DE102020108257A1

DE102020108257A1 - Vorrichtung zur Faservereinzelung und Spinneinrichtung umfassend eine solche Vorrichtung

Info

Publication number: DE102020108257A1
Application number: DE102020108257.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander KISTNER; Simon Küppers; Pia Sendler
Original assignee: Saurer Spinning Solutions GmbH and Co KG
Current assignee: Saurer Spinning Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-30
Also published as: EP4127283A1; JP2023518576A; CN115335559A; WO2021191184A1; US20230115870A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes sowie eine Spinneinrichtung (2) umfassend eine solche Vorrichtung (1). Die Vorrichtung (1) umfasst einen ersten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt mit einem Eingangskanalsegment (3) zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes in Richtung eines nachgeschalteten Auflösekanalsegments (6), und den mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden, diesem nachgelagerten Auflösekanalsegment (6) zum Auflösen des fluidbegleiteten zugeführten Faserbandendes in Einzelfasern. Das Auflösekanalsegment (6) bildet einen mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden ringförmigen Kanal (10) aus. Der ringförmige Kanal (10) weist einen Kanaleingang (11) mit einer ersten Durchgangsbreite und einen davon beabstandeten Kanalausgang (12) mit einer zweiten Durchgangsbreite auf, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals (10) in einem Abschnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang (11) und dem Kanalausgang (12) angeordneten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes sowie eine Spinneinrichtung umfassend eine solche Vorrichtung und ein Verfahren zum Spinnen eines Fadens mittels der Spinneinrichtung.
Die Faservereinzelung ist eine essentielle Vorstufe zum Spinnen eines Fadens aus vereinzelten Fasern wie im Besonderen bei Offenend-Spinnverfahren. Offenend-Spinnverfahren zeichnen sich gegenüber anderen Spinnverfahren wie beispielsweise dem Ringspinnen dadurch aus, dass ein aus parallelisierten Fasern bestehendes Faserband in Einzelfasern aufgelöst und diese Einzelfasern an ein offenes Ende eines gesponnenen Fadens angesponnen werden. Ein solches Offenend-Spinnverfahren ist beispielsweise durch das Rotorspinnverfahren abgebildet. Beim Rotorspinnverfahren wird ein aus parallelisierten Fasern bestehendes Faserbandende einer rotierenden Auflösewalze zugeführt, welche die Einzelfasern aus dem Faserbandende herauslöst, mitnimmt und einem zu einem Spinnrotor führenden Faserleitkanal zuführt. Die über den Faserleitkanal dem Spinnrotor zugeführten Einzelfasern rutschen entlang einer von der Rotortasse des Spinnrotors ausgebildeten Faserrutschwand in eine Rotorrille des umlaufenden Spinnrotors, in welcher sie gesammelt und zur gewünschten Garnfeinheit rückdubliert werden sowie über welche Rotorrille die Faseransammlung einem Fadenende zum Spinnen eines Fadens zugeführt werden. Ein solches Offenend-Rotorspinnverfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2008 050 071 A1 bekannt.
Zu den Offenend-Spinnverfahren zählt des Weiteren das Luftspinnverfahren. Im Gegensatz zu dem Rotorspinnverfahren, welches auf einem aeromechanischen Prinzip beruht, basiert das Luftspinnverfahren auf einem aerodynamischen Prinzip. Bei dem Luftspinnverfahren wird einer Luftspinndüseneinheit ein definiert verzogenes Faserband zugeführt. Der Verzug bewirkt eine Verkleinerung der Fasermenge pro Längeneinheit. Die Luftspinndüseneinheit umfasst einen Faserbandeingang mit nachgeschalteten Injektordüsen zum Erzeugen einer Wirbelströmung in einer Wirbelkammer, in welcher ein Konus eines Fadenbildungselements hineinragt, wobei durch den Konus ein Fadenleitkanal hindurchgeht, durch welchen der gesponnene Faden aus der Luftdüsenspinneinheit abgeführt werden kann. Mittels der in der Wirbelkammer erzeugten Wirbelströmung legen sich Randfasern des aus parallelisierten Fasern bestehenden zugeführten Faserbandes um den Konus herum, ohne sich aus dem Faserverbund vollständig herauszulösen. Die Kernfasern werden in den Fadenleitkanal geführt. Im Eingangsbereich des Fadenleitkanals bewirkt die Transportbewegung der Kernfasern in den Fadenleitkanal ein Mitschleppen der um den Konus herumliegenden Randfasern derart, dass sich diese Randfasern um die parallelisierten Kernfasern herumwinden und sogenannte Umwindefasern ausformen, womit ein Faden aus den parallelisierten Kernfasern und den Umwindefasern gesponnen ist. Ein solches Luftspinnverfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 584 715 A1 bekannt. Beim Luftspinnverfahren wird allerdings keine vollständige Vereinzelung des zugeführten Faserbandes erreicht.
Der Vorgang der Faservereinzelung, ob vollständig wie bei Rotorspinnverfahren oder teilweise wie beim Luftspinnverfahren, ist hinsichtlich der erreichbaren Qualität eines Spinnfadens von großer Bedeutung. Die mittels einer Auflösewalze erreichbare Faservereinzelung beim Rotorspinnverfahren bedingt einen entsprechenden Bauraum einnehmende Auflösewalzeneinrichtung aufweisend eine Vielzahl an komplex ausgestalteten Komponenten. Selbiges gilt für die Luftspinndüseneinheit beim Luftspinnverfahren.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine alternative, vereinfachtere Vorrichtung zur Faservereinzelung insbesondere mit weniger komplexeren Komponenten sowie eine Spinneinrichtung und ein Verfahren zum Spinnen eines Fadens unter Verwendung der Vorrichtung bzw. der Spinneinrichtung vorgeschlagen werden.
