DE1936354A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ablegen von Faeden zur Vliesherstellung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ablegen von Faeden zur Vliesherstellung

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DE1936354A1 DE19691936354 DE1936354A DE1936354A1 DE 1936354 A1 DE1936354 A1 DE 1936354A1 DE 19691936354 DE19691936354 DE 19691936354 DE 1936354 A DE1936354 A DE 1936354A DE 1936354 A1 DE1936354 A1 DE 1936354A1
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Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/Main, den 18.8.1969 Aktiengesellschaft -Schh/WP-Nr. 6266 LÖ
Verfahren und Vorrichtung zum Ablegen von Fäden zur Vliesherstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablegen von durch das Treibmedium einer Düse mit hoher Geschwindigkeit abgezogenen Fasern, Fäden oder Fadenscharen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Das erfindungsgemäße Ablegen der Fäden auf eine sich fortbewegende Unterlage führt zu hochwertigen Endlosfadenvliesen mit verbesserter Verteilung der Fäden.
Es ist bekannt, zum Beispiel Vliese aus Endlosfäden herzustellen, indem frisch gesponnene Fäden aus thermoplastischen oder anderen spinnbaren Materialien nach dem Anspinnen durch entsprechende Spinndüsen mit Hilfe von luft- oder gasbetriebenen Abzugsdüsen mit hoher Geschwindigkeit abgezogen und dabei verstreckt werden. Die verstreckten Fäden werden dann daran anschließend auf einer Unterlage abgelegt, indem das Treibmedium der Abzugsdüsen die Fäden mitnimmt.
Es hat sich bisher als schwierig erwiesen, für diesen Abzugs- und Ablegevorgang geeignete Abzugsvorrichtungen zu finden, die dafür sorgen, daß die zusammen abgezogenen Fäden sich in dem Bereich nach Austritt aus der Düse nicht miteinander verzwirnen oder verwickeln, und somit anschließend bei der Ablage der Fäden zum Vlies eine ausreichend gleichmäßige Verteilung der zusammen abgezogenen Fäden möglich ist.
QO908&/1874
Verzwirnen oder Verwickeln sich die zusammen abgezogenen Fäden in größerem Ausmaß, so ergibt sich ein Vlies.mit ungleichmäßiger Struktur und ungenügend gleichmäßigem Flächengewicht.
Es ist bereits bekannt, die Anzahl der in einer Abzugsdüse verstreckten.Fäden klein (zum Beispiel 2 -25) zu halten, da dann die Gefahr, daß sich diese Fäden miteinander verzwirnen oder verhaken, bei der Wahl einer geeigneten Abzugsdüse recht gering ist und weiterhin selbst bei der P Verhakung und Verzwirnung von wenigen Fäden noch immer ein Vlies von ausreichender Struktur erhalten wird. Beim Abziehen weniger Fäden je Abzugsdüse ist aber die Wirtschaftlichkeit der Vliesherstellung gering, da die Abzugsdüsen normalerweise in der Lage sind, ein Vielfaches der Fadenzahl unter sonst gleichen Bedingungen zu verstrecken, der apparative Aufwand unverhältnismäßig hoch wird und die zur Verwendung kommende große Anzahl von Düsen einen großen Energieverbrauch aufweist.
Es ist weiterhin bekannt, mit Hilfe elektrostatischer Ladungen die Fäden nach dem Austritt aus der Düse zu spreizen und so eine Verbündelung der Fäden zu verhindern. Dieses Verfahren bedeutet aber einen hohen zusätzlichen Aufwand in der Vorrichtung, ergibt einen hohen Energieverlust und ist durch Klimaeinflüsse sehr störanfällig, da die Fadenschar nach Austritt aus der Schmelze der Kühlluft und der Atmosphäre ausgesetzt ist. Weiterhin hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die Fäden zur Gewährleistung der elektrostatischen Aufladung nur mit begrenzter Fadengeschwindigkeit abgezogen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ablegen von ■ durch das Treibmedium einer Düse mit hoher Geschwindigkeit abgezogenen Fasern, Fäden oder Fadenscharen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweisen, geeignet sind, mit einfachen Mitteln die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und die es insbesondere ermöglichen, Abzugsdüsen bei hoher Abzugsgeschwindigkeit mit einer hohen Zahl von Fäden zu betreiben und die Fäden anschließend abzulegen, ohne daß nach Austritt aus der Abzugsdüse eine Verbündelung der Fäden untereinander und somit weiterhin ein Vlies minderer Qualität erhalten wird.
