DE2328779B2

DE2328779B2 - Vorrichtung zum Verwirbeln und Verflechten von Multifilamentgarnen

Info

Publication number: DE2328779B2
Application number: DE2328779A
Authority: DE
Inventors: John Dimocritos Louisville Ky. Psaras (V.St.A.)
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1972-06-07
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1978-07-20
Also published as: FR2187963B1; FR2187963A1; DE2328779C3; DE2328779A1; CH583316A5; BE800542A; IT988223B; US3751775A; CH577047B5; CH811573A4; NL7307833A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verwirbeln und Verflechten von Multifilamentgarnen wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben wird.

In einer Reihe von Patentschriften sind verschiedene derartige Geräte zum Verwirbeln und Verflechten eines laufenden kontinuierlichen mehrfädigen Garnstrangs beschrieben. Der bekannte Stand der Technik betrifft aber schneidende und tangential gerichtete Strömungsmediumstrahlen oder Kombinationen davon (s. beispielsweise US-Patente 34 43 292 und 35 25 133). Der damit erzielte Verwirbelungs- und Verflechtungsgrad ist gering und der Verbrauch an Luft groß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Erhöhung des Verwirbelungs- und Verflechtungsgrades von Multifilamentgar-

nen bei geringem Luftverbrauch erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Verwirbeln und Verflechten von Multifilamentgarnen in einem Strömungsmedium, bestehend aus einem länglichen Rumpfstück mit einem geraden, durch das längliche Rumpfstück verlaufenden Garnkanal, und aus mindestens 3 Düsen, welche in im wesentlichen gleicher Höhe am Außenrand des Rumpfslückes in im wesentlichen gleichen Abstand angeordnet sind, wobei die Ebene in Höhe der Düsen innerhalb einer Länge gleich der Hälfte der Länge des Garnkanals, zentriert auf den Längsmittelpunkt des Garnkanals, liegen muß, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die verlängerte Mittellinie aller Düsen durch eine Fläche geht, welche durch einen Kreis in einer Querschnittsebene in Düsenhöhe, der denselben Mittelpunkt hat wie der Kreis mit dem effektiven Durchmesser des Garnkanals und dessen Durchmesser etwa gleich dem 0,3fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals ist, bestimmt wird und die verlängerten Mittellinien von mindestens zwei Düsen außerhalb eines Kreises in derselben Querschnittsebene, welcher denselben Mittelpunkt hat, dessen Durchmesser aber etwa gleich dem 0,02fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals ist, verlaufen und wobei die Düsen mit einer Quelle, welche ein unter einem hohen Druck stehendes Strömungsmedium liefert, in Verbindung stehen.

Die sich im Betriebszustand in der Vorrichtung ergebenden turbulenten Strahlströme stoßen asymmeirisch auf einen Ringraum um die Mittellinie des effektiven Randkreises des Garnkanals herum und erzeugen einen stark turbulenten Strudel oder Wirbel, durch welchen die einzelnen Fäden eines kontinuierlichen laufenden Strangs mehrfädigen Garnes verwirbelt bzw. verbunden werden. Die Ebene in Düsenhöhe muß innerhalb einer Länge liegen, welche gleich der Hälfte der Länge des Garnkanals ist und muß auf den Mittelpunkt des Garnkanals zentriert sein. Es wurde festgestellt, daß mit dem Gerät dieser Erfindung viel wirksameres Verwirbeln möglich isi als mit bekannten Einrichtungen, bei Verbrauch von bis zu 75% weniger Luft, bei Kosten bis herab zu einem Zehntel und bei viel leiserem Betrieb. Das Verfahren und das Gerät ermöglichen Geschwindigkeiten von 914 bis 2438 m/ min.

»Effektiver Durchmesser« bedeutet den Durchmesser des größten Kreises, welcher in den Garnkanal paßt und dort, wo der Garnkanal im Querschnitt am engsten ist, die gegenüberliegenden Seiten berührt. Bei einem kreisförmigen Garnkanal ist also der effektive Durchmesser gleich dem eigentlichen Kanaldurchmesser. Bei einem Polygon-Kanal, wie beispielsweise einem Rechteckkanal, wäre aber der effektive Durchmesser gleich dem kleinsten Polygonmaß. Bei einem rechteckigen Garnkanal beispielsweise wäre der effektive Durchmesser gleich dem kleinsten Rechteckmaß.