Die mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung zur Faservereinzelung umfasst einen druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt mit einem Eingangskanalsegment zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes in Richtung eines nachgeschalteten Auflösekanalsegments und das Auflösekanalsegment, welcher dem Eingangskanalsegment in Führungsrichtung des Faserbandendes nachgelagert und mit dem Eingangskanalsegment kommunizierend angeordnet und zum Auflösen des fluidbegleiteten zugeführten Faserbandendes in Einzelfasern ausgebildet ist. Erfindungsgemäß bildet das Auflösekanalsegment einen mit dem Eingangskanalsegment kommunizierenden ringförmigen Kanal aus, welcher einen Kanaleingang mit einer ersten Durchgangsbreite und einen in Führungsrichtung des Faserbandes davon beabstandeten Kanalausgang mit einer zweiten Durchgangsbreite aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals in einem Abschnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang angeordneten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist. Mit anderen Worten verengt sich der ringförmige Kanal vom Kanaleingang, insbesondere kontinuierlich oder stufenweise, in Richtung der Kanalmitte. Die erfindungsgemäße Geometriegestaltung des Auflösekanalsegments ermöglicht eine, insbesondere zunehmende, Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des das Faserbandende begleitenden Fluids in Richtung der Kanalmitte, wodurch das insbesondere aus parallelisierten Fasern bestehende zugeführte Faserband in Einzelfasern aufgelöst werden kann. Ferner kann in vorteilhafter Weise eine Streckung der sich herauslösenden und aufgelösten Einzelfasern erreicht werden, wenn der ringförmige Kanal zwischen Kanaleingang und Kanalmitte eine solche Innenoberfläche aufweist, welche zur Erzeugung einer laminaren Fluidströmung geeignet ist. In besonders bevorzugter Weise ist die diesen ringförmigen Kanalabschnitt begrenzende Innenoberfläche kantenfrei ausgestaltet. Unter kantenfrei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein solcher Übergang zwischen zwei Oberflächenabschnitten zu verstehen, dass turbulente Strömungen weitestgehend vermieden werden können. Beispielsweise kann dies mit einer möglichst kontinuierlich verlaufenden Verringerung der Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals zwischen dem Kanaleingang und der Kanalmitte, insbesondere von dem Kanaleingang bis zu der Kanalmitte, erzielt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Eingangskanalsegment einen konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt für das Faserband auf. Dadurch kann das Faserband zuverlässig zugeführt und bereits mit einer sich erhöhenden Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des ringförmigen Kanals beaufschlagt geführt werden. Dies erlaubt eine geringfügige Vorstreckung des Faserbandes, ausreichend um potentielle Faserknäuel bei der Zuführung des Faserbandes zu vermeiden. Eine sich in Führungsrichtung erstreckende Länge des Eingangskanalsegments kann dabei in Abhängigkeit des aufzulösenden Fasermaterials geeignet ausgewählt sein.
Weiter bevorzugt umfasst das Eingangskanalsegment einen sich an den konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt anschließenden durchmessergleichen, zylindrischen Durchgangsabschnitt zur Übergabe des Faserbandendes an den Kanaleingang. Abhängig von der sich in Führungsrichtung erstreckenden Länge des durchmessergleichen, zylindrischen Durchgangsabschnitts kann die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit bedarfsgerecht auf das aufzulösende Fasermaterial abgestimmt werden. In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann wenigstens das den zylindrischen Durchgangsabschnitt umfassende Bauteil der Vorrichtung oder alternativ das Eingangskanalsegment ein auswechselbares Bauteil ausbilden, um eine Variabilität der Vorrichtung hinsichtlich verschiedener aufzulösender Fasermaterialien gewährleisten zu können.
Vorzugsweise ist ein Innendurchmesser des Kanaleingangs kleiner als ein dazu korrespondierender Innendurchmesser der Kanalmitte. Der Innenbereich des ringförmigen Kanals nimmt dabei eine querschnittliche Kegelform mit der Konusspitze im Bereich des Kanaleingangs und der Kegelgrundfläche im Bereich der Kanalmitte ein. Eine solche Kegelform begünstigt das Herauslösen der Einzelfasern aus dem Faserband mit Eintritt des Faserbandendes in den Kanaleingang.
In bevorzugter Weise ist ein Kernelement in dem Durchgang des Auflösekanalsegments zur Ausbildung des ringförmigen Kanals gelagert. Das Kernelement weist folglich eine solche äußere Gestalt auf, dass zwischen einer innenseitigen Oberfläche bzw. Innenwandung des Auflösekanalsegments und der außenseitigen Oberfläche bzw. Außenwandung des Kernelements ein den ringförmigen Kanal ausbildender Ringspalt mit einer wie vorstehend beschriebenen Durchgangsbreite ausgebildet ist, durch welchen das Faserband bzw. die aufgelösten Einzelfasern fluidbegleitend durchgeleitet werden können.
Weiter bevorzugt wird das Kernelement über wenigstens ein das Auflösekanalsegment mit dem Kernelement verbindende Lagerelement gelagert. Das Lagerelement erstreckt sich folglich von der Innenwandung des Durchgangs des Auflösekanalsegments bis zu der gegenüberliegenden Außenwandung des Kernelements. Das Lagerelement weist zur Verringerung eines störenden Einflusses auf die Fluidströmung vorzugsweise eine aerodynamische Form auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer aerodynamischen Form eine solche Form verstanden, welche geeignet ist, möglichst geringe bis keine Verwirbelungen zur Vermeidung einer turbulenten Strömung in der Fluidströmung zu verursachen. Beispielsweise kann das Lagerelement durch einen möglichst aerodynamischen Steg ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Lagerelement querschnittlich eine in Führungsrichtung des Faserbandes bzw. der Einzelfasern verlaufende Tropfenform ausmachen, welche weiter bevorzugt derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Tropfenspitze entgegen der Führungsrichtung des Faserbandes bzw. der Einzelfasern und die kugelförmige Tropfenseite in Führungsrichtung weist. In bevorzugter Weise kann die tropfenartige Ausgestaltung des Lagerelements alternativ oder zusätzlich quer zu der Führungsrichtung, also zwischen Kernelement und dem Auflösekanalsegment verlaufen. Dabei ist die Tropfenspitze mit dem Kernelement und der Tropfengrund mit der Innenwandung des Durchgangs des Auflösekanalsegments verbunden. Die tropfenartige Ausgestaltung des Lagerelements verringert die Gefahr des Umwindens bzw. Umwickeln des Lagerelements mit Fasern, welches zu einem Verstopfen des Auflösekanalsegments führen kann. Weiter bevorzugt ist die in Führungsrichtung verlaufende Erstreckungslänge des Lagerelements größer als die größte Faserlänge der aufzulösenden Einzelfasern des zugeführten Faserbandes. Dies erlaubt eine weitere Reduzierung des Faserwickelrisikos.
