DE1936916B2

DE1936916B2 - Injektor zum absaugen von schnellbewegtem fadenmaterial

Info

Publication number: DE1936916B2
Application number: DE19691936916
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. Dr 8751 Elsenfeld; Nilgens Heinrich Dipl.-Ing 8753 Obernburg Ostertag
Original assignee: Enka Glanzstoff Ag, 5600 Wuppertal
Priority date: 1969-07-19
Filing date: 1969-07-19
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US3679114A; CH507858A; FR2055260A5; GB1326217A; DE1936916A1; LU61359A1; BE751246A; AT323877B; ES379987A1; NL7007642A

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Absaugen von schnellbewegtem Fadenmaterial, mit einem Saugrohr und einem Mischrohr.

Derartige Injektoren, welche beispielsweise aus dem DT-GM 19 81944 bekannt sind, werden bei der Chemiefaserherstellung üblicherweise dazu benutzt, bei Störungen zwischen der Spinndüse und der Aufwickelvorrichtung das Fadenmaterial, welches sich im unterhalb der Spinndüse befindlichen Blasschacht sammelt, mittels stabförmiger Injektoren abzusaugen. Auch das Wiederanlegen frisch gesponnener Fäden wird in der Regel mittels solcher Injektoren durchgeführt. Schließlich ist es auch noch möglich, bei gewollter Stillsetzung einer Spinnstelle den laufenden Faden mittels eines Injektors abzusaugen und damit das Anstauen von Fadenmaterial innerhalb der Spinnstelle von vornherein zu unterbinden.

Bei Injektoren zum Absaugen von schnellbewegtem Fadenmaterial muß der Injektor genügend große Zugkräfte auf den Faden ausüben können. Zu diesem Zweck ist es erforderlich daß die Relativgeschwindigkeit zwischen dem laufenden Faden und dem ansaugenden Medium möglichst groß ist. Eine weitere Forderung für einen Injektor zum Absaugen von schnellbewegtem Fadenmaterial ist ein möglichst hoher Wirkungsgrad, der durch einen möglichst geringen Luftverbrauch einerseits und durch einen möglichst geringen Druckverlust innerhalb des Injektors andererseits erzielbar ist.

Der aus dem DT-GM 19 81944 bekannte, nur einstufig ausgelegte Injektor soll zwar in der Lage sein, Fadengeschwindigkeiten von bis zu 5000 m/min und mehr zu bewältigen. Die Zugkraft und insbesondere der Wirkungsgrad sind jedoch bei Fadenlaufgeschwindigkeitcn von mehr als 4000 m/min bei diesem bekannten Injektor nicht mehr ausreichend.

Aus der OE-PS 2 69 701 ist ein für hohe Fadengeschwindigkeiten geeigneter Injektor bekannt, bei dem zur Überwindung der hohen Fadenspannung und der an

JO

40

45

50 sich zu geringen Leistung des ebenfalls einstufig ausgebildeten Injektorteils gegenüber der Fadenansaugöffnung des Saugrohrs eine über eine separate Luftleitung gespeiste Blasdüse angeordnet ist, die den Faden in die Fadensaugöffnung des Saugrohrs hineinbläst. Ein solcher Injektor ist im Betrieb, sofern er nicht stationär angeordnet ist, schwierig zu handhaben und besitzt zudem auch einen relativ schlechten Wirkungsgrad.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Fadeninjektor zu schaffen, bei dem die Relativgeschwindigkeit zwischen Faden und Luft möglichst groß ist, um auch bei Fadenlaufgeschwindigkeiten von mehr als 4000 m/min eine genügend große Zugkraft auf den Faden ausüben zu können. Dabei soll der Wirkungsgrad des Injektors möglichst groß sein, d.h. das Verhältnis von Fadenabzugsleistung und Luftleistung soll optimal werden. Weiterhin soll der erfindungsgemäße Injektor, insbesondere im Hinblick auf einen vollautomatischen Spulenwechsel, sicher funktionieren und leicht zu handhaben sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Injektor der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Injektor derart mehrstufig ausgebildet ist, daß einem ersten Mischrohr mindestens ein weiteres Mischrohr nachgeschaltet ist, wobei das erste Mischrohr als Saugrohr der zweiten Stufe, das weitere Mischrohr als Saugrohr der dritten Stufe usw. dient.

