DE2236957A1

DE2236957A1 - Duesenvorrichtung zur behandlung von fadengut

Info

Publication number: DE2236957A1
Application number: DE2236957A
Authority: DE
Inventors: William Wesley Bowen
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1971-07-27
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1973-02-08
Also published as: FR2147680A5; GB1352486A; NL7210297A; US3703751A

Description

Patentanwälte

Dr. In₃. Walter Abitz 27. Juli 1972

Dr. Dieter F. Morf RD-I66I

Dr. Hans-A. Brauns
8 München 86,

geändert fcorwIIS Erngabe •Jngejjangen am (iij^£22

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY . lOth and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.

DUsenvorrichtung zur Behandlung von Padengut

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Kunstfäden mit heißem Gas oder Dampf, insbesondere eine Düsenvorrichtung sum Fördern, Erhitzen und Entspannen von Fäden, die sich bei solchen Bedingungen spontan kräuseln, und diese Funktionen sollen bei hoher Geschwindigkeit gleichmäßig ausgeübt und dabei Knoten und Verfilzungen vermieden werden.

Ein rohrförmiger Düsenapparat zum Fördern und Kräuseln von Zwei«Komponenten~Fäden ist in der USA-Patentschrift J) 558 760 (Olson) beschrieben. Eine solche Vorrichtung läßt sich an Streckzwirnrnacchinen verwenden, wobei das Fadengut durch die Düsen eingeführt werden kann, während die Maschine stillgesetzt ist, und die höchste Arbeitsgeschwindigkeit unter 915 m/Min, liegt. Moderne Fabrika« tionsverfahren, bei denen multiples Fadengut bei Geschwindigkeiten, die wesentlich über 915 m/Min, liegen, fortlaufend gesponnen, verstreckt, entspannt und aufgewickelt wird, erfordern jedoch, daß das Fadengut in eine Düse bei voller Arbeitsgeschwindigkeit eingeführt werden

209886/1215

BÄDQRKäJNAU

RD-I66I

kann. Werden die bekannten rohrförmigen Düsen bei höheren Fluid- bzw. Arbeitsmitteldrucken und höheren Temperaturen in dem Versuch betrieben, das Fadengut mit höherer Ge·» schwindigkeit zu fördern und seine gleichförmige Erhitzung

innerhalb der verfügbaren verkürzten Verweil zeit herbeizuführen, εο treten verschiedene unerwünschte Wirkungen auf. Zunächst strömt eine größere Arbeitsmittelmenge aus dem Fadenguteinlass entgegen der Fadengutbewegung aus, wodurch in der Auswirkung die das Fadengut fördernde Zugspannung herabgesetzt wird. Wenn in einem Fadengut gelegentlich eingerissener Faden auftritt, wird das gerissene Ende durch den Rückstrom daran gehindert, die Düse zu durchlaufen, wodurch sich ein Faserbausch aufbaut, der sohlless11ch die Düse veratopft und den Fadenlauf unterbricht. Zweitens wird das auf das Fadengut auftreffende Arbeitsmittel viel stärker turbulent, wodurch das Fadengut- gegen die heißen Wände des Hohlraums geworfen und, während es Kräusel zu bilden sucht, unberechenbaren Spannungen ausgesetat wird und die Fäden in solchem Ausmaß gewirrt werden, daß sich die auch als "Neps" be« zeichneten Verknotungen bilden.

Ein DUsengerät, das bei hoher Geschwindigkeit leicht an« spinnbar ist, beschreibt die USA-Patentschrift 3 525 13* (Coon); da diese Dtisenvorrichtung aber dazu dient, unregelmäßige Kräuselungen bei Fäden zu bewirken, die ihrer Näbur nach nur eine geringe oder keine Neigung zur Selbstkräuselung haben, und die Fäden zur Bildung eines zusammenhängenden, gekräuselten Fadenbündels ineinanderzuwlrren, ist die bekannte Vorrichtung so ausgelegt, daß die turbulenz maximiert wird, während die erflndungsgemäOe DUsenvorrichtung demgegenüber zur Aufgabe hat, solche Turbulenz und die Knotenbildung zu vermeiden und die gleichrrüssige Ausbildung einer Kräuselung zu erlauben.

