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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines ungedrehten Garnes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines ungedrehten
Garnes, bei dein parallel zueinander liegende, einander überlappende einzelne Fasern
nicht zusammengedreht, sondern vielmehr durch Kleben miteinander verbunden werden.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zum Herstellen ungedrehter Garne bekannt,
bei der eine Faserlunte durch ein Streckwerk geführt wird und die Lunte mit Klebstoff
getränkt und durch Nitscheln verfestigt wird.
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Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß der überschüssige
Klebstoff nicht vor dem Nitscheln aus dem Faserband herausgequetscht wird. Dadurch
enthält das fertige Garn zuviel Klebstoff. Auch kann die Nitschelvorrichtung nicht
genügend wirksam sein. Die Erfindung besteht darin, daß vor Erreichen der Stelle,
zu der die Fasern durch die Reibbewegung (Nuscheln) zusammengefaßt werden, diese
gegen eine sich bewegende Fläche gedrückt werden und das überschüssige Bindemittel
aus dem Band herausgequetscht, das Band flach gegen die bewegte Fläche angelegt
und durch Adhäsion des viskosen Bindemittels auf der Oberfläche festgehalten wird.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung. In dieser ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch das
fertige, drehungslose Garn in vergrößertem Maßstab und Fig. 2 die Verbindung zwischen
zwei Fasern, ebenfalls in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 stellt einen Querschnitt
durch das fertige Garn, gleichfalls in vergrößertem Maßstab, dar; Fig. 4 veranschaulicht
schematisch den Arbeitsvorgang zur Herstellung des drehungslosen Garnes und Fig.
5 eine Variante desselben; Fig. 6 ist eine Ansicht eines Nitschelwalzenpaares, Fig.
7 eine Seitenansicht einer Mehrfachnitschelwalzenma,schine, Fig. 8 dieselbe Ansicht,
teilweise geschnitten, und Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Mehrfachnitschelmaschine;
Fig. 10 veranschaulicht die Transversalbewegung einer einzigen Nitschelwalze und
Fig. 11 die phasenverschobenen Transversa,lbewegungen von fünf Nitschelwalzen einer
Maschine gemäß den Fig. 7 bis 9.
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Das Garn, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, besteht aus Baumwollfasern
20, welche parallel zueinander liegen, einander überlappen und miteinander durch
ein Klebmitte122 verbunden sind (Fig.2). Das Verfahren ist jedoch nicht auf die
Verwendung von Baumwollfasern beschränkt, sondern umfaßt alle brauchbaren Arten
von Fasern, die da sind Hanf, Flachs, Sisal usw. Auch Kunstfasern aus regenerierter
Zellulose oder organische vollsynthetische Fasern sowie anorganische Fasern können
Verwendung finden. Das im vorliegenden Fall gebrauchte Klebmittel ist das herkömmliche
Gummilatex; es kann jedoch auch ein anderes Bindemittel von passender Zähflüssigkeit
und. Klebefähigkeit sein.
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Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, überlappen die einzelnen Fasern im
wesentlichen einander, und wie Fig. 2 zeigt, hat diese Überlappung dem Zweck, den
Bereich der Verbindung erheblich zu vergrößern. Aus Fig. 3 ist außerdem zu entnehmen,
daß, mit Ausnahme derjenigen an der Oberfläche, alle Fasern weitgehend von Klebmittel
umgeben sind. und daß auch durch eine kurze tlberlappung noch eine Haftfläche erzielt
wird, die wesentlich größer ist als der Querschnitt der Fasern. Es kann daher ein
Klebmittel Verwendung finden, welches trotz einer beträchtlich unter der Zugfestigkeit
der Fasern liegenden Bindekraft, dadurch, daß die Fasern über einen großen Bereich
verbunden sind, dennoch die Belastungsaufnahme durch die Fasern sichert, weil die
Klebstelle mehr Zugfestigkeit aufweist als der Faserquerschnitt.
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Bemerkenswert ist ein zwischen dem einzelnen Fasern des Garnres befindlicher
kleiner Zwischenraum. Diese Besonderheit ergibt, daß die Fasern untereinander über
wesentliche Teile ihrer Oberfläche verbunden sind.