Zur Erzielung eines besseren Verwirbelungsgrades können Garnführungen etwa 5,08 cm über und unter der Verwirbelungsvorrichtung zur Führung des Garnbündels durch den stark turbulenten Strudel oder Wirbel, welcher durch die Vermischung der drei turbulenten Strahlströme entsteht, angebracht werden. Zur Erleichterung des Anlegens ist die Einrichtung geschlitzt. Sowohl der Garnkanal als auch die Düsen, durch welche das verwirbelnde Strömungsmedium einströmt, können im Querschnitt kreisförmig oder polygonförmig sein. Was die ringförmige Zielfläche anbelangt, so reicht der bevorzugte Bereich des Innendurchmessers von etwa

dem 0,02fachen bis zu etwa dem 0,03fachen des effektiven Durchmessers, und der bevorzugte Bereich des Außendurchmessers der Ringfläche reicht von etwa dem 0,23fachen bis zu etwa dem 0,3fachen des effektiven Durchmessers. Als Strömungsmedium kann jedes ί Strömungsmedium verwendet werden, welches durch eine Düse als Strahl geleitet werden kann, beispielsweise Stickstoff, Wasserdampf und evtl. sogar Flüssigkeiten. Das bevorzugte Strömungsmedium ist aber Luft

Bei Verwendung von Luft wird ein Slrömungsmedi- i< > umdruck 7'vischen 2,3 und 6,3 kg/cm² verwendet. Dies ergibt pro Verwirbelungseinrichtung eintn maximalen Luftverbrauch von etwa 0,283 m³ pro Minute. Die Spannung des Garns beim Durchgang durch die Verwirbelungseinrichtung kann beliebig sein, so wie für ι > den gewünschten Verwirbelungsgrad erforderlich. Der angewandte Bereich reicht von etwa 0,03 g/den bis etwa 0,20 g/den. Die Verwirbelungsvorrichtung eignet sich für Garne mit beliebigem Denierwert. Die Anwendung erfolgte beispielsweise für Garne mit 130G den oder für zwei Enden von Garnen mit 1300 den, welche ein Garn mit 2600 den ergeben.

Fig. 1 ist ein Draufsicht-Querschnitt durch die Verwirbelungsvorrichtung in Düsenhöhe;

F i g. 2 ist ein Aufriß-Querschnitt der Verwirbelungs- 2-> vorrichtung;

Fig.3 ist ein Aufriß der Verwirbelungsvorrichtung, auf welchem der Anlegeschlitz zu sehen ist;

F i g. 4, 5 und 6 sind schematische Zeichnungen, welche den Außenrand des effektiven Garnkanals sowie die verlängerten Düsenmittellinien, gerichtet auf Zielkreise und eine Ringfläche, zeigen.

Auf F i g. 1 befindet sich ein Draufsicht-Querschnitt in Düsenhöhe durch eine Verwirbelungsvorrichtung nach dieser Erfindung. Das innere Rumpfstück 1 verfügt über einen sich in Längsrichtung erstreckenden Garnkanal 2. Das innere Rumpfstück 1 verfügt auch über versetzte Düsen 3, welche am Außenrand des Garnkanals 2 in im wesentlichen gleichem Abstand angeordnet sind. Diese Düsen sind versetzt und verlängert, würde nicht jede Düsenmittellinie durch die Mittellinie des Garnkanals 2 gehen. Die Düsen 3 stehen mit der Leitung 4 in Verbindung, und diese wiederum sieht mit der großen Düse 7, welche mit dem Rohranschlußteil 6, welches am äußeren Rumpfstück 5 befestigt ist, ausgerichtet ist, in 4"> Verbindung. Am äußeren Rumpfstück 5 befindet sich auch der Anlegeschlitz, gebildet durch die mit 8 und 9 bezeichneten Flächen. Der Anlegeschlitz verfügt über eine erweiterte Öffnung 10.

Auf F i g. 2 befindet sich ein Aufriß-Querschnitt längs ^r> <> A-A von Fig. 1 durch die Verwirbelungseinrichtung nach dieser Erfindung. Die Zahlen haben die gleiche Bedeutung wie auf Fig. 1. Zusätzlich ist Garn Y dargestellt, welches durch die Führung 11 über den Garnkanal 2 läuft. Die Führung 11 und eine weitere 5-5 gleiche Führung unter der Verwirbelungseinrichtung halten das Garn Vzur Erzielung besserer Verwirbelung beim Durchgang durch den Garnkanal 2 zentriert.