Die Erfindung soll außerdem ohne großen Aufwand, ohne zusätzliches elektrostatisches Aufladen und ohne großen Energieverbrauch unter Ausnutzung der durch die Abzugsdüse gegebenen Verhältnisse arbeiten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fasern, Fäden oder Fadenscharen" spätestens unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse durch strömungstechnische Maßnahmen auseinandergespreizt werden.
Der Beginn der Spreizung erfolgt vorteilhaft, bevor nach Austritt aus der Düse die Geschwindigkeit des Treibmediums unter die der Fäden abgesunken ist; bei der Ablage der Fäden, Fasern oder Fadenscharen zu einem Wirrvlies zweckmäßig, bevor die Fäden, Fasern oder Fadenscharen 1/1Ö des Weges zwischen der Düse und der Ablagefläche durchlaufen haben. Bei Verwendung eines gasförmigen Treibmediums strömt dieses weiterhin vorteilhaft am Düsenende mit Überschallgeschwindigkeit aus, durchstömt vor dem Spreizen einen
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Querschnitt, der kleiner oder höchstens gleich dem nach dem Spreizen durchströmten ist und wird beim Spreizen zu einem vorzugsweise langgestreckten Querschnitt verformt.
An seinen Schmalseiten wird der Strahl des Treibmediums nach seiner Verformung und ersten Spreizung vorteilhaft noch einer weiteren Spreizung unterworfen.
Die"Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens kennzeichnet sich durch eine Abzugsdüse für die Fäden, ψ Fasern oder Fadenscharen, in der das Treibmedium auf Überschallgeschwindigkeit gebracht wird und ein Spreizelement zum Spreizen des Treibmediumstrahles einschließlich der darin geführten Fäden, Fasern oder Fadenscharen, Vorteilhaft kann das Spreizelement einen schlitzförmigen Austrittsquerschnitt mit einem Seitenverhältnis von Schmal- zu Längsseiten von 2 : 1 bis 300 : 1 und vorzugsweise von 5 : bis 100 : 1 aufweisen und an den Schmalseiten des Spreizelementes können auswärts gebogene Ablenkungskörper angebracht sein, die vorzugsweise in einer scharfen Kante enden. Zweckmäßigerweise weisen die Längsseiten des Spreizkörpers am Austritt eine abgerundete Lippe auf.
Erfindungsgemäß findet das neuartige Verfahren Anwendung zur Bildung eines Endlosfadenvlieses durch ein Ablegen der Fäden auf einer sich bewegenden Unterlage, wobei vorteilhaft eine Hin- und Herbewegung des die Fäden führenden Treibmediums und der Fäden parallel und relativ zur Ablagefläche erfolgen kann.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in den frei Ansichten;
Fig« 2 Beispiele für die innere Konturführung des Spreizelementes;
Fig. 5 Ausführungsbeispiele in der Konturführung für die Ablenkungskörper;
Fig. 4 ein mit der Abzugsdüse einheitlich ausgebildetes Spreizelement;
Fig 5 eine Düse mit hintereinander angebrachten Ablenkungskörpern und
Fig. 6 ein Spreizelement zum Aufspreizen von Treibmedium und Fäden in Glockenform.
Die vorliegenden Zeichnungen sollen dem Fachmann einen Überblick über einige Variationsmöglichkeiten der Vorrichtung geben.
Gemäß Fig. 1 befindet sich direkt am unteren Ende einer Abzugsdüse bekannter Konstruktion, die die Fäden mit Hilfe des Treibmediums mit hoher Geschwindigkeit abzieht, ein Spreizelement 2. Als Treibmedium dient normalerweise Luft, es kann aber auch Dampf oder eine Flüssigkeit verwendet werden.
Das mit Überschallgeschwindigkeit ausströmende Treibmedium und die darin geführten Fäden werden nun vom normalerweise kreisförmigen Austritt der Abzugsdüse 1 her in dem Spreizelement 2 kontinuierlich zu einem schlitzförmigen Querschnitt
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tiberführt. Dabei soll der Querschnitt der schlitzförmigen Austrittsfläche mindestens gleich dem Querschnitt der kreisförmigen Eintrittsfläche sein, aber maximal nicht größer als das Zehnfache. Vorzugsweise beträgt das Querschnittsverhältnis zwischen Austritt und Eintritt 1 : 1 bis 3:1.