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Der Klebmittelüberzug 22 ist außergewöhnlich dünn und daher sein Querschnittsanteil,
wenn das
Garn Spannungen unterworfen wird, äußerst gering. Auf diese
Weise entspricht das Dehnungsvermögen des Garnes praktisch demjenigen der einzelnen
Fasern, und wenn das erfindungsgemäße Garn einer Spannung unterworfen wird, werden
alle Fasern gleichzeitig gedehnt und brechen gleichzeitig, wenn ihre Bruchdehnung
erreicht ist. Der Bruch des Garnes ist dabei von einem widerhallenden Knacks begleitet,
und die Fasern nahe der Bruchstelle bleiben unausgefranst.
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Die Festigkeit des erfindungsgemäßen Garnes entspricht praktisch der
Gesamtfestigkeit der Fasern, welche seinen nuerschnitt bestimmen. Es ist bemerkenswert,
daß weder kostspielige Klebmittel noch besonders lange Fasern verwendet werden müssen,
uin erheblich bessere Festigkeiten zu erzielen, als sie finit den gebräuchlichen
zusammengedrehten (gesponnenen) Garnen erreicht werden können. Versuche haben auch
gezeigt. daß das erfindungsgemäße Garn bei Verwendung von billigen Klebmitteln und
kurzer Baumwolle eine Reißlänge von R .@ 16 km gegenüber R,-;: 8 km bei einem zusammengedrehten
(gesponnenen), aus den gleichen Fasern bestehenden Garn hat.
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Außer der im wesentlichen parallelen Anordnung und der Verbindung
über große Teile ihrer Oberfläche sind alle Einzelfasern im wesentlichen frei von
Vorspannungen auf Zug und Torsion. Eine geringfügige Abweichung, wie sie bei 24
(Fig. 1) ersichtlich ist, kann in der Praxis nicht ausgeschaltet werden, jedoch
treten Vorspannungen auf Zug und Torsion, wie sie beim gebräuchlichen zusammengedrehten
(gesponnenen) Garn existieren, beim geklebten Garn nicht auf. Außerdem wird durch
das Recken des erfindungsgemäßen Garnes auch kein größerer Druck auf einige Fasern
durch Unterschiede der Drehung innerhalb des Garnes oder durch Unterschiede in der
Ausrichtung, wie dies beim zusammengedrehten Garn der Fall ist, verursacht. Daher
wird die maximale Faserfestigkeit ausgenutzt.
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Die Eigenschaften geklebter Garne sind stark vom Herstellungsverfahren
derselben abhängig. So könnte angenommen werden, daß ein übliches zusammengedrehtes
(gesponnenes) Garn durch Aufdrehen und Verkleben desselben ein gleichwertiges Garn
ergibt. Diese Annahme ist jedoch falsch, weil in diesem Fall die einzelnen Fasern
Vorspannungen auf Zug und Torsion unterworfen worden sind, die den Wert des geklebten
Garnes herabmindern.
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Eine bevorzugte ?Methode zum Herstellen des Garnes gemäß der Erfindung
ist in Fig. 4 veranschaulicht. Danach befindet sich bei 30 ein Streckwerk zum Verziehen
der Fasern, durch welche letztere als äußerst dünnes Band über eine Gleitbahn 31
geführt und bei 32 mit einem Klebmittel getränkt werden. Bei 34 erfolgt sodann das
Zusammenfassen des Faserbandes zu einem Garn durch Nitscheln, d. h. einen gegenläufigen
Reibvorgang quer über die Oberfläche, an welcher die Fasern getränkt sind. Das geklebte
Garn wird hei 36 einem leichten Zug unterworfen und bei 38 getrocknet. Bei 40 wird
das Garn sodann einer zweiten Nitschelung, bei 42 einem Druck (Verdichtung) und
bei 44 einer dritten Nitschelung unterworfen.
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Das Rohmaterial, welches vorzugsweise Verwendung findet, ist eine
Baumwollfaser von der üblichen Beschaffenheit. Durch Verziehen der Fasern im Streckwerk
30 werden diese zu einem sehr dünnen Band, allerdings mit unterschiedlicher Faserdicke,
geformt. In diesem Stadium wird die Fasermasse getränkt. Sie werden bei 34 durch
einen gegenläufigen Reibvorgang (Nitscheln) gesammelt. Durch diesen Vorgang wird
die genau parallele Ausrichtung der Fasern gestört, indem ihnen eine geringfügige
wellenförmige Gestalt von einer zur anderen Seite erteilt wird. Das Garn wird bei
36 einem leichten Zug unterworfen, während das Klebmittel noch feucht ist, so daß
die Fasern aneinander zu gleiten vermögen.