In besonders bevorzugter Weise ist mehr als ein Lagerelement zur zuverlässigeren Lagerung des Kernelements vorgesehen. Beispielsweise können zwei oder drei oder mehr Lagerelemente vorgesehen sein, welche umfänglich um das Kernelement, insbesondere in einer kreis- oder spiralförmigen Anordnungsrichtung, weiter bevorzugt gleichverteilt, angeordnet sein können.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Lagerelement kann das Kernelement vorzugsweise über magnetische Lagerkräfte in dem Auflösekanalsegment gehalten werden. Dies kann beispielsweise mittels eines regelbaren Elektromagneten realisiert sein, über welchen das auf die erzeugbaren magnetischen Kräfte reagierende Kernelement innerhalb des Auflösekanalsegments definiert bzw. bedarfsgerecht und insbesondere stabil gelagert werden kann. Das Kernelement weist dazu ein auf magnetische Kräfte reagierendes Material auf, welches in oder an dem Kernelement angeordnet ist und eine stabile Lagerung des Kernelements innerhalb des Auflösekanalsegments unter Einwirkung magnetischer Kräfte ermöglicht. Beispielsweise kann das Kernelement aus einem solchen Material ausgebildet sein oder ein entsprechendes Material an geeigneten Orten aufweisen.
Weiterhin bevorzugt ist das Kernelement insbesondere im Zuge seiner rein magnetischen Lagerung innerhalb des Auflösekanalsegments in seiner Umfangsrichtung rotierbar gelagert. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung und Regelung des Elektromagneten erfolgen.
In alternativ bevorzugter Weise kann das mittels dem wenigstens einem Lagerelement gehaltene Kernelement ein über mechanische Antriebsmittel oder über magnetisch einwirkende Rotationskräfte rotierbares Teilelement umfassen, welches auf einer dem Kanaleingang abgewandten Seite des Kernelementes angeordnet und vom dem weiteren Teilelement des Kernelements rotierbar gehalten ist, welches von dem wenigstens einen Lagerelement gehalten ist. Die mechanischen Antriebsmittel können in dem weiteren Teilelement angeordnet sein. Im Falle des magnetischen Rotationsantriebs ist das Teilelement zum Zusammenwirken mit den einwirkenden magnetischen Rotationskräften entsprechend ausgestaltet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ein- oder mehrteilig ausgebildet sein, wobei wenigstens ein Teil der Vorrichtung in weiter bevorzugter Weise durch ein Zerspanungs- und/oder ein additives Fertigungsverfahren ausgestaltet ist. Im Besonderen eignet sich das additive Fertigungsverfahren zur Vermeidung von Trenn- und Anschlussstellen. Mögliche additive Fertigungsverfahren können dabei beispielsweise 3D-Druck, Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM), Binder Jetting (BJ), Fused Deposition Modeling (FDM) oder Lasersintern, insbesondere jeweils mit Werkstoffen aus Metall, sein. Zusätzlich, nachfolgend oder alternativ kann auch ein Sintern und/oder eine Behandlung oder Bearbeitung der Oberfläche zur Erzielung einer bedarfsgerechten Güte erfolgen.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Vorrichtung oder das wenigstens eine Vorrichtungsteil aus Keramik und/oder mittels Stereolithographie (SLA) gebildet wird. Wenn die Vorrichtung oder das wenigstens eine Vorrichtungsteil dagegen aus Metall gebildet werden soll, ist eine Fertigung mittels Lasersintern, insbesondere selektives Lasersintern (SLS) bevorzugt. Alternativ kann die Vorrichtung oder das wenigstens eine Vorrichtungsteil aber auch auf andere Weise, insbesondere aus Metall, gebildet und nachfolgend gesintert werden. Zudem ist es möglich, eine aus mehreren Vorrichtungsteilen bestehende Vorrichtung dadurch zu bilden, dass wenigstens zwei Vorrichtungsteile, insbesondere das Eingangskanalsegment und das Auflösekanalsegment, durch Sintern oder in andere Weise trennstellenlos und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spinneinrichtung vorgeschlagen, welche eine Vorrichtung zur Faservereinzelung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmige Kanals in einem Abschnitt von der mittleren Durchgangsbreite bzw. von der Kanalmitte bis zu der zweiten Durchgangsbreite bzw. bis zu dem Kanalausgang stetig oder abschnittsweise derart erweitert, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die zweite Durchgangsbreite ist. Mit anderen Worten weitet sich der ringförmige Kanal ab der Kanalmitte, insbesondere kontinuierlich oder stufenweise, in Richtung des Kanalausgangs wieder auf, indem die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die zweite Durchgangsbreite ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist die diesen ringförmigen Kanalabschnitt begrenzende Innenwandung in einer wie vorstehend bevorzugt beschriebenen Weise kantenfrei ausgestaltet. Dies ermöglicht eine definierte und kontrollierte Führung der herausgelösten Einzelfasern unter Vermeidung störender Verwirbelungen in der begleitenden Fluidströmung.
In vorteilhafter Weise umfasst die Spinneinrichtung ferner einen zweiten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt aufweisend ein Spinnsegment zum Spinnen eines Fadens aus den zugeführten Einzelfasern, wobei das Spinnsegment dem Auflösekanalsegment in Führungsrichtung des Faserbandendes bzw. der Einzelfasern mit diesem kommunizierend zum Empfangen und rückdublieren der herausgelösten und insbesondere gestreckten Einzelfasern nachgelagert angeordnet ist, und wobei dem Spinnsegment ein Verwirbelungsmittel zum Erzeugen einer die Einzelfasern miteinander verwirbelnden Wirbelströmung zum Erzeugen eines echtgedrehten Spinnfadens zugeordnet ist. Alternativ zu den bereits allseits bekannten Spinnverfahren wie das Ringspinnen und Rotorspinnen lässt sich mittels der Spinneinrichtung gleichfalls ein echtgedrehtes Garn bzw. ein echtgedrehter Spinnfaden erzeugen, wobei die für die Garn- zw. Fadenerzeugung verantwortliche Einrichtung einfacher mit weniger komplexen Bauteilen aufgebaut ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kanalmitte näher zu dem Kanaleingang als zu dem Kanalausgang angeordnet. Mit anderen Worten ist der ringförmige Kanal derart ausgestaltet, dass eine Wegstrecke des Faserbandes bzw. der Einzelfasern von dem Kanaleingang zu der Kanalmitte kürzer als eine Wegstrecke des Faserbandes bzw. der Einzelfasern von der Kanalmitte zu dem Kanalausgang ist. Die aufgelösten Einzelfasern lassen sich dadurch kontrollierter und zuverlässiger aus dem ringförmigen Kanal für nachfolgende Verarbeitungs- und/oder Behandlungsprozesse wie dem Verdrehen unter Einwirkung einer Verwirbelungsfluidströmung zum Erzeugen eines echtgedrehten Spinnfadens abführen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet das Kernelement einen sich zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang erstreckenden Doppelkonus mit kongruenten Grundflächen nahe oder in der Durchgangsebene der Kanalmitte aus. Das Kernelement ist somit exakt, also mit geringen Toleranzen, bauraumreduzierbar sowie kostengünstig ausbild bar.
