerträgerachse 7 als der Wert des Öffnungswinkels 16 existiert aufgrund der geometrischen Begebenheiten nirgendwo im Verlauf des Schnittes. Der Winkel zwischen Kraftvektor F und einer Ebene aus der zugehörigen Messerkante 10 und der Messerträgerachse 7 nimmt vom Schneidbeginn 21 bis zum Schneidende 22 stetig ab, bis er am Schneidende 22 Null Grad beträgt und somit ebenfalls in dieser Ebene liegt. Der Kraftvektor auf die Messer 9 kann in zwei Komponenten aufgeteilt werden. Eine Komponente, welche senkrecht auf den Messerflanken steht und eine, welche parallel zu den Messerflanken 11 verläuft. Die senkrechte Komponente führt zu einer Durchbiegung der Messer, welche eine dementsprechend hohe Biegefestigkeit aufweisen müssen. Die parallele Komponente der Kraft dient dazu die Reibung zwischen den Stapelfasern und den Messerflanken 11 zu überwinden. Um das Integral der Biegebelastung auf eines der Messer 9 während des Durchlaufen des kompletten Schneidbereiches 23 zu minimieren, wird dieses Messer 9 um einen Messerwinkel 17 geneigt. Dieser Messerwinkel 17 entsteht zwischen den beiden Messerflanken 11 und der Messerträgerachse 7. Der Messerwinkel 17 öffnet sich entgegen der Laufrichtung der Messer 9, so dass der senkrechte Kraftanteil auf die Messer 9 am Schneidbeginn 21 kleiner wird. Sinnvollerweise weisen alle Messer 9 den gleichen Wert des Messerwinkels 17 auf. Der Öffnungswinkel 16 liegt vorzugsweise zwischen 4° und 15°. Je nach den Eigenschaften des Tows 1 und der zu erzeugenden Stapelfasern wird zur Erreichung eines optimalen Schnittes der Öffnungswinkel 16 variiert. Der zugehörige Messerwinkel 17 liegt zwischen 2° und 15°. So kann die Biegebelastung auf die Messer verringert werden. Betragen sowohl der Öffnungswinkel 16 wie auch der Messerwinkel 17 15°, so ist die Biegebelastung zum Schneidbeginn 21, 90° vor Schneidende 22 gleich Null. Zur Minimierung des Integrals der Biegebelastung auf die Messer beträgt der Messerwinkel 17 vorzugsweise einen mittleren Wert zwischen 0° und dem Öffnungswinkel 16. Bei einer solchen Wahl des Messerwinkels 17 steht der Kraftvektor am Schneidbeginn 21 auf der Messerflanke 11, welche in Drehrichtung betrachtet, am vorderen Ende des Messers 9 liegt. An diesem Punkt wirkt die maximale Kraft entgegen der Drehrichtung auf das Messer 9. Diese senkrecht auf das Messer 9 wirkende Kraft nimmt im weiteren Schneidverlauf ab, bis sie in einem Punkt den Wert Null erreicht. Dieser Punkt liegt in etwa in der Mitte des Schneidbereichs 23. Hier liegt der Kraftvektor genau parallel zu beiden Messerflanken 11. Im weiteren Schneidverlauf ab diesem mittleren Punkt wirkt der Kraftvektor auf die Messerflanke 11, welche in Drehrichtung betrachtet an der hinteren Seite des Messers 9 liegt. Der senkrechte Anteil der Kraft auf diese Messerflanke 11 nimmt bis zum Schneidende, wo er seinen maximalen Wert erreicht, zu. Das Messer 9 wird somit in einem ersten Schneidabschnitt entgegen der Drehrichtung auf Biegung belastet und in einem zweiten Schneidabschnitt in Drehrichtung. Insgesamt kann so die gesamte Biegebelastung über den kompletten Schneidbereich 23 im Vergleich zu Messern 9, dessen Messerflanken 11 parallel zur Messerträgerachse 7 stehen, deutlich verringert werden. Des Weiteren wird neben der Verringerung der Biegebelastung auf die Messer um bis zu 50% auch die Reibbelastung auf die Messer verringert, so dass eine geringere Kraft vom Andruckring 12 auf die Messerkanten 10 aufgebracht werden muss, um die gleiche Schneidleistung zu erreichen. In 3 is a schematic sectional view of a part of the knife carrier 6 The staple fiber cutting machine according to the invention is shown, which is rolled in this illustration along its circumference in a plane. The cut runs exactly through the middle of the knife 9 , 3 shows the cutting area 23 from the beginning of cutting 21 until the end of cutting 22 , Furthermore, the arranged in this area knives 9 with the overlying annular channel 15 and the overlying pressure ring 12 shown. The in the ring channel 15 arranged tow 1 is omitted for clarity. Between the tow 1 facing surface of the pressure ring 12 and the plane in which the knife edges 10 lie forms the opening angle 16 out. The direction of movement of knives 9 , Tow 1 and pressure ring 12 runs in the direction of the arrow to the right. The distance between pressure ring 12 and knife edges 10 decreases in the cutting area 23 steadily until he reaches the cutting end 22 a so-called peak height h