DE2402781A1

DE2402781A1 - Verfahren zum offen-end-spinnen von stapelfasergarn in hochtourigen spinnturbinen und vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2402781A1
Application number: DE19742402781
Authority: DE
Inventors: Jiri Dipl Ing Elias; Zdenek Dipl Ing Ledr; Karel Dipl Ing Mikulecky; Josef Dipl Ing Ripka
Original assignee: Vyzkumny Ustav Bavlnarsky AS
Current assignee: Vyzkumny Ustav Bavlnarsky AS
Priority date: 1973-02-02
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1974-08-08
Also published as: JPS49109647A; DE2402781C2; CH572106A5; CS163986B1; GB1451133A

Description

PATEiITANMELDUiJG

Anmelder: Vyzkumny ustav bavlnarsky, Usti nad Orlici,

G.S.S.Ά.

Titel: Verfahren zum Offen-End-Spinnen von Stapelfasergarn in hochtourigen Spinnturbinen und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen und Anspinnen von Stapelfasergarn in hochtourigen Spinnturbinen mit Arbeitsgeschwindigkeiten von mehr als 60 000 U/min, von der das Garn durch Abzugswege, z. B. durch einen ortsfesten Trichter, abgezogen wird c

Es sind bereits Offen-End-Spinnsysteme bekannt, bei denen Garn in einer drehbaren Spinnturbine mit einer Sammeloberflache verarbeitet wird, um ein Faserbändchen aus

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stapelfasern zu bilden, das dann zu G-arn verdreht wird. In derartigen Vorrichtungen wird Garn mit zwei- bis vierfacher Geschwindigkeit der Spinnturbine im Vergleich mit der Spindelgeschwindigkeit von Ringspinnmaschinen, d. h. mit der Geschwindigkeit von zirka 30 000 bis 60 000 U/min, ausgesponnen. Dadurch wird auch die erhöhte Produktivität derartiger Gffen-End-Spinnmaschinen wesentlich in gleichem Verhältnis gegenüber den xiingspinnmaschinen bestimmt. Die Forschungsarbeiten auf dein Gebiet der Üffen-End-Spinnir.asch.inen haben weiterhin zum Ziel, die Drehgeschwindigkeit der Spinnturbinen zu erhöhen und dadurch die Maschinenleistung zu steigern. Die Lösung dieses Froblems bringt mehrere wichtige, in der Fachliteratur behandelte Aspekte mit sich. Die Probleme liegen einerseits im maschinelltechnischen Bereich, wie z. B. in der Lösung der Lagerung der hochtourigen Spinnturbine, ihrem Antriebsmittel, sowie der Festigkeit des zur Fertigung der Spinnturbine zu verwendenden Materials, andererseits im Bereich der textil-technologischen Probleme.

Aus den bereits bekannten Arbeiten aus dem Bereich des Textilmaschinenbaues geht es hervor, daß der Antrieb der hochtourigen Spinnturbinen, deren Lagerung und deren Festigkeit prinzipiell schon gelöst worden sind, so daß es sich nun nur noch darum handelt, die Herstellungskosten solcher Vorrichtungen innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten. Selbst der Preis der Vorrichtung ist jedoch nicht der ein-

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zige maßgebende Faktor. Eines der wichtigsten Kennzeichen liegt im Energieverbrauch, der im Falle der mit Spinnturbinen ausgerüsteten Spinnmaschine besonders von der Durchmessergröße der Spinnturbine bzw. dem Durchmesser ihrer Sammeloberflache abhängig ist. Es ist offensichtlich, daß mit der Verminderung des Spinnturbinendurchmessers auch der Energieverbrauch geringer wird. In der Fachliteratur wird die Beziehung zwischen dem Durchmesser und dem Kraftbedarf in Form einer Hochexponential-Parabel dargelegt„