Auf Fig.3 befindet sich ein Aufriß der Verwirbelungsvorrichtung nach dieser Erfindung. Auch hier e>o wiederum bedeuten die Zahlen die gleichen Geräteteile wie auf Fig. 1.

F i g. 4, 5 und 6 sind schematische Zeichnungen und zeigen den Außenrand des effektiven Garnkanals sowie verlängerte Düsenmittellinien, welche Zielkreise bzw. b^r> eine Ringfläche berühren oder innerhalb verlaufen.

Auf F i g. 4 ist der Garnkanal-Außenrartd 24 zu sehen, mit verlängerten Mittellinien 19, 20 und 21 der Strömungsmediumdüsen, durchlaulend eine Ringfläche, welche durch den Außenkreis 22 und den Innenkreis 23 gegeben ist. Der bevorzugte Bereich des Innendurchmessers der Ringzielfläche reicht von etwa dem 0,02fachen bis zu etwa dem 0,03fachen des effektiven Durchmessers. Der bevorzugte Bereich des Außendurchmessers der Ringzielfläche reicht von etwa dem 0,23fachen bis zu etwa dem 0,3fachen des effektiven Durchmessers. Bei der bevorzugten Ausführungsart dieser Erfindung müssen alle verlängerten Mittellinien der Strömungsmediumdüsen, wie 19, 20 und 21, die Ringfläche innerhalb des Außenkreises durchlaufen. Nicht weniger als 2 müssen aber außerhalb des Innenkreises 23 verlaufen.

Auf Fig. 5 beispielsweise wurde der Außenrand des effektiven Garnkanals 24 und der Zielkreis 15 dargestellt, und die verlängerten Mittellinien 17 und 18 der Strömungsmediumdüsen berühren den Zielkreis 15, während die verlängerte Mittellinie 16 einer Strömungsmediumdüse durch den Mittelpunkt der Kreise geht. Auch diese Ausführungsart liegt im Rahmen dieser Erfindung.

Bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, welche auf Fig.6 dargestellt ist, berühren alle verlängerte Mittellinien 12, 13 und 14 der Strömungsmediumdüsen einen Zielkreis 15, dessen effektiver Durchmesser etwa gleich dem 0,1 fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals ist. Auch hier wiederum ist der effektive Garnkanal durch den effektiven Garnkanal-Außenrand 24 dargestellt.

Beispiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde zum Verwirbeln von einem Ende und von zwei Enden von texturierten Teppichgarnen, 1300 den, 70 Fäden, verwendet. Der Arbeitsdruckbereich reichte von 42 bis 6,3 kg/cm² und der Luftverbrauch betrug beim höchsten Druck etwa 0,283 m³ pro Minute. Die Arbeitsspannungen der Garne lagen zwischen 0,03 und 0,20 g/den. Die Garnverwirbelung — gemessen mit einem speziellen Verwirbelungsprüfgerät — kann bis zu 50 oder mehr Verwirbelungen (Verflechtungen) pro Meter bei Garnen 2600/140 den (zwei Enden mit 1300 den, 70 Fäden), bei 914,4 m und 1524 m pro Minute betragen. Meßwerte für die Geschwindigkeit 914,4 m pro Minute haben folgende Beziehung ergeben:

Verwirbelungen pro Meter = 21,6 — 4,16.V₁ + 6,91 x₂ - 0.06 .V₃ - 0,01 .ν,*² + 0,1 1 .V₂*² + 0,03 .V₃*²

- 2,38 .ν, .v₂ + 2,38 x, x₃ + 0.125 x₂ .*>. dabei ist:

_ Spannung — 125
^{Vl =} 60 ^g

Luftdruck - 70 „„,„,,
_Λ-_{2 =} . 0,0703 kg/cnr

Führungsabsland — 2,0

^Xi - 0.75

.ν,*² = 15.v? - 10,954.

2,54 cm

Teppiche wurden mit Schnecken- und Stabmaschinen getuftet, und erzielt wurden gute Betriebsleistung, gutes Gesamtaussehen, gute Qualität und gutes, scheinbares Gewicht. Außerdem wurden »verwirbelte« helle und dunkle Plüschteppiche (shag carpets) 1300 den, 70 Fäden, hergestellt, weiche in jeder Hinsicht Teppichen aus nichtverwirbelten Garnen gleichwertig waren.