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Das beispielsweise verwendete Klebmittel enthält ungefähr 100 Gewichtsteile
Wasser und 40 Gewichtsteile feste Bestandteile. Danach würden sich beim Trocknen
des Garnes erhebliche Zwischenräume zwischen den Fasern ergeben, so daß die Darstellung
des erfindungsgemäßen Garnes in Fig. 1 unrichtig wäre. Um dies zu verhindern, erfolgt
die Trocknung des Garnes bei 38 zwecks Eliminierung des Wassers nur so weit, da.ß
das Klebmittel in einem leicht teigigen Zustand verbleibt. Danach wird zum Zweck
der Zusammenfassung des Garnes und zwecks Schaffung einer gleichmäßigen Verbindung
der einzelnen Fasern das Garn bei 40 einer zusätzlichen Nitschelung unterzogen,
bei 42 ausgequetscht und bei 44 neuerlich einer Nitschelung unterworfen. Es ist
klar, daß auch andere Gewichtsverhältnisse hinsichtlich des Wassers oder anderer
flüchtiger Bestandteile vorkommen und die nachfolgenden Verfahrensstufen in entsprechender
Weise geändert werden können.
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Es wird bemerkt, daß das zusammengesetzte und bei 34 geformte Garn
das Fertigprodukt der vorliegenden Erfindung bildet. Seine Fasern sind im wesentlichen
parallel und miteinander genügend gut verbunden, so daß es hinsichtlich seiner Stärke
mit den gebräuchlichen Baumwollgarnen vergleichbar ist. Die Verfahrensstufen 36
und 44 verfolgen lediglich den Zweck einer Vervollkommnung des Garnes, um das theoretisch
mögliche Höchstmaß an Güte zu erreichen.
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Die bei 34 geformten Fasern des Garnes sind im wesentlichen frei von
Vorspannungen auf Zug und Torsion, und es ist selbstverständlich, daß, wenn thermoplastische
Harze verwendet werden, welche keine namhaften Anteile an flüchtigen Stoffen besitzen,
die Stufen 36 und 44, obgleich sie zweifellos die Festigkeit des Garnes vergrößern
würden, fortgelassen werden können und das bei 34 erzeugte Garn genügend Bindevermögen
besitzen wird. Die geringe wellenförmige Bewegung der Fasern in einem derartigen
Garn wird seine Stärke nicht erheblich verringern und auch keinen fortschreitenden
Verschleiß der Fasern verursachen. sondern vielmehr dem Garn in der Form zuträglich
sein, indem dieses geringfügig elastischer wird.
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Der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete, gegenläufig wirkende
Reibvorgang (Nitscheln) wird durch eine mit Kork überzogene Walze 46 erzielt, welche
gemeinsam mit einer eine leicht aufgerauhte Oberfläche besitzende Tränkw aIze 48
umläuft. Die mit Kork überzogene \Titschelwalze 46 ist in axialer Richtung hin-
und herbewegbar angeordnet und gegen die Tränkwalze 48 leicht anpreßbar. Es bedarf
keiner besonderen Oberflächenbeschaffenheit der Walzen 46 und 48, weil das Garn
durch einen Finger über diese vor- und zurückbewegt wird und dabei gleichzeitig
im bandförmigen Zustand an der Tränkwalzenoberfläche anliegt, solange diese nicht
schlüpfrig ist. Wesentlich für die Oberflächen der Walzen 46 und 48 ist nur, daß
sie fähig sind, eine frisch getränkte Fasermasse durchzuziehen. Ferner ist es wichtig,
beim Formen des Bandes zu einem Garn (Nitscheln) nicht zu viel Druck zu gebrauchen.
da durch zu großen Druck das Band in viele kleine Stücke zerrieben werden würde.
Die
Förderung des dünnen Bandes zum Tränkapparat wird durch eine Gleitbahn 52 oder ein
Förderband 54 (vgl. Fig. 5) bewirkt. Das Tränken der Fasern erfolgt durch zwei gegenläufige
Tränkwalzen 47 und 48, zwischen denen das Klebmittel durch Seitendämme 56 gehalten
ist, oder durch Tränkwalzen 58 und 60 (Fig. 5), wobei die Rolle 60 teilweise in
das in einer Wanne 62 befindliche Klebmittel eintaucht. Die beiden Tränkwalzen werden
aneinandergedrückt um das gleichmäßige Verteilen des Klebmittels zu sichern und
ein örtliches Verdicken desselben zu verhindern.