Vorzugsweise folgt die Ausgestaltung des ringförmigen Kanals der nachfolgenden Formel: $D_{a u s s e n} = \sqrt{A - D_{i n n e n}^{2} - A_{S t e g}}$
mit

Daussen:: Aussendurchmesser des ringförmigen Kanals
A:: Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals (an jedem Ort des ringförmigen Kanals entlang der Führungsrichtung)
Dinnen:: Innendurchmesser des ringförmigen Kanals
ASteg:: Querschnittsfläche des Lagerelementes (an jedem Ort des Lagerelementes entlang der Führungsrichtung) mit der Bedingung A_Steg = 0 an den Stellen, an dem kein Lagerelement vorhanden ist.

Die Berücksichtigung dieser Formel ermöglicht einen aerodynamisch möglichst optimiert ausgestalteten ringförmigen Kanal.
In bevorzugter Weise ist das Verwirbelungsmittel durch das magnetisch gelagerte rotierbare Kernelement oder durch das Teilelement ausgebildet. Mittels definierter Rotation des Kernelements bzw. des Teilelements können in der Fluidströmung erforderliche Verwirbelungen zum Erzeugen des Spinnfadens aus den Einzelfasern in spezifischer Weise erzeugt werden.
Alternativ dazu kann das Kernelement rein mittels der zugeführten Fluidströmung innerhalb des ersten Hohlkörperabschnitts der Vorrichtung gelagert sein. Mit anderen Worten legt sich das Kernelement im fluidlosen Zustand der Vorrichtung schwerkraftbedingt auf einer unteren Innenwandung des Auflösekanalsegments ab. Nach Zuführen eines Fluidstromes wird das Kernelement in eine stabile Lage nahezu mittig oder mittig innerhalb des Durchgangs des Auflösekanalsegments gehoben und gehalten. Dazu weist das Kernelement eine entsprechend geeignete Form wie beispielsweise die vorstehend bevorzugt beschriebene Form als Doppelkonus auf. Wesentlich für die Abhebung ist eine entgegen der Führungsrichtung bzw. Fluidströmungsrichtung ausgebildete Konusspitze des Kernelements, um einen fluidstromseitigen Auftrieb des Kernelements in die mittlere Lage bei Zufuhr eines Fluidstromes gewährleisten zu können.
In weiter bevorzugter Weise kann das fluidstromseitig gelagerte Kernelement rotierbar gelagert sein, wodurch das Kernelement ebenfalls das Verwirbelungsmittel ausbilden kann. Die Rotation kann insbesondere mittels magnetischer Krafteinwirkung wie beispielhaft nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform erzeugt werden.
Nach einer, insbesondere alternativ, bevorzugten Ausführungsform weist das Spinnsegment wenigstens zwei, an seiner Innenwandung umläufig angeordnete Injektordüsen als Bestandteil des Verwirbelungsmittels oder als das Verwirbelungsmittel auf, wobei die Injektordüsen zum Einbringen einer um eine Mittenachse des Spinnsegments umlaufenden und entlang dieser verlaufenden Wirbelströmung angeordnet und ausgebildet sind, wodurch eine Wirbelströmung in dem Spinnsegment zum Herstellen des echtgedrehten Spinnfadens aus den in das Spinnsegment zugeführten Einzelfasern erzeugbar ist. Beispielsweise kann ein in die Injektordüsenmündung endender definierter Injektordüsenkanalabschnitt sowohl winklig zur Umfangsrichtung der Innenwandung des Spinnsegments als auch winklig zur Führungsrichtung der Einzelfasern bzw. der Durchgangsrichtung des Spinnsegments ausgebildet sein, um eine entlang der Innenwandung des zweiten Spinnsegments in Führungsrichtung bzw. Durchgangsrichtung gerichtete, insbesondere regelbare, Wirbelströmung einzubringen.
Die Injektordüsen können nach einer bevorzugten Ausführungsform einzeln oder in kombinatorischer Weise mit der rotierbaren Auslegung des Kernelements zum Bewirken einer definierten Wirbelströmung innerhalb des Spinnsegments vorgesehen sein, basierend auf welcher der echtgedrehte Spinnfaden erzeugbar ist.