Die Abmessungen des bei diesem Beispiel verwendeten Verwirbelungsgerätes waren wie folgt:

Die Länge des kreisförmigen Garnkanals betrug 2,54 cm. Der Durchmesser des Garnkanals betrug 0,482 cm. Drei Düsen wurden verwendet und lagen vom oberen Rand 1,27 cm entfernt. Der Durchmesser jeder Düse betrug 0,139 cm.

Zumindest zwei Düsenmittellinien verliefen verlängert außerhalb eines Kreises mit dem gleichen Mittelpunkt wie der Garnkanal aber mit dem Durchmesser 0,0101 cm. Alle drei Düsenmittellinien lagen verlängert innerhalb eines Außenkreises mit dem Durchmesser 0,1524.

Die spezielle Verwirbelungsprüfung basiert auf der Hakenfallprüfung, angegeben im US-Patent 29 85 995. Diese Prüfung wurde für die spezielle Prüfung zur Bestimmung der Verflechtungszahl pro Meter folgendermaßen modifiziert. Eine Verwirbelung (Verflechtung) zwischen den Fäden des Garnbündels wird als solche erfaßt, wenn die Kohäsion so stark ist, daß ein 10 g Haken gehalten wird, welcher sich langsam durch das Garn nach unten bewegt. Das Verwirbelungsprüfgerät zählt, wie oft eine Nadel mit der »Auslösungszugkraft« 40 g in einem sich waagerecht bewegenden Garn »gestoppt« wird. Das Gerät zählt den »Stop«, hebt die Nadel, bringt einen neuen Abschnitt Garn unter die Nadel, führt die Nadel ein und bewirkt Garntransport. Das Gerät unterbricht die Prüfung, wenn die Nadel durch 2 Meter Garn gelaufen ist. Zwischen Nadeleinführungen läuft etwa 1 Meter Garn an der Nadel vorbei.

Von welch entscheidender Bedeutung es ist, wie die verlängerten Düsenmittellinien die Ringzielfläche treffen — s. F i g. 4,5 und 6 — ist in Tabelle 1 dargestellt. Im Falle des Beispiels wurde dampfstrahltexturiertes Garn 2600 den verwendet, und die Geschwindigkeit betrug 914,4 m pro Minute. Zur Ausrichtung von Luft auf das Garn im Strahl wurden 3 Düsen verwendet. Immer wurde die Garnspannung mit 125 g konstant gehalten. Der Luftdruck betrug in allen Fällen 0,57 kg/cm² Manometerdruck. Alle drei Düsen waren im Querschnitt kreisförmig, und ihr Durchmesser betrug 0,139 cm. Der Garnkanaldurchmesser ist in der Tabelle angegeben. Alle sonstigen Maße sind im Beispiel angegeben. Die Spannung betrug in allen Fällen 125 g.

Tabelle

Durch- Garngang kanal-Durchmcsscr

Radiale lixzcntrizitäl Verwirbedcr wie folgt numerierten lungcn pro
Düsen Meter

(cm)

Durch	(iarn-	Radiale	Kx/cnlri/itüt	Venvirbe-
gang	kanal-	der wie	folgt numerierten	lungen pro
	Dureh-	Düsen		Meter
	mcsser
Nr.	(cm)	1	2 i

Λ 0,482 0,025 0,004 0,034 13

B 0,482 0,014 0,037 0,027 8

C 0,457 0,004 0,005 0,005 50

ι» D 0,457 0,023 0,010 0,002 34

Η 0,457 0,013 0,010 0,012 56

F 0,457 0,001 0,002 0,000 8

»Radiale Exzentrizität« bedeutet den Radius eines Kreises, welcher denselben Mittelpunkt hat wie der Garnkanal und die verlängerte Düsenmittellinie an der nächsten Stelle berührt. Zu beachten ist, daß sich bei den

.'(ι beiden ersten Durchgängen und beim letzten Durchgang, d. h. bei den Durchgängen A, B und F nicht sehr viele Verflechtungen pro Meter ergaben. Der Grund dafür ist darin zu suchen, daß die Ringzielfläche, wie vorstehend angegeben, von entscheidender Bedeutung