209886/1215

BAD ORIGINAL

RI)-1661

Die erfindungsgemäße Düsenvorrichtung zur Behandlung von Fadengut, wie Fadenbündeln oder Garnen, umfaßt einen Vorrichtungshauptteil mit Deckel, wobei in die sjch gegen den Deckel legende Fläche des Hauptteils ein längsverlaufender Kanal von Rechteckquerschnitt . eingeschnitten ist, den das Fadengut zur Behandlung durchläuft und mit dem zwei einander gegenüberliegende, an eine Arbeitsmittelquelle angeschlossene Arbeitsmittelleitungen von ebenfalls rechteckigem Querschnitt in Verbindung stehen und der aufeinanderfolgend einen konischen Abschnitt, einen geradlinigen Abschnitt einer ersten Tiefe, einen vergrößerten trichterartigen Bereich von größerer Tiefe und einen fortschreitend sich erweiternden Behandlungsraum aufweist, wobei die Leitungen aufeinanderfolgende konvergierende und parallele Längsab« schnitte mit der erwähnten größeren Tiefe aufweisen, die- parallelen Abschnitte den trichterartigen Bereich an der gleichen Stelle wie der geradlinige Abschnitt und parallel zu diesem erreichen, und von dem geradlinigen Abschnitt mittig durch den trichterförmigen Bereich ein vorspringender, sich verjüngender Steg führt, dessen Breite geringer ist als die des trichterförmigen Bereichs und dessen Stärke etwa dem Unterschied zwischen der ersten und der genannten größeren Tiefe entspricht. Der Garnbehandlungskanal verläuft in Strömungsrichtung über den Bereich minimaler Fläche hinaus und erweitert sich sowohl in der Breite als der Tiefe mit einem eingeschlossenen Winkel von weniger als 1 , insbesondere über eine Strecke, die mindestens das Zwanzigfache der kleinsten Kanalbreite beträgt. Das stromab gelegene Ende jedes Behandlungskanals geht abrupt in einen Diffusorabschnitt über, der von mindestens einem Kanal mit größerer Querschnittsfläche als bei dem Behandlungskanal, vorzugsweise einer Reihe derartiger Kanäle, deren jeder folgende tiefer und breiter 9Is der vorangegangene ist, gebildet Wird.

- 3 - 20 9 886/1215 OADORfQINAt.

RD-1661 τ .

Fig. 1 gibt in isometrischer Darstellung eine erfindungsgemäße Düsenvorrichtung bei abgenommenem Deckelteil wieder, um die Anordnung der Arbeitsmittelleitungen und des Fadengutbehandlungsraums zu zeigen.

Fig. 2 zeigt einen vergrößert gezeichneten Querschnitt des Fadengutbehandlungskanals nach Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Teildraufsicht auf eine DUsenvorrichtung zur Behandlung multiplen Fadenguts.

Die Figuren 1,2 und 3 zeigen eine Düsenvorrichtung aus einem Hauptteil 10 mit abnehmbarem Deckel 12, der an dem Hauptteil mit Gewindebolzen 14 befestigt wird, die durch öffnungen 16 in Gewindebohrungen 18 geschraubt werden. Ein innerhalb des Hauptteils 10 befindlicher Einspeisungs« verteller 22 führt von einer (nicht eingezeichneten) Quelle ein unter Druck stehendes Behandlungsfluid bzw. Arbeltsmittel den Leitungen 24, 26 zu, die mit dem Fadengutkanal 21 in Verbindung stehen und Rechteckquerschnitt und gleichbleibende Tiefe haben und aufeinanderfolgend konvergierende bzw. parallele La'ngsabschnitte 23, 27 bzw. 25, 29 um- · fassen. Die Wände der konvergierenden Abschnitte 23, 27 sollen den Arbeitsmittelstrom vorzugsweise mit ungefähr konstanter Geschwindigkeit beschleunigen. Der Fadengutkanal 21 hat auf seiner Länge rechteckigen Querschnitt und weist hintereinander einen sich verjüngenden bzw. einen zylindrischen Abschnitt 17 bzw. 19» einen konvergierenden, trichterförmigen Bereich 28 und einen sich erweiternden Behandlungsraum 30 auf, der in einen Diffusor 32 ausläuft, der aufeinanderfolgend angeordnete Abschnitte 3^ bis 42 mit parallelen Seiten aufweist, deren jeder breiter und tiefer als der vorhergehende ist. Das Fadengut 20 tritt in den Kanal 21 der Düsenvorrichtung durch den sich ko-