Die Begründung für die Zweckmäßigkeit eines mehrstufigen Fadeninjektors läßt sich etwa wie folgt formulieren:

Für das Aufbringen einer geforderten Zugkraft, die im Falle von sehr schnellaufenden Fäden entsprechend hoch ist, ist eine bestimmte Relativgeschwindigkeit zwischen dem Faden und dem Ansaugmedium erforderlich. Dtese Relativgeschwindigkeit ist dadurch begrenzt, daß bei einem konstanten Luftmassendurchsatz in einem Rohr die Machzahl in Flußrichtung infolge der Druckverluste stets zunimmt, jedoch den Wert 1 nicht überschreiten kann. Das bedeutet aber, daß die mittlere Geschwindigkeit in einem kurzen Rohr größer ist als in einem langen Rohr. Ein mehrstufiger Injektor kann also mit höherer Relativgeschwindigkeit betrieben werden als ein einstufiger Injektor mit gleicher Injektorlänge. Da außerdem bei einem mehrstufigen Injektor nur die letzte Stufe von der gesamten Luftmasse durchströmt wird, sind die Druckverluste kleiner als beim einstufigen, mit gleichem Luftdurchsatz betriebenen Injektor, dessen Mischrohr von der gesamten Luftmasse durchströmt wird. Das wiederum bedeutet, daß beim mehrstufigen Injektor selbst bei gleicher Fadentransportleistung die Luftleistung kleiner und somit der Wirkungsgrad besser ist.

Bezeichnet man mit

ΣΡ [kp] die Summe der in den einzelnen Injektorzonen übertragenen Fadenkräfte, mit
V_F fm/sec] die Fadengeschwindigkeit und mit

die Summe der Treibluftleistungen in den einzelnen Injektorzonen, so gilt für den Wirkungsgrad des mehrstufigen Injektors uie Beziehung

Σ Ρ ■

'Itni. =

100[Vo].

<f

Maßgebend für das optimale Funktionieren des Injektors ist eine optimale Dimensionierung des Saugrohres der ersten Stufe.

Die optimale Dimensionierung kann unter bestimmten vereinfachenden Bedingungen durchgeführt wer- ■-, den, wie sie unten im Beispiel erläutert werden.

Obwohl es bereits ausreichen kann, wenn der mehrstufig ausgelegte Injektor aus einem Saugrohr und aus einer der Anzahl der Stufen entsprechenden Anzahl von Mischrohren besteht, wird der erfindungsgemäße m Injektor zum Absaugen von schnellbewegtem Fadenmaterial derart ausgelegt, daß er ein Saugrohr, eine der Anzahl der Stufen entsprechende Anzahl von Mischrohren und einen dem letzten Mischrohr nachgeschalteten Diffusor besitzt. ι --,

Der Diffusor hat die Aufgabe, durch Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit den statischen Druck, der am Ende des letzten Mischrohres vorliegt, auf den Umgebungsdruck anzuheben.

Die Länge des Diffusors, Xb, ergibt sich aus den 21) vorzugsweise benutzten Grenzen für den Diffusorwinkel α, d.h. für den Winkel, den der Mantel des Diffusor-Kegelstumpfes einschließt.

Diffusorwinkel unter 7,5° ergeben einen relativ langen Diffusor und somit hohe Reibungsverluste, ;> > welche wegen des erforderlichen Druckaufbaus unerwünscht sind.

Bei Diffusorwinkeln über 12,5° ist ein Anliegen der verzögerten Strömung nicht mehr sichergestellt, so daß die Diffusorwirkung in Frage gestellt ist.

Der Diffusorwinkel « liegt deshalb vorzugsweise zwischen 7,5° und 12,5°.

Weiterhin ist es wichtig, daß durch den Verzögerungsvorgang im Diffusor die Strömungsgeschwindigkeit am Diffusoraustritt nicht kleiner ist als die r, Fadengeschwindigkeit, da sonst der Fadentransport gehemmt wird. Deswegen muß die Strömungsgeschwindigkeit im letzten Mischrohr genügend hochgehalten werden. Sie ergibt sich aus dem Impulssatz für den Mischvorgang; da die Treibluft nur mit Schallgeschwindigkeit in die Mischebene einströmt, kann die Mischgeschwindigkeit nur über die Treibluftmenge beeinflußt werden. Damit ist der Einströmquerschnitt und der Durchmesser des letzten Mischrohres festgelegt.

Obwohl rein theoretisch der Mischvorgang in den Mischrohren in einer Ebene erfolgt, hat die Praxis bewiesen, daß er sich in Wirklichkeit über eine gewisse Länge des Mischrohres erstreckt. In der Regel ist er nach einer Länge abgeschlossen, die dem sechsfachen >o Mischrohrdurchmesser entspricht.

Deshalb wird das Verhältnis der Mischrohr-Längen zu den korrespondierenden Mischrohr-Innendurchmessern, Xi: dy, Xj: ds; Xin-\ : cfen-i, vorzugsweise größer oder gleich Sechs gewählt.

Der Wert sollte aber auch nicht viel größer als Sechs sein, da sonst wieder die unerwünschten Reibungsverluste zu groß werden.