2") ist. Die Verhältnisse sollen nun zahlenmäßig ausgedrückt werden, und es soll festgestellt werden, ob die radiale Exzentrizität bzw. die verlängerte Mittellinie innerhalb der Ringfläche liegt. Das Verhältnis 2E/D muß, wie in den obigen Abschnitten angegeben,

so zwischen den kritischen Grenzwerten 0,02 und 0,3 liegen, wobei E die radiale Exzentrizität ist und D der Durchmesser des Garnkanals. Bei Durchgang A beispielsweise ergibt die radiale Exzentrizität von Düse 3 0,068/0,190 = 0,358, und dies bedeutet, daß die

r> verlängerte Mittellinie der Düse 3 außerhalb des Kreises mit einem Durchmesser, welcher gleich dem 0,3fachen des effektiven Durchmessers ist, liegt. Ein derartiges Verwirbelungsgerät und eine derartige Verwirbelungsmethode wurden somit außerhalb des

4(i Bereiches dieser Erfindung liegen. Entsprechend ist beim Durchgang B die radiale Exzentrizität der Düse 2 zu groß. Das Verhältnis beträgt 0,078/0,180 = 0,39 und dies besagt, daß die verlängerte Mittellinie von Düse 2 noch weiter von dem Kreis, dessen Durchmesser gleich

•π dem 0,3fachen des effektiven Durchmessers ist, weg liegt. Am anderen Ende des Bereichs zeigt der Durchgang F, daß nicht mehr als 2 verlängerte Mittellinien innerhalb eines Kreises, dessen Durchmesser gleich dem 0,02fachen des effektiven Durchmessers

¹Jd ist, liegen dürfen. Beim Durchgang F geht die Düse 3 genau durch den Mittelpunkt des Garnkanals. Wenn wir für Durchgang F zusätzlich die Düse 1 betrachten, so ergibt sich das kritische Verhältnis 0,002/0,180 = 0,011, und man liegt somit innerhalb des Kreises, dessen

^r)^r> Durchmesser gleich dem 0,02fachen des effektiven Durchmessers ist. Die Ausführungsart von Durchgang F liegt also außerhalb des Rahmens dieser Erfindung, weil 2 der verlängerten Düsenmittellinien zu nahe beim Mittelpunkt des Garnkanals liegen. Wenn man die

ho sonstigen in der Tabelle angegebenen Maße prüft, so zeigt sich zusätzlich, von welch entscheidender Bedeutung diese Ringziclflächc bei dieser Erfindung ist.

Hierzu 3 Hliilt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verwirbeln und Verflechten von Multifilamentgarnen in einem Strömungsmedium, bestehend aus einem länglichen Rumpfstück mit einem geraden, durch das längliche Rumpfstück verlaufenden Garnkanal, und aus zumindest 3 Düsen, welche in im wesentlichen gleicher Höhe am Außenrand des Rumpfstückes in im wesentlichen gleichen Abstand angeordnet sind, wobei die Ebene in Höhe der Düsen innerhalb einer Länge gleich der Hälfte der Länge des Garnkanals, zentriert auf den Längsmittelpunkt des Garnkanals, liegen muß, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerte Mittellinie aller Düsen (3) durch eine Fläche geht, welche durch einen Kreis in einer Querschnittsebene in Düsenhöhe, der denselben Mittelpunkt hat wie der Kreis mit dem effektiven Durchmesser des Garnkanals (2) und dessen Durchmesser etwa gleich dem 0,3fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals (2) ist, bestimmt wird und die verlängerten Mittellinien von mindestens zwei Düsen (3) außerhalb eines Kreises in derselben Querschnittsebene, welcher denselben Mittelpunkt hat, dessen Durchmesser aber etwa gleich dem 0,02fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals ist, verlaufen und wobei die Düsen (3) mit einer Quelle, welche ein unter einem hohen Druck stehendes Strömungsmedium liefert, in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (3) zylindrisch sind und die verlängerten Mittellinien der Düsen (3) innerhalb einer Fläche verlaufen, welche durch den Kreis bestimmt wird, der den gleichen Mittelpunkt hat wie der effektive Randkreis des Garnkanals (2) und dessen Durchmesser etwa gleich dem 0,23fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals (2) ist sowie daß zumindest zwei der erwähnten verlängerten Mittellinien außerhalb eines Kreises in derselben Querschnittsebene verlaufen, welcher denselben Mittelpunkt hat wie der effektive Randkreis des Garnkanals (2), dessen Durchmesser aber etwa gleich dem 0,03fachen des effektiven Durchmessers des Garnkanals (2) ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Führungen (11) über und unter der Vorrichtung zur Ausrichtung des erwähnten Garns im Kanal (2) verwendet werden.

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