Während der Eintrittsquerschnitt in das Spreizelement 2 sich nach dem meist kreisförmigen Austrittsquerschnitt der Abzugsdüse 1 richtet und somit vorgegeben ist, liegt das Verhältnis zwischen langer und schmaler Kante am Aus- * tritt das Spreizelementes 2 im Verhältnis von 2:1 bis 300 : 1, vorzugsweise von 5 : 1 bis 100 : 1".
Um eine gleichmäßige Expansion der Strömung aus dem Spreizelement 2 zu erzielen,hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dieses am Austritt mit einem Boden enden zu lassen, dessen Radius zur Elementlänge im Bereich von 20 : 1 bis 0,1 : 1, vorzugsweise 10 : 1 bis 0,2 : 1 liegt.
Im Anschluß an das Spreizelement 2 befinden sich nach Wahl in einem Abstand die senkrecht zur langen Austrittskante fixierten Ablenkungskörper 4, die vorn und hinten in die umgebene Atmosphäre münden. An den Innenflächen 5 der Ablenkungskörper 4 legt sich die austretende Luft entsprechend dem Wandstrahl- bzw. Coanda-Effekt an und wird weiter nach außen abgelenkt bis zur hinteren Kante 8, wo der Coanda-Effekt wieder aufgehoben wird, da der Strahl hier wieder frei aus der Atmosphäre ansaugen kann.
Der expandierende Mediumstrahl vor dem Spreizelement 2 saugt aus der Umgebung Luft an. Zur Vermeidung von Wirbeln ist der obere Teil der Ablenkungskörper 4 mit einer Rundung
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6 versehen, die ein verlustfreies Einströmen der angesaugten" Luft ermöglicht.
■Ό"
Die Befestigung zwischen den Spreizelementen 2 und den Ablenkungskörpern 4 kann, wie in Figur 2 beispielhaft dargestellt, über Rippen 7 erfolgen, die zumindest im hinteren Bereich wegen der angesaugten Luft mit einem strömungstechnischen günstigen Profil ausgestattet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, unter Verzicht auf das Spreizelement den aus der Düse 1 austretenden Freistrahl durch die erfindungsgemäßen Ablenkungskörper 4 allein genügend auseinanderzuspreizen.
Figur 2 zeigt weitere, für die Strömungsführung günstige beispielhafte Ausgestaltungen der Innenflächen 3 des Spreizelementes 2. Während gemäß Figur 1 die Erweiterung bzw. Verengung des Spreizelementes 2 in beiden Ebenen linear mit konstantem Winkel erfolgt, zeigt Figur 2 oben links Innenflächen der Schmalseiten, die zum Austritt hin sich mit stetig geringer werdenden Radius öffnen.
Figur 2 zeigt oben rechts Innenflächen der Schmalseiten des Spreizelementes 2, bei denen sich eine lineare Erweitterung tangential ein Kreisbogen anschließt.
Figur 2 zeigt unten die Konturverläufe der Schmalseiten von Spreizelementen 2 in zwei Schnitten durch Spreizelemente in Ebenen senkrecht zu den Schnittebenen gemäß Figur 2 oben, wobei unten links eine Verengung von Düsenaustrittsdurchmesser auf die Schlitzbreite über einen konstanten Krümmungsradius erfolgt und unten rechts ein Konturverlauf dargestellt
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ist, bei dem nach zuerst linearer Verengung ein Teilstück mit konstantem Wandabstand folgt. Natürlich kann ebenso der obere Teil mit einem konstanten Radius tangential in das parallelwandige , Enstück einmünden. Kombinationen aus den für beide Ebenen beschriebenen Konturverläufen der Schmal- und Breitseiten von Spreizelementen 2 sind sowohl in jed.er Ebene als auch in Kombination zwischen den beiden senkrecht zueinander stehenden Ebenen möglich.
Die Spreizelemente 2 enden mit ihren breiten Seiten in einer gerundeten Lippe 10, deren Rundung einen Radius von ungefähr dreimal die Elementbreite aufweist.