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Das Verfestigen des Garnes wird durch ein Pressen desselben in einer
Form erreicht, indem es zwischen zwei harten Oberflächen unter fortwährendem Druck
hindurchbewegt wird oder indem es Walzen, welche es in eine schmale Nut zwingen,
passiert. Die letztgenannte Methode ist schematisch bei 42 veranschaulicht (Fig.4).
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Das Trocknen und Erwärmen des Garnes wird erreicht, indem dieses durch
ein endloses Förderband 64 in die Heizkammer 66 befördert wird. Die einen leichten
Zug bewirkende Verfahrensstufe bei 36 ergibt sich dadurch, daß das Garn leicht über
einen weiten Bogen um eine Walze 68 mittels eines endlosen Bandes 70 geführt ist,
welch letzteres durch zwei Walzen 72 und 74, die benachbart zur Walze 68, jedoch
durch einen weiten Bogen getrennt von dieser angeordnet sind und zwischen einem
Walzenpaar 76, eng umschlossen von den Walzen 68, 72 und 74, hindurchgezogen wird.
Dabei ist das Garn lediglich einer Dehnung von etwa 6% unterworfen. Die Formstufen
bei 40 und 44 ergeben sich durch gegenläufige, axial verschiebbare Nitschelwalzen
78 oder gleichfalls durch Hindurchbewegen des Garnes zwischen zwei relativ harten
Oberflächen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann zum Anpassen an die Eigenschaften
der verschiedenen Harze bzw. Bindemittel, welche Verwendung finden, geändert werden.
So wird z. B. bei Verwendung von bei Wärtne erstarrenden Harzen die Wärmeanwendung
gleichzeitig mit den Verfahrensstufen 32 bis 44 erfolgen. Überdies wird das Garn
zwecks Änderung seiner Querschnittsform durch einen Trichter gezogen.
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Die Hin- und Herbewegung des letzteren durch eine einzige Nitschelwalze
ist in Fig. 10 graphisch aufgezeichnet. Die Amplitude ist 2,4 cm, die Periodenlänge
1,2 cm. Diese hin- und hergehende Bewegung ergibt einen kleinen »Totgang« am Ende
jeder Seitenbewegung, wodurch Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit leiden. Eine Möglichkeit,
um die Arbeit der Farmrolle zu verbessern, besteht darin, diese der Hin- und Herbewegung
gemäß einer Säge.zahnkurve anzupassen oder die Sinuskurve abzuändern, um den To,tgang
bei der Hin- und Herbewegun g zu vermindern.
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Außerdem können große Verbesserungen hinsichtlich der Geschwindigkeit
und auch eine wesentliche Verbesserung, die Formung des Garnes betreffend, durch
Verwenden von mehr als einer Formrolle und durch eine derartige Steuerung der Hin-
und Herbewegung erreicht werden, daß der Totgang bei der Hin- und Herbewegung jeder
folgenden Rolle an einer anderen Stelle auf das Garn trifft als die vorhergehenden
Rollen.
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In den Fig. 7 bis 9 ist eine Vielfachnitschelmaschine dargestellt,
welche in ihrer wesentlichen Gestaltung ein Gestell 136, eine große Tränkwalze 138,
Nitschel-oder Formwalzen 139, einen Förderbandmechanismus 140 zum Transport des
Faserbandes in die Maschine, eine Vorschubwalze 141 und eine Druckwalze 142 aufweist,
um das Band gegen die Tränktrommel 138 zu pressen.
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Zum Regeln des Druckes der Walze 142 gegenüber der Tränkwalze 138
ist ein Mechanismus in der Form vorgesehen, daß die Walze 142 in einem schwenkbaren
Rahmen 144 gelagert ist. Dieser Rahmen 144 ist durch eine horizontale Welle am Maschinengestell
136 angelenkt. Das untere Ende des Rahmens 144 ist mittels eines Hebels und einer
Gewichtsanordnung 148 vierschwenkbar. Zum Reinigen der Oberfläche der Druckwalze
142 sowie der Tränktrommel 136 sind Bürsten 150 so angeordnet, daß die Bahn des
Bandes nicht gestört wird. Die Tränktrommel 138, die Nitschehva.lzen 139, das Förderband
140, die Vorschubwalze 141, die Druckwalze 142 sowie die Bürsten 150 werden in bezug
aufeinander durch ein gebräuchliches, in Fig. 7 dargestelltes Rädergetriebe bewegt.
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Ein besonderes Merkmal des Erfindungsgegenstandes ist die Vielfachnitschelwalzenanordn.ung.