and thus reached its minimum. One each knife 9 has a knife edge 10 and two knife edges 11 on. The two knife edges 11 lie on opposite sides of a knife 9 and are arranged parallel to each other in this embodiment. Between the knife edge 10 and the knife edges 11 There is a short wedge-shaped transition area. When operating the staple fiber cutting machine that is in the annular channel 15 running tow 1 by means of the pressure ring 12 on the knife edges 10 pressed to cut it into staple fibers. The resulting force from the tow 1 on the knives 9 is symbolized in three places by a vector marked F. At the end of cutting 22 the force vector F lies in a plane with the associated knife edge 10 and the knife carrier axis 7 , At the beginning of cutting 21 is the angle between force vector F and a plane from the associated knife edge 10 and the knife carrier axis 7 exactly the value of the opening angle 16 , This only applies if the cutting start 21 exactly 90 ° in the direction of rotation before the end of cutting 22 lies. A larger value of the angle between force vector F and a plane from the associated knife edge 10 and the knife carrier axis 7 as the value of the opening angle 16 Because of the geometric events, there is nowhere in the course of the cut. The angle between force vector F and a plane from the associated knife edge 10 and the knife carrier axis 7 takes from the beginning of cutting 21 until the end of cutting 22 steadily until it reaches the end of cutting 22 Zero degrees and thus also lies in this plane. The force vector on the knives 9 can be divided into two components. A component which is perpendicular to the knife edges and one which is parallel to the knife edges 11 runs. The vertical component leads to a deflection of the knife, which must have a correspondingly high bending strength. The parallel component of the force serves the friction between the staple fibers and the knife edges 11 to overcome. To the integral of the bending load on one of the knives 9 while passing through the complete cutting area 23 minimize this knife 9 around a knife angle 17 inclined. This knife angle 17 arises between the two knife edges 11 and the knife carrier axis 7 , The knife angle 17 opens against the running direction of the knife 9 , so that the vertical force on the knives 9 at the beginning of cutting 21 gets smaller. It makes sense to have all knives 9 the same value of the knife angle 17 on. The opening angle 16 is preferably between 4 ° and 15 °. Depending on the characteristics of Tows 1 and the staple fibers to be produced to achieve an optimum cut of the opening angle 16 varied. The associated knife angle 17 is between 2 ° and 15 °. Thus, the bending load on the knives can be reduced. Do both the opening angle 16 as well as the knife angle 17 15 °, the bending load is at the beginning of cutting 21 , 90 ° before cutting end 22 equals zero. To minimize the integral of the bending load on the knife is the knife angle 17 preferably a mean value between 0 ° and the opening angle 16 , With such a choice of knife angle 17 the force vector is at the beginning of cutting 21 on the knife edge 11 , which viewed in the direction of rotation, at the front end of the knife 9 lies. At this point, the maximum force acts counter to the direction of rotation on the knife 9 , These are perpendicular to the knife 9 acting force decreases in the further cutting process until it reaches zero in one point. This point is approximately in the middle of the cutting area 23 , Here the force vector lies exactly parallel to both knife edges 11 , In the further cutting process from this middle point of the force vector acts on the knife edge 11 , which viewed in the direction of rotation at the rear of the knife 9 lies. The vertical part of the force on this knife edge 11 increases to the end of cutting where it reaches its maximum value. The knife 9 is thus loaded in a first cutting section against the direction of rotation to bending and in a second cutting section in the direction of rotation. Overall, so can the entire bending load over the entire cutting area 23 compared to knives 9 whose knife edges 11 parallel to the knife carrier axis 7 be significantly reduced. Furthermore, in addition to reducing the bending load on the blades by up to 50%, the friction load on the blades is reduced, so that less force from the pressure ring 12 on the knife edges 10 must be applied to achieve the same cutting performance.

Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass die Messerflanken 11 eines Messers 9 parallel zueinander stehen. So könnten sie beiden Messerflanken 11 eines Messers 9 auch einen Winkel zueinander aufweisen, welcher sich von der Messerkante 10 aus gesehen öffnet oder schließt. The invention is not limited to the fact that the knife edges 11 a knife 9 parallel to each other. So they could both knife edges 11 a knife 9 also have an angle to each other, which extends from the knife edge 10 seen from opens or closes.

Des Weiteren könnten auch Messer 9 mit gekrümmten Messerflanken 11 vorgesehen sein. Furthermore, could also Messer 9 with curved knife edges 11 be provided.

In diesen beiden Fällen wird zur Bestimmung des Messerwinkels 17 ein Mittel zwischen den Winkeln der beiden Messerflanken 11 eines Messers 9 gewählt. In these two cases, to determine the knife angle 17 a means between the angles of the two knife edges 11 a knife 9 selected.

Die Erfindung schließt auch einen Fall mit ein, bei welchem die Messerwinkel 17 verschiedener Messer 9 nicht die Gleichen, sondern voneinander verschiedene Werte aufweisen. The invention also includes a case in which the knife angles 17 different knives 9 not the same, but have different values from each other.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3105877 A1 [0003]
DE 3506282 A1 [0006]

Claims

Staple fiber cutting machine for continuous cutting of tows ( 1 ) made of artificial threads with a rotatably mounted knife carrier ( 6 ), in which a plurality of knives ( 9 ) are arranged radially, with a rotatably mounted pressure ring ( 12 ), which with the knives ( 9 ) an annular channel ( 15 ), in which the tow ( 1 ) is feasible, wherein between a Andruckringachse ( 13 ) and a knife carrier axis ( 7 ) an opening angle ( 16 ), wherein between knife edges ( 11 ) the knife ( 9 ) and the knife carrier axis ( 7 ) Knife angle ( 17 ), characterized in that at least one of the knife angles ( 17 ) is between 2 ° and 15 °.

Staple fiber cutting machine according to claim 1, characterized in that, the opening angle ( 16 ) is in a range between 4 ° and 15 °.

Staple fiber cutting machine according to one of claims 1-2, characterized in that the knife angle ( 17 ) counter to the running direction of the knife ( 9 ) opens.

Staple fiber cutting machine according to one of claims 1-3, characterized in that all knives ( 9 ) the same knife angle ( 17 ) exhibit.

Staple fiber cutting machine according to one of claims 1-4, characterized in that the two knife edges ( 11 ) of a knife ( 9 ) are parallel to each other.

Staple fiber cutting machine according to one of claims 1-5, characterized in that, the two knife edges ( 11 ) of a knife ( 9 ) have an angle to each other.

Staple fiber cutting machine according to one of claims 1-6, characterized in that the knives ( 9 ) consist of a hard metal.