Figur 3 zeigt beispielhaft nur einige der möglichen Ausführungsformen für den Konturverlauf der Ablenkkörper 4, und zwar oben links eine der fertigungstechnischen einfachsten Lösungen, bei der die Konturführung durch zwei sinnmetrisch zur Mittelachse stehende Walzen gebildet wird und die für die Ansaugung und Umlenkung eine einfache und inkomplizierte Form darstellt;
oben rechts Zylindersegmente, an deren unteren scharfen Kanten 8 das Aufhören des Wandstrahl- bzw. Coanda-Effektes genau bestimmt ist, wodurch eine definierte Streuung und damit auch definierte Fadenablage erreicht wird;
unten links zwei symmetrisch zueinander stehende Ablenkungskörper 4, die sich profilartig nach beiden Seiten erweitern und oben mit einer Rundung für ein gutes Einströmen der angesaugten Luft sorgen und
unten rechts Ablenkungskörper 4, die so ausgebildet sind, daß nach einem einwärts laufenden geraden Stück, dessen oberer Rand entsprechend abgerundet ist, ein paralleles
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geradliniges Führungsstück folgt, das sich anschließend entweder linear oder in einem Bogen nach außen öffnet.
Kombinationen aus den hier nur beispielhaft beschriebenen Konturverläufen sind möglich und können erfindungsgemäß angewandt werden.
Die Ablenkungskörper 4 können Je nach Art der Befestigung mit dem strömungstechnisch davor befindlichen Spreizelement 2 auch durch seitliche Rippen angeschlossen werden.
Figur 4 zeigt in zwei zueinander rechtwinklig verlaufenden Ebenen gelegenen Schnitten ein Spreizelement 2 mit einstückig angeschlossenem Ablenkungskörper 4.
Gemäß Figur 5 können im Anschluß an ein Spreizelement 2 oder direkt an eine Düse 1 zur Erzielung einer größeren Streubreite eine, zwei oder mehrere den Wandstrahl- bzw. Coanda-Effekt ausübende Konturflächeen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet werden.
Figur 6 zeigt das Schema eines ringförmigen Spreizelementes 2 zur Erzielung eines glockenförmigen Fadenschleiers.
Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die gesamte Vorrichtung ist in ihrem Aufbau äußerst einfach^ besitzt keinerlei bewegliche oder veränderliche Teile und ist somit wartungs- und störungsfrei. Die Vorrichtung besorgt ohne elektrostatische Aufladung auf rein strömungstechnischem Wege im Aufspreizen der Fäden, es fehlen also zusätzliche Vorrichtungen. Verfahren und Vorrichtungen nach der Er-
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findung ermöglichen ein Arbeiten unabhängig von dem Fadenmaterial, es sind keinerlei Zusatzstoffe für die Schmelze erforderlich, die ein statisches Aufladen begünstigen, und durch das Abziehen von Fadenscharen mit hohen Fadenzahlen durch eine Düse ist der Energieverbrauch denkbar gering.
Beispiel:
Eine luftbetriebene Abzugsdüse mit einem Luftverbrauch von " 80 Nnr /h bei einem Treibdruck von 22 atü hat einen kreisförmigen Austrittsdurchmesser von 6,6 mm, entsprechend einer Fläche von 34,2 mm . Durch diese Abzugsdüse werden Fäden aus Polypropylen, Nylon oder Polyester mit einer Geschwindigkeit von 3 850 m/min abgezogen, wobei die Fadenzahl bis zu 120 Einzelfäden pro Abzugsdüse beträgt.
Auf die Abzugsdüse aufgesetzt ist ein Spreizelement mit einer Eintrittsfläche von ebenfalls 34,2 mm , das sich mit konstantem Winkel von 8° auf eine Austrittsfläche von 50 mm erweitert bei einem Verhältnis von langer zu schmaler Kante von 8 : 1. Im freien Abstand von 2 mm befanden sich als Ablenkungskörper zwei Walzen mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge von 35 mm.
Diese beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, die in der oben beschriebenen Abzugsdüse durchgesetzte Fadenzahl so aufzuspreizen, daß die Zahl der Fäden pro Bündel im abgelegten Vlies kleiner als 5 bis 10 beträgt. Der Titer der durchgesetzten Fäden lag dabei im Bereich von 1,5 - 3,0 den je nach Durchsatz am Extruder,
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Ablegen von durch das Treibmedium einer . Düse mit hoher Geschwindigkeit abgezogenen Fasern, Fäden oder Fadenscharen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, Fäden oder Fadenscharen spätestens unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse durch strömungstechnische Maßnahmen auseinandergespreizt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Spreizung erfolgt, bevor nach Austritt aus der Düse die Geschwindigkeit des Treibmediums unter die der Fäden abgesunken ist.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ablage der Fäden, Fasern oder Fadenscharen zu einem Wirrvlies die Spreizung erfolgt, bevor die Fäden, Fasern oder Fadenscharen 1/10 des Weges zwischen der Düse und der Ablagefläche durchlaufen haben.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines gasförmigen Treibmediums dieses am Düsenaustritt mit Überschallgeschwindigkeit strömt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmedium zusammen mit den Fasern, Fäden oder Fadenscharen vor dem Spreizen einen runden Querschnitt und nach dem Spreizen einen nicht runden Querschnitt durchströmt, der größer oder gleich dem erstgenannten Querschnitt.