Wie ersichtlich, finden dabei fünf Nitschelwalzen 139 Verwendung, welche auf zueinander
parallelen Wellen 154 angeordnet sind, deren Enden in Lagern 156 drehbar gelagert
sind (Fig. 9). Jede Welle 154 ist mit einem Triebling 158 versehen, um der an ihr
befindlichen Nitschelwalze 139 dieselbe Umfangs-. geschwindigkeit zu erteilen, wie
sie die Tränktrommel 138 besitzt. Die Lager 156 sind seitlich gleitbar angeordnet
und bringen die Wellen 154 samt Walzen 139 in seitliche Hin- und Herbewegung. Die
Lager 156 sind mittels Gleitelementen 160 festgeh;Llten, welche in passend bearbeiteten
Führungen im Gestell 136 zu gleiten vermögen. Auf einer Seite ist eine Nockensteuerung
162 vorgesehen, um den Nits chelwalzen 139 die gewünschte Hin- und Herbe.wegung
zu erteilen. Die Lager 156 sind ferner mit be"w eglichen Einstellmechanismen versehen,
um eine leichte Berührung zwischen den Nitschelwalzen 139 und. dem Faserhand, welches
an der Oberfläche der Tränkt:.rommel 138 anliegt, zu sichern. Der untere Teil der
Tränktrommel 138 taucht in einen Klebmitteltrog 152.
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Die Einrichtung gemäß den Fig. 7 bis 9 gestattet eine kleinere Amplitude
als eine Einrichtung mit nur einer einzigen Nitschelwalze und ferner ein Vergrößern
der Periodenlänge. Bei dieser Konstruktion wird die Amplitude auf 1,2 cm vermindert
und die Periodenlänge auf 3,6 cm vergrößert. Wenn dies bei einer Maschine mit fünf
Nitschelwalzen 139 erfolgt, welche im Abstand von 2,4 cm angeordnet sind, so ergibt
sich ein Bewegungsdiagramm, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. -Die in Fig. 11 innerhalb
des angedeuteten Rechtecks befindliche Fläche stellt ein vollständiges Spiel der
Bewegung der Nitschelwalzen 139 dar und zeigt, daß jeder Teil des Bandes der Einwirkung
wenigstens einer Formrolle usw. dem wirksamsten Teil der Bewegung derselben unterworfen
wird. Diese Einrichtung gestattet ein erhebliches Vergrößern der Geschwindigkeit
des Bandvorschubes. Besonders günstige Nitschelverhältnisse ergeben sich bei einer
Geschwindigkeit des Faserbandes von etwa 45 m/min, und es ist klar, daß noch größere
Geschwindigkeiten erzielt werden können, wenn nach den Anleitungen gemäß der Erfindung
vorgegangen wird.
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Während es im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelegen ist, ein symmetrisches
Bewegungsdiagramm gemäß Fig.11 zu verwenden, ist es selbstverständlich, daß die
Bewegung der Nitschelwalzen nicht in nieset präzise ausgeglichenen Art durchgeführt
zu werden
braucht. Wesentlich im Hinblick auf diesen Teil der Erfindung
ist es, daß eine Mehrzahl von Nitschelwalzen verwendet wird und die nachfolgenden
Walzen so angeordnet sind, daß sie auf das Band oder auf das teilweise zusammengesetzte
Garn in jenen Bereichen zur Einwirkung gelangen, in denen die vorhergehenden Walzen
weniger einwirken.
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Während die Nitschelwalzen 139 abwechselnd wirken und dicsclbe Periodenlänge
(Umfang) besitzen, braucht die Amplitude der Hin- und Herbewegung nicht für alle
Rollen dieselbezu sein. Inder Praxis jedoch ist es bequemer, diese wie beschrieben
anzuordnen. Außerdem braucht die Periodenlänge für die einzelnen Walzen nicht genau
gleich zu sein, vorausgesetzt, daß der Totgang der zweiten Rolle auf dem Band nicht
mit demjenigen der ersten Rolle zusammentrifft. Mit anderen Worten: Wenn die Periodenlängen
der verschiedenen Walzen gleich sind, sollten sie ein Vielfaches der kleinsten Periodenlängen
betragen.
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Es sind selbstverständlich die verschiedensten Änderungen im Rahmen
der vorliegenden Erfindung möglich. So ist es z. B. nicht nötig, nur die Nitschelwalzen
hin- und herzubewegen. Die Tränkwalzen könnten, falls dies gewünscht wird, ebenfalls
hin- und herbewegbar sein, wobei allerdings eine Relativbewegung zwischen den beiden
Oberflächen erforderlich ist.