Vorzugsweise kann die Spinneinrichtung oder können Bestandteile der Spinneinrichtung in einer wie vorbeschriebenen Weise mittels eines Zerspanungs- und/oder additiven Fertigungsverfahrens hergestellt sein. Die Spinneinrichtung bzw. der erste Hohlkörperabschnitt der Vorrichtung und der zweite Hohlkörperabschnitt können dabei oder nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedarfsgerecht einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Spinnen aus vereinzelten Fasern unter Verwendung einer Spinneinrichtung nach einem der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorgeschlagen. Das Verfahren weist dabei einen Schritt des mit Fluid, insbesondere mit Luft, begleitenden Zuführens eines Faserbandendes in das Eingangskanalsegment sowie einen Schritt des Betreibens des Verwirbelungsmittels zum Spinnen eines Fadens aus den über das Auflösekanalsegment zugeführten Einzelfasern in das Spinnsegment auf. Die luftbegleitende Zuführung kann vorzugsweise mit Druckluftzuführung über dem Eingangskanalsegment zugeordnete Druckluftdüsen erfolgen. Die Druckluftdüsen können entlang des Faserbandzuführweges dem Eingangskanalsegment vorgelagert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die luftbegleitende Zuführung mittels Erzeugung eines Saugluftstromes im Eingangskanalsegment über Injektordüsen erfolgen, welche im Eingangskanalsegment oder diesem entlang der Faserbandzuführrichtung nachgelagert angeordnet sind. Beispielsweise können die Injektordüsen zugleich das Verwirbelungsmittel ausbilden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt des Regelns der Faserbandzuführung, der das Faserband begleitenden Fluidströmung und/oder des Betreibens des Verwirbelungsmittels auf, um einen bedarfsgerechten Spinnfaden zu erzeugen. So können beispielsweise die Zuführgeschwindigkeiten des Faserbandes und/oder der das Faserband begleitenden Fluidströmung eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Betrieb des Verwirbelungsmittels definiert einstellbar vorgesehen sein, um den Spinnprozess geeignet anpassen zu können. Die Einstellung und/oder Regelung der jeweiligen Systeme kann in bevorzugter Weise basierend auf Messwerten erfolgen, welche von einer Sensorik zur Erfassung geeigneter Messdaten der jeweiligen Systeme übermittelt werden können. Die Sensorik kann an entsprechenden geeigneten Orten der Spinneinrichtung vorgesehen sein. Dies begünstigt zum anderen einen automatisierten, regelbaren und/oder steuerbaren Spinnprozess.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren und Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Patentansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung einer Spinneinrichtung nach einem Ausfüh ru ngsbeispiel,
2 eine perspektivische Längsschnittsansicht entlang der Schnittebene A-A in schematischer Darstellung der in 1 gezeigten Spinneinrichtung,
3 eine perspektivische Querschnittsansicht entlang der Schnittebene B-B in schematischer Darstellung der in 1 gezeigten Spinneinrichtung,
4 eine Frontansicht in schematischer Darstellung der in 1 gezeigten Spinneinrichtung, und
5 eine Rückansicht in schematischer Darstellung der in 1 gezeigten Spinneinrichtung.

Mit 1 wird eine Seitenansicht in schematischer Darstellung einer Spinneinrichtung 2 nach einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Spinneinrichtung 2 ist entlang ihrer länglichen Erstreckungsrichtung LE funktional in mehrere Abschnitte gegliedert, wobei ein in der 1 auf der linken Seite dargestellter endseitiger Abschnitt ein Eingangskanalsegment 3 zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes definiert. Ein an dem Eingangskanalsegment 3 angrenzender mittlerer Abschnitt ist als Auflösekanalsegment 6 ausgestaltet, wobei der dem Eingangskanalsegment 3 endseitig gegenüberliegende Abschnitt unter Zwischenlage des Auflösekanalsegments 6 ein Spinnsegment 13 mit Injektordüsen 14 definiert. Diese drei funktionalen Abschnitte sind für die Spinneinrichtung 2 nach diesem Ausführungsbeispiel wesentlich. Nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können funktional bedarfsgerecht ausgestaltete weitere Abschnitte vorgesehen sein. So könnte beispielsweise dem Spinnsegment 13 ein funktional eigenständiges Ausgangssegment zum Ausleiten oder Abzugsabschnitt zum Abziehen des gesponnenen Fadens vorgesehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest der Ausgangsabschnitt dem Spinnsegment 13 zugeordnet und ein Bestandteil davon, wie im Nachfolgenden detaillierter beschrieben.
2 zeigt eine perspektivische Längsschnittsansicht entlang der Schnittebene A-A in schematischer Darstellung der in 1 gezeigten Spinneinrichtung 2. Die Spinneinrichtung 2 ist einstückig aus einem druckbeaufschlagbaren Hohlkörper symmetrisch zu seiner Längsmittenachse LM ausgestaltet, die sich entlang der Längserstreckungsrichtung LE erstreckt. Das endseitig angeordnete Eingangskanalsegment 3 weist einen sich entlang der Längserstreckungsrichtung LE in Richtung des Auflösekanalsegments 6 konisch verjüngenden Aufnahmeabschnitt 4 auf, welcher in einen zylindrischen Durchgangsabschnitt 5 übergeht, um das über den Aufnahmeabschnitt 4 aufgenommene Faserband bzw. Faserbandende in Richtung des Auflösekanalsegments 6 zuverlässig fluidbegleitend zu führen. Als Fluid wird in bevorzugter Weise ein gasförmiges Medium wie beispielsweise Umgebungsluft verwendet. Dadurch kann auf eine Einkapselung der Spinneinrichtung 2 gegenüber der Umgebungsluft verzichtet werden. Zur Unterstützung des fluidbegleitenden Führens des Faserbandes kann das Eingangskanalsegment 3 vorzugsweise im Bereich des zylindrischen Durchgangsabschnitts 5 in Richtung des nachgelagerten Auflösekanalsegments 6 weisende Düsen umfassen, über welche das Fluid in den zylindrischen Durchgangsabschnitt 5 einbringbar ist. Dadurch kann eine Saugströmung im Bereich des Aufnahmeabschnitts 4 erzeugt werden, wodurch das Faserband zuverlässiger in das Eingangskanalsegment 3 bzw. in die Spinneinrichtung 2 einführbar ist.
Alternativ dazu wäre es nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, die Düsen außerhalb der Spinneinrichtung 2 dem Aufnahmeabschnitt 4 vorgelagert derart anzuordnen, dass die Düsen in Richtung des Aufnahmeabschnitts 4 weisen.
Weiterhin alternativ kann wie im gezeigten Ausführungsbeispiel auf die Anordnung solcher Düsen verzichtet werden, wobei die sowieso vorhandene Umgebungsluft das zugeführte Faserband in der Spinneinrichtung 2 begleitet und wobei definierte Fluidströmungen innerhalb der Spinneinrichtung 2 wenigstens über die in dem Spinnsegment 13 angeordneten Injektordüsen 14 unterstützt durch einen sich entlang der Längserstreckungsrichtung LE verändernden Durchgangsquerschnitt erzeugbar sind. Die Führungsrichtung des Faserbandes ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entlang der Längserstreckungsrichtung LE der Spinneinrichtung 2 ausgerichtet.