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    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge-. kennzeichnet, daß das Treibmedium zusammen mit den Pasern, Fäden oder Fadenscharen vor dem Spreizen einen runden Querschnitt und nachdem Spreizen einen weiteren runden Querschnitt surchströmt, der größer ist als der erstgenannte Querschnitt.
    7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl des Treibmediums zu einem langgestreckten Querschnitt verformt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Strahl des Treibmediums während der Verformung zu einem langgestreckten Querschnitt eine geschwindigkeitserhöhende Expansion erfährt.
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine weitere Spreizung des aus der Düse austretenden Treibmediumstrahles.
    10. Verfahren nach den Ansprüchen 5,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibmediumstrahl an seinen Schmalseiten einer zusätzlichen Spreizung unterworfen
    • wird.
    11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, 7,8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediumstrahl zum Spreizen eine Eintritts- und eine Austrittsfläche mit einem Flächenverhältnis 1 : 1 bis zu 1 : 10 durchströmt.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediumstrahl zum Spreizen eine Eintritts- und eine Austrittsfläche mit einem Flächenverhältnis 1 : bis 1 : 3 durchströmt.
    -13- ■
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    13. Vorrichtung zur DurchiÄräÄg iea Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprtlcheι geHennjstlehnet durch eine Abzugsdüse (1) für, dl* Fäden, Fasern oder Fadenscharen* in der das tirfibaedium auf JÜberschallge^ schwindigkeit gebracht wird, und ein Spreizelement (2) zum Spreizen des Treibmediumstrahles einschließlich der darin geführten Fäden, Fasern oder Fadenscharen.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizelement (2) einen schlitzförmigen Austrittsquerschnitt mit einem Seitenverhältnis von Schmal- zu Längsseiten von 2 : 1 bis 300 : 1 aufweist,
    15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der schlitzförmige Austrittsquerschnitt ein Seitenverhältnis von Schmal- zu Längsseiten von vorzugsweise 5 : 1 bis 100 : 1 aufweist.
    16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten des Spreizelementes (2) kleiner sind als der hydraulische Durchmesser der Düse (1) am Düsenaustritt.
    17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Schmalseiten des Spreizelementes (2) nach außen gekrümmt sind.
    18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schmalseiten des Spreizelementes (2) auswärts gebogene Ablenkungskörper (4) angebrächt sind, die zur Strömungsachse symmetrisch angeordnet sind.
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    Vorrichtsaijgf ntoh Anspruch iSf dadurch gikennaeichnel;» daß die Abltnkungekörper (4) in einer scharfen Kante {.β) enden.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19» dadurch gekennzeichnet, da0 ein wirbelverhindernder übergang · zwischen den Schmalseiten des Spreizkörpers (2) und den Ablen*- kungskörpern (4) vorliegt.
    21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, da-
    P durch gekennzeichnet, daß die Längsseiten des Spreizkörpers (2) am Austritt eine abgerundete "Lippe (10) aufweisen.
    22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Rundung der Lippe (10) einen Radius aufweist, der ca. dreimal die Breite der Längsseite des Spreizelementes (2) beträgt.
    23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3f 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Düse (1.) in Strömungsrichtung ein Ablenkungskörper (4) in Gestalt eines Torus folgt.
    24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 22, gekennzeichnet durch mehrere Ablenkungskörper (4), die in Strömungsrichtung hintereinanderliegen.
    25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 22, gekennzeichnet durch einstückig in das Spreizelement (2) eingeschlossene Ablenkungskörper (4),
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    26. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
    1 bis 12 zur Bildung eines Endlosfadenvlieses durch ein Ablegen der Fäden, auf einer sich bewegenden Unterlage.
    27. Anwendung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Hin- und Herbewegung des die Fäden führenden Treibmediums und der Fäden parallel und relativ zur Ablagefläche.
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