209886/121$

BAD ORIGINAL

RD-1661

nisch verengenden Abschnitt 17 und den geradlinigen Abschnitt 19 ein, wobei der letztgenannte etwa die halbe Tiefe besitzt wie die Arbeitsmittelleitungen 2.\, 26 und der trichterförmige Bereich 28 mit und seiner Breite gerade groß genug für den Durchlaß des Fadenguts 20 ist. Die aufrechten Wände,-die den geradlinigen Abschnitt 19 an seinem abstromceitigen Ende bilden, verlaufen parallel zu den parallelen Längsabsehnitten 25, 29 der Arbeitsmittelzuleitungen 2k, 26. Ein erhabener bzw. vorspringender, sich verjüngender Steg I5 erstreckt sich von dem geradlinigen Abschnitt I9 zu dem Bereich Jl kleinster Querschnittsfläche des Abschnitts 28 oder etwas darüber hinaus, so dass in der Auswirkung die Bodenfläche des Abschnitts 19 bis etwa zu der Stelle 3I verlängert wird. Die Stärke (Dicke) des Steges ist ungefähr gleich dem Unterschied zwischen der Tiefe von Bereich 28 und Abschnitt I9. An der Stelle 5I ist die Tiefe des Fadengutkanals größer als Abschnitt I9 und gleich derjenigen der beiden Leitungen 24, 26 und ungefähr der doppelten Breite einer F3uidleitung, gemessen an deren parallelen Abschnitten 25 oder 29. Von der Stelle J51 aus erweitert sich der Garnbehandlungsraum JO unter einem eingeschlossenen Winkel von wenjger als 1°. Diese Erweiterung kann in der Breiten- oder in der Tiefenrichtung erfolgen, erfolgt aber vorzugsweise in beiden Richtungen. Der Erweiterungsgrad soll vorzugsweise gerade ausreichen, den viskosen Widerstand auszugleichen, so daß somit eine konstante Mach-Zahl aufrechterhalten wird. Eine solche bevorzugte Erweiterung in folgender Formel zum Ausdruck:

dA _ kM² j,- dx

A 2 ·^Λ D

worin dA - zugehörige. Fläehenänderung A = Anfangsfläche
k - Verhältnis der spezifischen Wärmen (für

- 5 - 209886/1215

BAD ORIGINAL

RD-I66I ·

Luft k = 1,4) M » die geforderte Machzahl (im vorliegenden Fall ist eine Unterschallgeschwindigkeit des Arbeitsmittels von 0,8 optimal; bevorzugt-wird ein Bereich von 0,6

bis 0,9).
f - Reibungskoeffizient. Dieser Wert hängt ab von der Reynoldschen Zahl und dem Querschnitt des Kanals;

ein üblicher Wert ist 0,006.
dx «= errechnete Kinallängenwerte
D = hydraulischer Durchmesser, entsprechend

4 StrBmungsquerschnlttsflache benetzter Umfang

Der Fadenguttehandlungsraum 30 endet am Diffusor 32, der aus einem oder mehreren, parallele seitenaufweisenden Abschnitten 34 bis 42 bestehen kann, die eine grossere Breite und Tiefe als der Behandlungsraum 30 haben. Die Querschnittsfläche des Abschnitts 34 soll vorzugsweise das 1,5- bis 3,7fache, derjenigen des Behandlungsraums 30 an dessen Ende, an dem er in den Diffusor 32 Übergeht, betragen.

Fig. 3 zeigt einen Teil einer Düsenvorrichtung, die auf die Behandlung multiplen Fadengutes, wie die Behandlung mehrerer Fadengutlaufe, ausgelegt ist; die äußeren Abschnitte 22 des Arbeitsmittelverteilers sollen etwa die halbe Querschnittfläche der inneren Abschnitte 22* besitzen, deren jeder zwei Arbeitsmittelleitungen versorgt.

Beispiele

Die nachstehenden Beispiele geben typische Abmessungen für die konvergierenden Abschnitte 23, 27 der Arbeitsmittelleitungen 24, 26 wieder. Eine Seite der gleichbleibend tiefen Leitungen, verläuft geradlinig. Das Maß W ist die Breite der Leitung, gemessen senkrecht zu der geradlinigen Seite in jedem Abstand L aufstromseltlg des Punktes an dem die Breite

■■■·'- 6 -

209886/1215

RD-I661 ^

gleich derjenigen der parallelen Abschnitte 25, 29 ist (in der Tabelle mit P bezeichnet). Die Tiefe des Kanals beträgt im Beispiel 1 1,27 mm und im Beispiel 2 2,29 mm.