Zur Auslegung des Saugrohrdurchmessers sei bemerkt, daß er möglichst klein gehalten werden sollt", um ho die anzusaugende und anschließend mitzutransportierende Luftmenge möglichst gering zu halten. Um jedoch bei laufendem Faden Störungen im Strömungsverhalten auszuschließen, sollten zu enge Ansaugrohre vermieden werden. t,^ri

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Innendurchmesser d\ des Saugrohres zwischen 3 mm und 5 mm zu wählen.

Bei den augenblicklich interessanten Fadenlaufgeschwindigkeiten von etwa 4000 m/min beim Spinnstrekken ist es zweckmäßig, daß der Injektor zweistufig ausgelegt ist. Das bedeutet, daß er vorzugsweise aus einem Saugrohr, einem ersten Mischrohr, einem zweiten Mischrohr und aus einem Diffusor besteht.

Zur guten Handhabung des Injektors besitzt dieser am besten in an sich bekannter Weise Pistolenfoim. Dabei ist die Luftzufuhrleitung zweckmäßigerweise mittels eines mit einem Abzugshebel verbundenen Ventilkörpers verschließbar.

Um das angesaugte Fadenmaterial zu sammeln, wird hinter dem Diffusor in an sich bekannter Weise ein Behälter zur Aufnahme des angesaugten Fadenmaterials angeordnet. Als solcher Behälter kann beispielsweise ein auf den Diffusor aufgezogener Sack dienen; die Befestigung kann mittels einer Schlauchschelle od. dgl. erfolgen. Um das Abknicken des Sackes zu verhindern, welches die Ursache für eine nachlassende Saugwirkung ist, wird der Sack mit einem Stützkorb versehen, der aus Draht oder Kunststoff bestehen kann.

Die Erfindung wird am Beispiel der Zeichnung näher erläutert. Darin ist

F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Injektors in zweistufiger Ausführung und

Fig. 2 ein aufgeschnittener Injektor in bevorzugter Ausführung mit Pistolenform.

In Fig. 1 ist eine zweistufige Ausführung des erfindungsgemäßen Injektors dargestellt. Das Saugrohr 1 weist einen Innendurchmesser d\ auf, der vorzugsweise zwischen 3 mm und 5 mm groß ist. Das erste Mischrohr 2 besitzt einen Innendurchmesser dz, der ebenso wie der Innendurchmesser d$ des zweiten Mischrohres 3 mit der Mischrohrlänge Λ5, mit der Mischrohrlänge X$ ein Verhältnis

Xz : dz = X₅ : d₅ > 6
besitzt.

Mit X\ ist die Saugrohrlänge, mit X_b die Diffusorlänge bezeichnet, df, ist der Innendurchmesser am Diffusoraustritt.

Der Diffusorwinkel ist mit α bezeichnet.

Bei D und E tritt ein gasförmiges Medium, vorzugsweise komprimierte Luft, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlichem Druck ein und bewirkt, daß der Faden 7 in Richtung der Pfeile A-B-C angesaugt wird. Mit 5 bzw. 6 sind die Luftzuführungsleitungen der ersten bzw. zweiten Injektorstufe bezeichnet.

Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Injektors als Pistole. Der Injektor 1; 2; 3 mit nachgeschaltetem Diffusor 4 und Luftzufuhrleitungen 5; 6 ist an einem Handgriff 8 befestigt, welcher einen Hauptluftzufuhrweg 9 und einen damit über eine zylindrische Bohrung 20 verbundenen Verteilerkanal 11 enthält, der seinerseits direkt mit der Luftzufuhrleitung 5 der ersten Stufe und über eine Blende 15 mit der Luftzufuhrleitung 6 der zweiten Stufe verbunden ist. In der dargestellten Ausführung ist die zylindrische Bohrung 20 durch ein Kegelventil 10 verschlossen, welches durch die Kraft einer Druckfeder 12 fest abschließt. Wird mittels eines Abzugshebels 13, welcher mittels eines Bolzens 14 in Richtung des Handgriffs 8 bewegbar ist, das Kegelventil 10 geöffnet, so kann die Druckluft, welche bei F in den Handgriff 8 gelangt, in «Jen Injektor eintreten, und der Faden 7 wird in Richtung A angesaugt, wobei er den Diffusor in Richtung C verläßt.