Es ist jedoch selbstverständlich, daß die Verminderung des Spinnturbinendurchmessers nicht ins Endlose gehen kann. Neben den eine solche Verminderung beschränkenden Gründen gibt es hier auch erhebliche Bedenken von textil-technologischem Charakter. So wird es meistens geglaubt, daß sich die optimale Stapellänge der zu verspinnenden Fasern irgendwo zwischen der Halbmesser- und Durchmessergröße der Spinnkammer befinden soll, wobei bei einem kleineren Durchmesser von ungefähr 38,1 mm für Baumwolle eine tangentiale Faserzufuhr in die Spinnturbine vorgesehen wird, wogegen sonst der Spinnturbinendurchmesser von bis zu 76,2 mm für Baumwolle als maximal in Betracht gezogen wird. Auf einer bekannten, heutzutage schon häufig erzeugten Spinnmaschine mit einem Spinnturbinendurchmesser von 67 um wird diese Bedingung erfüllt. Nichtsdestoweniger . besteht ein lachteil solcher Anlagen darin, daß sie die

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Spinnturbinengeschwindigkeit, bei der noch Garn mit annehmbarer Fadenbruchzahl ausspinnbar ist und bei der die Liaschine in Betrieb gesetzt, d. h. zuverlässig angesponnen werden kann, gewissermaßen beschränkt ist. So entfällt z. B. bei der erwähnten Spinnmaschine die Grenze der Spinnturbinengeschwindigkeit auf 50 ooo U/min, bei der schon der Anspinnprozess mit Schwierigkeiten verbunden ist.

Analog wird die Beziehung zwischen der Stapellänge der zu verarbeitenden Fasern und dem Durchmesser der Sammeloberflache der Spinnturbine in der Schweizer Patentschrift v.r. 467 351 so gelöst, daß ein solches Verfahren zum Spinnen in der Spinnturbine vom Durchmesser D der Sammeloberfläche vorteilhaft ist, wenn die Stapellänge der Fasern in dem der Sammeloberfläche zugeführten Fasergebilde die Bedingung D ^C L^ . F erfüllt, wobei Lg die der 25 zeigen kumulativen Faserhäufigkeit entsprechende Stapellänge ist und der Faktor F in der Abhängigkeit von der Größe Lg durch die Tabelle von Vierten für 3 verschiedene Typen der Stapeldiagramme gegeben ist.

Der iie.chteil eines solchen Spinnverfahrens besteht darin, daß es nur die Information bietet, welche Fasern in einer bestimmten Spinnkammer noch oder im Gegensatz nicht mehr versponnen werden können. Außerdem, ist die vorerwähnte Bedingung nicht ganz logisch, da man - schon auf Grund

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der vorher angeführten Meinungen der Technologen - kaum Toraussetzen kann, daß die untere Grenze der Größe des Spinnturbinendurchmessers nicht bestimmt ist. So gibt es beispielsweise eine evidente Bedingung, daß der Umfang der Sammeloberfläche wenigstens größer sein.muß als die maximale Stapellänge der Fasern in dem zu verarbeitenden Material. Konfrontiert man die Bedingung für L-, ^ 30 mm

mit den bei der Verarbeitung von längeren Stapelfasern vorkommenden Problemen, kann man feststellen, daß diese Bedingung nicht allgemein gültig ist. Überdies zieht sie nicht den Zusammenhang zwischen der Drehgeschwindigkeit und dem Durchmesser der opinnturbine sowie den bedeutsamen Einfluß der Garnfestigkeit in Betracht. Ferner stellt sie nicht das Ausspinnen des Garnes bei extra hohen Drehgeschwindigkeiten der Spinnturbine im Bereich von 100 000 U/min, sicher und bestimmt nicht die speziellen Verhältnisse für baumwollartige :;aturstacelfasern. Im großen und ganzen kann man sagen, daß die bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht den Bedingungen für das Ingangsetzen bzw. Anspinnen der Spinnturbiue bei ultrahohen Umdrehungen entgegenkommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hochtourigen Spinnturbinen die erwähnten !-.achteile auszuschalten und eine Einrichtung zu schaffen, die durch ihre Auslegung optimal zu arbeiten imstande ist.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die obere Grenze der Größe des Halbmessers r_T- der ^ammeloberflache von Spinnturbine für die Arbeitsgeschwindigkeit η_ΤΛ der S"oinnturbine durch die Beziehung