Bei	spiel 1	1,73	Beziehung	Beispiel 2	Breite	3,20	Beziehung
Länge	Breite	.1,55	zu P	Länge		2,67 ·	zu P
		1,42	1,80 P		l4,7 mm 4,o6 mm	2,49	1,78 P
7,65 mm 2,11 mm	1,30	1,48	12,2	2,36	1,40
6,37	1,17	1,33	9,65	2,29	1,17
5,10		1,22	7,10		1,09.
3,84	1,11	4,57	1,035 -
2,56		2,04
1,30

Die gleiehmässige Beschleunigung des Arbeitsmittels, die durch die konvergierender Abschnitte der Arbeitsmitteln Zuführkanäle bewirkt wird, das sachte Zusammenlaufen der Ströme beim Auftreffen auf den Fadenlauf, das Nichtvorliegen abrupter Biegungen in den Kanälen, die konstante Machzahl-Expansion in dem Garnbehandlungskanal und die Aufrechterhaltung einer unterschallschnellen Strömung verhindern heftiges Schlagen und Schütteln des Faden,laufs in der DUsenvorrichtung, wodurch die Kräuselung sich gleichmässig entwickeln kann und Knotenbildungen vermieden werden. Die vorzugsweise angewandten Größenbeziehungen ermöglichen die Ausbildung einer guten Förderkraft, während der Rückstrom von Arbeitsmittel aus dem Fadenguteingang heraus herabgesetzt oder beseitigt wird, so daß gelegentliche gerissene Fäden die Düse passieren können. Der Diffusorabschnitt mit seinen Abstufungen bewirkt eine stabile -Verzögerung des austretenden Arbeitsmittels, so daß dieses sich am Düsenausgang nur wenig schneller als das Garn bewegt. Es hat sich gezeigt., daß siebenfädiges 45-den-Zwelkomponenten-Fadengut mit .der erfindungsgemäßen Düsen Vorrichtung bei einer Fadengut-Geschwlndig-

~ ⁷ - ■ -2098-86/1215

BAO ORfQINAL

RD-1661 $

keit am Düseneingang von wenigstens 2980 m/Min, behandelt v/erden kann, wobei Noppen in einer Häufigkeit von njcht mehr als 1,0 pro Million End-Yards auftreten.

209886/1215

BAD OR(QINAL

Claims

Bowen RD-I661

Patentanspruch

Düsenvorrichtung zur Behandlung von Fadengut mit einem Vorrichtungshauptteil mit daran befestigtem Deckel, wobei in die sich gegen den Deckel legende Fläche des Hauptteils ein längsverlaufender Kanal eingeschnitten ist, den das zu behandelnde Fadengut durchläuft und mit dem zwei einander gegenüberliegende, an eine Arbeitsmittelquelle angeschlossene Arbeitsmittelleitungen von rechteckigem Querschnitt in Verbindung stehen und der auf seiner Länge Rechteckquerschnitt hat und nacheinander einen konischen Abschnitt, einen geradlinigen Abschnitt einer ersten Tiefe, einen vergrößerten trichterartigen 3ereich von größerer Tiefe und einen fortschreitend sich erweiternden Behandlungsraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (2¹K 26) aufeinanderfolgende konvergierende und parallele Längsabschnitte (25, 27, 25, 29) mit der erwähnten größeren Tiefe aufweisen, wobei die parallelen Abschnitte (25, 29) den trichterartigen Bereich (^l) an der gleichen Stelle wie der geradlinige Abschnitt (19) und parallel zu diesem erreichen, und von dem geradlinigen Abschnitt (19) durch den trichterförmigen Bereich (j51) in dessen Mitte ein vorspringender, sich verjüngender Steg (I5) führt, dessen Breite geringer ist als die des trichterförmigen Bereichs (31) und dessen Stärke etwa dem Unterschied zwischen der ersten und der genannten größeren Tiefe entspricht, und ein Diffusor (32) vorgesehen ist, dessen Tiefe und Breite größer als der Behandlungsraum sind.

„ 9 -

209886/1215 BAD ORIOiNAU