Dem Eingangskanalsegment 3 schließt sich in Führungsrichtung des zuführbaren Faserbandes das Auflösekanalsegment 6 zum Auflösen des fluidbegleitenden zugeführten Faserbandendes in vereinzelte Fasern an. Dazu weist das Auflösekanalsegment 6 nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Kernelement 8 in Form eines Doppelkonusses auf, wobei der Doppelkonus symmetrisch zu der Längsmittenachse LM und asymmetrisch zu einer senkrecht dazu verlaufenden gemeinsamen Querschnittsebene, in welcher die Grundflächen der beiden den Doppelkonus ausbildenden Konusse angeordnet sind, ausgestaltet ist. Das Kernelement 8 weist endseitig jeweils abgerundete erste und zweite Konusspitzen 8a, 8b auf. Das Kernelement 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des Durchgangsabschnitts des Auflösekanalsegments 6 mittig zur Ausbildung eines entlang der Längserstreckungsrichtung LE an jedem Ort des Kernelements 8 gleichförmig ausgestalteten ringförmigen Kanals 10 angeordnet und über drei, umläufig um das Kernelement 8 gleichmäßig verteilt angeordnete, Lagerelemente 9 gehalten (3 und 4). Die Lagerelemente 9 sind nahe der zu dem Eingangskanalsegment 3 weisenden ersten Konusspitze 8a angeordnet und weisen eine quer zu der Längserstreckungsrichtung LE verlaufende aerodynamische Tropfenform der Gestalt auf, dass die Tropfenspitze an dem Kernelement 8 und der Tropfengrund an der Innenwandung 7 angeordnet ist. Die in umläufiger Richtung des Kernelements 8 verlaufende Tropfenbreite ist dabei entlang der Längserstreckungsrichtung LE annähernd gleichbleibend. Aerodynamische Aspekte berücksichtigend ist das jeweilige Lagerelement 9 in Richtung des Eingangskanalsegments 3 nach diesem Ausführungsbeispiel verjüngend zulaufend, ebenfalls tropfenartig, ausgebildet, wie in 3 dargestellt. Dadurch können ansonsten mögliche turbulente Fluidströmungen vermieden werden. Wie in 3 ferner angedeutet, ist die Tropfentiefe, welche entlang der Längserstreckungsrichtung LE senkrecht zur Tropfenbreite verläuft, derart ausgewählt, dass das Kernelement 8 zuverlässig und möglichst ohne Ausweichbewegungen und/oder Schwingungen an der dem Eingangskanalsegment 3 abgewandten zweiten Konusspitze 8b gehalten werden kann. Zugleich ist die Tropfentiefe größer als die größte Faserlänge des aufzulösenden Fasermaterials ausgewählt, um die Gefahr von Faserwickel an den Lagerelementen 9 verringern zu können.
Der Durchgangsabschnitt des Auflösekanalsegments 6 und das Kernelement 8 sind derart aufeinander abgestimmt, dass ein gleichmäßiger ringförmiger Kanal 10 ausgebildet wird, welcher einen Kanaleingang 11 an der ersten Konusspitze 8a mit einer ersten Durchgangsbreite und einen davon beabstandeten Kanalausgang 12 an der zweiten Konusspitze 8b mit einer zweiten Durchgangsbreite aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals 10 in einem Abschnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang 11 und dem Kanalausgang 12 angeordneten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist. Die sich verjüngende Ausgestaltung bewirkt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Kanalmitte.
Dahingegen vergrößert sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Durchgangsbreite (insbesondere stetig oder abschnittsweise) von der Kanalmitte bis zu dem Kanalausgang 12. Dadurch wird eine definierte Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Der Grad der Verjüngung als auch der Grad der Erweiterung der Durchgangsbreite über die Erstreckungslänge des ringförmigen Kanals 10 hinweg kann bedarfsgerecht auf das zu vereinzelnde Faserband abgestimmt ausgewählt werden. Die Ausgestaltung des ringförmigen Kanals 10 nach diesem Ausführungsbeispiel folgt der nachstehenden Formel: $D_{a u s s e n} = \sqrt{A - D_{i n n e n}^{2} - A_{S t e g}}$
mit

Der Aussendurchmesser des ringförmigen Kanals 10 korrespondiert bei diesem Ausführungsbeispiel zu dem Innendurchmesser des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6. Der Innendurchmesser des ringförmigen Kanals 10 korrespondiert bei diesem Ausführungsbeispiel zu dem Aussendurchmesser des Kernelements 8. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals 10 ergibt sich konsequent logisch aus dem Flächenabschnitt eingefasst von dem Aussendurchmesser und dem Innendurchmesser des ringförmigen Kanals 10. Die Querschnittsfläche des Lagerelementes setzt sich an den Stellen, an denen ein Lagerelement vorhanden ist, aus der Gesamtsumme der einzelnen Querschnittsflächen der Lagerelemente 9 zusammen.
Die Berücksichtigung dieser Formel ermöglicht einen aerodynamisch möglichst optimiert ausgestalteten ringförmigen Kanal.
Das nach diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch ausgebildete Eingangskanalsegment 3 mit dem Auflösekanalsegment 6 bildet folglich eine Vorrichtung 1 zur Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes aus. Mittels Kombination dieser Abschnitte können für unterschiedliche Faserbandmaterialien jeweilige, auf das Material angepasste geeignete Vorrichtungen 1 zur definierten Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes bereitgestellt werden.
Auch wenn die Vorrichtung 1 nach diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet ist, so kann die Vorrichtung 1 nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgestaltet sein, wobei exemplarisch jeweils das Eingangskanalsegment 3 und das Auflösekanalsegment 6 ein eigenständig ausgebildetes Teil ausformen, welche entsprechend miteinander durch übliche Befestigungs-/Verbindungsmaßnahmen verbunden sind. Im Falle der mehrteiligen Ausgestaltung können die einzelnen Teile weiter bevorzugt zerstörungsfrei auswechselbar vorgesehen sein, wodurch die Variabilität erhöht werden kann.