Beispiel

Zur optimalen Auslegung eines zweistufigen Injektors werden die gleichen mathematisch-physikalischen Zusammenhänge benutzt, wie sie für einen einstufigen Injektor gelten. Betrachtet man das Mischrohr der ersten Stufe als Saugrohr der zweiten Stufe und

Ansaugdruck

optimale Saugrohrgeschwindigfteit Fadenlaufgeschwindigkeit

Saugrohrinnendurchmesser

Saugrohrlänge

Druckverlust im Saugrohr

Gesamtdruck am Saugrohrende

statischer Druck am Saugrohrende statischer Druck

Zuluftdruck

1. Mischrohrinnendurchmesser
Geschwindigkeit im 1. Mischrohr Länge des 1. Mischrohrs
Druckverlust

statischer Druck am Ende des 1. Mischrohrs statischer Druck

Zuluftdruck

2. Mischrohrinnendurchmesser
Geschwindigkeit im 2. Mischrohr Länge des 2. Mischrohrs
Druckverlust

statischer Druck am Ende des 2. Mischrohrs Gesamtdruck

Diffusordruckverlust

Austrittsdurchmesser

Länge des Diffusors

hydraulischer Radius des Fadens übertragbare Zugkraft

übertragbare Zugkraft

Gesamtzugkraft

behandelt es entsprechend, so lassen sich unter der Annahme, daß der Faden aus dichtgepackten Einzelkapillaren besteht, die folgenden Ergebnisse erzielen:

Gewünscht sei ein Injektor, der bei einer Streckspinnmaschine für textile Titer (Td 45/13 entsprechend dtex 5Of 13) bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 4000 m/min eingesetzt werden soll.

Pu =

₁ =

Pi
Pi Pd

X₃ =

Ps =

P05 ⁼

Ip₆ =

4 =

10330 [kp/m²]

160 [m/sec]

66,67 [m/sec]

4 [mm]

70 [mm]

604 [kp/m²]

P₁₁-Ap₁ =9726 [kp/m²] 8156 [kp/m²]

P₁ = 8156 [kp/m²]

15447 [kp/m²]

10 [mm]

243,3 [m/sec]

60 [mm]

272 [kp/m²]

P₂-ZIp₃ = 7884 [kp/m²] P₃ = 7884 [kp/m²]

14 932 [kp/m²]

17 [mm]

270 [m/sec]

100 [mm]

277 [kp/m²]

Pt-Ap₅ = 7607 [kp/m²] 10899 [kp/m²]

122 [kp/m²]

24,9 [mm]
= 45,4 [mm]
= 202 [μΐη]
= 4,16· ΙΟ"* [kp]
= 11,7 10-⁴[kp]
= 16,37· ΙΟ"* [kp]
= 32,23 10-⁴[kp]

(Die Zugkrafterhöhung im Bereich des Diffusors ist dabei vernachlässigt worden).

Gesamtwirkungsgrad des zweistufigen Injektors: <m„j. = 0,166.

Zu obenstehenden Ergebnissen ist zu bemerken, daß die Indizes ?ich auf folgende Querschnitte (Fig. 1) beziehen: ^r)^r>

Index 1: Saugrohrquerschnitt am in das 1. Mischrohr

hineinragenden Ende;
Index 2: Ringquerschnitt zwischen Saugrohraußendurchmesser und Innendurchmesser des 1. t,o

Mischrohrs am Saugrohrende; Index 3: Querschnitt des 1. Mischrohrs am in das ?.

Mischrohr hineinragenden Ende; Index 4: Ringquerschnitt zwischen Innendurchmesser des 2. Mischrohrs und dem Außendurchmesser

des 1. Mischrohrs an dessen Ende; Index 5: Querschnitt am Übergang zwischen 2.

Mischrohr und Diffusor; Index 6: Diffusoraustrittsquerschnitt;

Index D und Index E beziehen sich auf die Luftzufuhrleitungsquerschnitte der Leitungen s ozw.6.

Ein Vergleich zwischen einem einstufigen und einem zweistufigen Injektor ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Injektor 2stufig

1 stufig

Wirkungsgrad [%] ο, 166 0,09

Zugkraft [kp] 3,2 ■ ΙΟ'³ 2,3 ■

Zulässige Fadengcschwindig- 4000 3600 keil [m/min]

Luftverbrauch [NmVh] 133,5 141

Hierzu 2 BUiIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ■m

1. Injektor zum Absaugen von schnellbev
Fadenmaterial, mit einem Saugrohr und lern -ί Mischrohr, dadurch gekennzeichne ι, daß der Injektor derartig mehrstufig ausgebildet ist, daß einem ersten Mischrohr (2) mindestens ein weiteres Mischrohr (3) nachgeschaltet ist, wobei das erste Mischrohr (2) als Saugrohr der zweiten Stufe, das ι ο weitere Mischrohr (3) als Saugrohr der dritten Stufe usw. dient.

2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem letzten Mischrohr ein Diffusor (4) nachgesnhaliet ist. i>

3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorwinkel « zwischen 7,5° und 12,5° beträgt.

4. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Mischrohrlänge zu den korrespondierenden Mischrohr-Innendurchmessern, Xi: dy, X5: efe; ■^2n-i : di„-\ usw.; größer oder gleich Sechs ist.

5. Injektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (d\) des Saugrohrs (1) zwischen 3 mm und 5 mm beträgt.