Dem Auflösekanalsegment 6 folgt entlang der Längserstreckungsrichtung auf der dem Eingangskanalsegment 3 gegenüberliegenden Seite das Spinnsegment 13. Das Spinnsegment 13 weist einen weiteren Durchgangsabschnitt 15 auf, welcher kommunizierend mit dem Kanalausgang 12 verbunden und sich von dem diesem in Richtung des dem Eingangskanalsegment 3 gegenüberliegenden Ende der Spinneinrichtung 2 fortsetzt. Das Spinnsegment 13 weist drei um den weiteren Durchgangsabschnitt 15 gleichmäßig angeordnete Injektordüsen 14 zum Zuführen einer Wirbelströmung, insbesondere einer Druckluftwirbelströmung, auf, wobei die Injektordüsen 14 in Richtung des dem Eingangskanalsegment 3 gegenüberliegenden Ende der Spinneinrichtung 2 weisen. Dadurch wird eine Saugströmung in dem Auflösekanalsegment 6 bewirkt, welche sich bis in das Eingangskanalsegment 3 fortsetzt. Die Saugströmung bewirkt zum einen eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die zu vereinzelnden Fasern gestreckt werden können. Zum anderen ermöglicht die umläufige Anordnung und Ausrichtung der Injektordüsen 14 eine Wirbelströmung innerhalb des weiteren Durchgangsabschnitts 15, welche sich bis in den Durchgangsabschnitt zwischen der Kanalmitte und dem Kanalausgang 12 des ringförmigen Kanals 10 fortsetzt. Dadurch erfahren die in dem Auflösekanalsegment 6 vereinzelten Fasern einen Verwirbelungsimpuls, durch welchen sich die Fasern um die zweite Konusspitze 8b herumwinden und sich am Ende des Auflösekanalsegments 6 zu einem echtgedrehten Spinnfaden vereinen können.
Die Zuführung eines Fluides kann über die Injektordüsen 14 in bekannter Weise geregelt und gesteuert erfolgen. Auch können über die Injektordüsen 14 mit dem zugeführten Fluid Mittel wie Additive zum Anhaften an dem zu spinnenden Faden zugeführt werden, um die Fadeneigenschaft bedarfsgerecht zu beeinflussen. Solche eine Mittelzuführung kann in alternativer oder zusätzlicher Weise durch Vorsehen entsprechender Zuführungen an einem anderen Ort der Spinneinrichtung 2 oder dem Eingangskanalsegment 3 vorgelagert angeordnet sein.
Das Spinnsegment 13 umfasst in Spinnrichtung den Injektordüsen 14 nachgelagert einen Ausgangsabschnitt 16, über welchen der gesponnene Faden aus der Spinneinrichtung 2 heraus- und einem der Spinneinrichtung 2 im Fadenlauf nachgelagerten Fadenbehandlungsorgan zugeführt werden kann. Beispielsweise kann der Spinneinrichtung 2 eine Abzugseinrichtung zum Abziehen des gesponnenen Fadens aus der Spinneinrichtung 2 oder eine andere Einrichtung wie eine Sensoreinrichtung zum Detektieren einer Fadeneigenschaft wie bspw. Haarigkeit, Dick- und Dünnstellen, etc. oder ein Fadenspeicher zum Zwischenspeichern des gesponnenen Fadens unmittelbar nachgelagert sein. Der Ausgangsabschnitt 16 weist gegenüber dem Abschnitt mit den Injektordüsen 14 einen erweiterten Durchgangsabschnitt auf, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit sowie die Wirbelströmungen zum geeigneten Ausleiten des gesponnenen Fadens entspannt werden können.
Wie im Besonderen mit den 4 und 5 gezeigt, welche eine Frontansicht und eine Rückansicht, jeweils in schematischer Darstellung, der Spinneinrichtung 2 nach dem Ausführungsbeispiel zeigen, ist eine Längsmittenachse des Kernelements 8 kongruent mit der Längsmittenachse LM des das Kernelement 8 umgebenden Hohlkörpers bzw. Auflösekanalsegments 6, wobei die Lagerelemente 9 nahe der ersten Konusspitze 8a bzw. dem Kanaleingang 11 des ringförmigen Kanals 10 angeordnet sind. Dadurch kann ein Aufspreizen des Faserbandendes bei Eintritt in den ringförmigen Kanal 10 erreicht werden, welches sich vorteilhaft auf die Auflösung des Faserbandes in Einzelfasern auswirkt. Ferner können nach Zuführen des Faserbandes mittels der nach diesem Ausführungsbeispiel konstruktiv bedingten Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Längserstreckungsrichtung LE der Vorrichtung 1 bis zur Kanalmitte, die Einzelfasern aus dem Faserband zuverlässig herausgelöst und gleichzeitig gestreckt werden. Die Injektordüsen 14 bewirken im Betrieb bei diesem Ausführungsbeispiel die erforderliche Wirbelströmung, damit die sich herauslösenden bzw. herausgelösten Einzelfasern so um den der Kanalmitte nachfolgenden konusförmigen Abschnitt des Kernelements 8 innerhalb des ringförmigen Kanals 10 herum geführt werden können, dass sich diese im Bereich der zweiten Konusspitze 8b oder kurz danach zu einem echtgedrehten Spinnfaden verwirbeln bzw. spinnen, welcher über den Ausgangsabschnitt 16 letztendlich aus der Spinneinrichtung 2 herausgeführt werden kann.
Nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verwirbelungsmittel durch das Kernelement 8 selbst oder durch den der Kanalmitte nachfolgenden konusförmigen Abschnitt des Kernelements 8 ausgebildet. Ersteres kann insbesondere durch eine berührungslose Lagerung des Kernelements 8 innerhalb des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6 erfolgen, welche beispielhaft über eine magnetische Lagereinrichtung realisierbar ist, welche weiter bevorzugt derart mit dem Kernelement 8 zusammenwirkt, dass dieses in definierte Rotationsbewegungen versetzbar ist. Alternativ dazu kann die berührungslose Lagerung durch den zugeführten Fluidstrom erfolgen, mittels welchem sich das Kernelement 8 nach Zufuhr des Fluidstroms aus einer Ruhelage, in welcher das Kernelement 8 schwerkraftbedingt auf einer unteren Innenwandung des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6 abgelegt ist, in eine Betriebslage abhebt, in welcher das Kernelement 8 nahezu mittig oder mittig innerhalb des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6 fluidstrombedingt gehalten bzw. gelagert ist. Sofern in den zugeführten Fluidstrom ferner Wirbelströmungen eingebracht werden, kann das Kernelement 8 in Rotation versetzt werden, um das Verwirbelungsmittel auszubilden.
Nach einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der den der Kanalmitte nachfolgende konusförmige Abschnitt des Kernelements 8 das Verwirbelungsmittel aus. Dieser konusförmige Abschnitt ist von dem vorausgehenden konusförmigen Abschnitt des Kernelements 8 rotierbar gelagert. Der vorausgehende kegelförmige Abschnitt ist, wie vorstehend beispielhaft beschrieben, über die Lagerelemente 9 in dem Durchgang des Auflösekanalsegments 6 gehalten. Die Rotation des nachfolgenden konusförmigen Abschnitts wird mittels einer magnetisch wirkenden Rotationseinrichtung, mittels einer eingebrachten Rotationsströmung oder eines von dem vorausgehenden kegelförmigen Abschnitt umfassten Rotationsantriebs bedarfsgerecht gesteuert und/oder geregelt bewirkt.
Vorzugsweise weist die Spinneinrichtung 2 nach einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel eine Sensorik zur Überwachung beispielsweise der Faserbandzuführung, des Faservereinzelungsvorganges, des Spinnvorgangs und/oder des Fadenabzugs aus der Spinneinrichtung 2 auf. Die Sensorik ist an geeigneten Orten der Vorrichtung 1 und/oder des Spinnsegments 13 in oder an dem entsprechenden ersten oder zweiten Hohlkörperabschnitt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abschnitt der Spinneinrichtung 2, welcher den zu überwachenden ringförmigen Kanalabschnitt umfasst, transparent ausgebildet sein. Dadurch ist die Sensorik außerhalb der Spinneinrichtung 2 anordenbar, wodurch die Sensorik kostengünstig und vereinfacht vorsehbar ist.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu verstehen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Faservereinzelung
2: Spinneinrichtung
3: Eingangskanalsegment
4: Aufnahmeabschnitt
5: zylindrischer Durchgangsabschnitt
6: Auflösekanalsegment
7: Innenwandung
8: Kernelement
8a: erste Konusspitze
8b: zweite Konusspitze
9: Lagerelement
10: ringförmiger Kanal
11: Kanaleingang
12: Kanalausgang
13: Spinnsegment
14: Injektordüse
15: weiterer Durchgangsabschnitt
16: Ausgangsabschnitt
LE: Längserstreckungsrichtung
LM: Längsmittenachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050071 A1 [0002]
EP 1584715 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zur Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes, wobei die Vorrichtung (1) umfasst einen ersten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt mit einem Eingangskanalsegment (3) zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes in Richtung eines nachgeschalteten Auflösekanalsegments (6), und das mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden und diesem nachgelagerten Auflösekanalsegment (6) zum Auflösen des fluidbegleiteten zugeführten Faserbandendes in Einzelfasern, wobei das Auflösekanalsegment (6) einen mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden ringförmigen Kanal (10) ausbildet, welcher einen Kanaleingang (11) mit einer ersten Durchgangsbreite und einen davon beabstandeten Kanalausgang (12) mit einer zweiten Durchgangsbreite aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals (10) in einem Abschnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang (11) und dem Kanalausgang (12) angeordneten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangskanalsegment (3) einen konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt (4) für das Faserband aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangskanalsegment (3) einen sich an den konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt (4) anschließenden zylindrischen Durchgangsabschnitt (5) zur Übergabe des Faserbandendes an den Kanaleingang (11) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kanal (10) derart ausgebildet ist, dass ein Innendurchmesser des Kanaleingangs (11) kleiner als ein dazu korrespondierender Innendurchmesser der Kanalmitte ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernelement (8) in dem Durchgang des Auflösekanalsegments (6) zur Ausbildung des ringförmigen Kanals (10) gelagert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (8) über wenigstens ein das Auflösekanalsegment (6) mit dem Kernelement (8) verbindendes Lagerelement (9) und/oder mittels magnetischen Lagerkräften in dem Auflösekanalsegment (6) gelagert ist, wobei das Kernelement (8) im Falle magnetischer Lagerkräfte ein auf die magnetischen Lagerkräfte reagierendes Material zur definierten Lagerung des Kernelements innerhalb des Auflösekanalsegments (6) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch gelagerte Kernelement (8) in Umfangsrichtung rotierbar gelagert ist.
Spinneinrichtung (2) zum Spinnen eines Fadens, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1) zur Faservereinzelung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals in einem Abschnitt von der mittleren Durchgangsbreite bis zu der zweiten Durchgangsbreite stetig oder abschnittsweise derart kantenfrei erweitert, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die zweite Durchgangsbreite ist, und einen zweiten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt (20) umfassend ein Spinnsegment (13) zum Spinnen eines Fadens aus den zugeführten Einzelfasern, wobei das Spinnsegment (13) dem Auflösekanalsegment (6) in Führungsrichtung des Faserbandendes bzw. der Einzelfasern mit diesem kommunizierend zum Empfangen der Einzelfasern nachgelagert angeordnet ist, und wobei dem Spinnsegment (13) ein Verwirbelungsmittel zum Erzeugen einer die Einzelfasern miteinander verwirbelnden Wirbelströmung zum Spinnen eines Fadens zugeordnet ist.
Spinneinrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalmitte näher zu dem Kanaleingang als zu dem Kanalausgang angeordnet ist.
Spinneinrichtung (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (8) einen sich zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang erstreckenden Doppelkegel mit kongruenten Grundflächen nahe oder in der Durchgangsebene der Kanalmitte ausbildet.
Spinneinrichtung (2) nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwirbelungsmittel durch das rotierbare Kernelement (8) ausgebildet ist.
Spinneinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnsegment (13) wenigstens zwei, an seiner Innenwandung umläufig angeordnete Injektordüsen (14) zum Erzeugen einer Verwirbelungsströmung in dem Spinnsegment (13) als Bestandteil des Verwirbelungsmittels oder als das Verwirbelungsmittel aufweist.
Spinneinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Spinneinrichtung (2), die Vorrichtung (1) oder das Spinnsegment (13) ein- oder mehrteilig, insbesondere durch ein Zerspanungs- und/oder ein additives Fertigungsverfahren, ausgebildet ist.
Verfahren zum Spinnen eines Fadens aus vereinzelten Fasern gekennzeichnet durch eine Spinneinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Verfahren einen Schritt des mit Fluid, insbesondere Druckluft, begleitenden Zuführens eines Faserbandendes in das Eingangskanalsegment (3), einen Schritt des Betreibens des Verwirbelungsmittels zum Erzeugen einer Verwirbelung zum Spinnen eines Fadens aus den über das Auflösekanalsegment (6) zugeführten Einzelfasern in das Spinnsegment (13) aufweist.