. 10⁶ . ¹ . ^JD (6)

ρ* υ

betimmt ist, wobei

der Koeffizient )-*v einen W'ert bis zu 3 hat und Ji durch die Beziehung

gegeben ist, wobei

oc_n = "«iinkel der Umschlingung des G-arnes amAbzugsweg; μ = durchschnittlicher ileibungskoeffizient am Abzugsweg;

H. = durchschnittlicher Festigkeit des Garnes aus den minderwertigsten von der Vorrichtung zu verarbeitenden Fasermaterialien;

& -_>r<= mittlere Abv/eichims- der Festigkeit dieses G-arnes;

or ~~

X = 5,73;
ferr,3r soll der Halbmesser r_Tf (mm) die Bedingung

_Tf

2 ⁷^ ^r-

Γι.

409332/0757 " ⁷ ~

erfüllen, wobei

K ⁼ die Länge des vor dem Anspinnen an der Samme1oberfläche liegenden Endes des Faserbändchens.

Die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht der Erfindung gemäß darin, daß die vom Garn bei seinem Austreten aus der Spinnturbine umschlungenen Organe des Garnabzugsweges den V/ert des Produktes

im Bereich von 0,3 bis 0,8 aufweisen.

Ein weiteres Merkmal für den Bereich der Arbeitsumdrehungen der Spinnturbine von 70 000 - 110 000 U/min besteht darin, daß der Halbmesser r^ der Sammeloberfläche der Spinnturbine zwischen 13 und 19 mm schwankt.

Beim Anspinnen mit Hilfe eines automatischen oder halbautomatischen Mittels mit der erzielten Eückgeschwindigkeit ν des Garnes, die im Verhältnis von ψ geringer ist als die G-arnabzugsgeschwindigkeit ν während des Spinnvorganges, ist es vorteilhaft, wenn der Halbmesser der,Spinnturbine der Bedingung

r_K> (4,7 + 0,237 9 - \ )

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entspricht, wobei

der Koeffizient T =-v /v einen zwischen 0,1 und 0,5 schwankenden Wert hat.

Die Erfindung geht γοη den im Betrieb von Spinneinheiten im niedrigeren Drehgeschwindigkeitsbereich von 30 000 bis 60 000 U/min entnommenen Erkenntnissen und Erfahrungen sowie aus den theoretisch-experimentell, den höheren Drehgeschwindigkeitsbereich von über 60 000 u/min, untersuchenden Forschungsarbeiten aus. Das erfindungsgemäße Verfahren erfaßt einen Komplex von Bedingungen und bietet Instruktionen nicht nur zum zuverlässigen Spinnvorgang in einer hochtourigen Spinnturbine, sondern auch ZUR! Anspinnen, d. h. zum Inbetriebsetzen der Spinnturbine bei nominalen Umdrehungen. Beim Anspinnen ist es also z. B. unnötig, die Drehgeschwindigkeit der Spinnturbine herabzusetzen, was immer Betriebsschwierigkeiten verursacht. Das Verfahren bietet insbesondere eine experimentell bewiesene, bewährte und überraschend vorteilhafte Koppelung zwischen den sowohl den Spinn- als auch Anspinn-}:roze3 beeinflussenden Parametern und gibt somit eine Anleitung zur Wahl einer geeigneten unteren und oberen jri'-enze der Halbmessergröße der Sammeloberfläche der Spinnturbiiie. Da es sich als zweckmäßig erwiesen hat, eine Vorrichtung zu schaffen, in der Garne aus Fasermaterialien eines breiten ^ualitätssortimentes ausgesponnen

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werden können, wobei die für die Verarbeitung von minderwertigen Materialien gestellten Ansprüche vom Gesichtspunkt des Spinn- sowie Anspinnprozesses höher sind, wird es durch die Erfindung möglich, auch das Verspinnen von zweitklassigen Fasermaterialien vorzunehmen. Somit wird das Ausspinnen von Garnen niedriger ,Qualität mit gleichzeitiger Gewährleistung eines befriedigenden Spinn- und Anspinnablaufs bei ultrahohen Umdrehungen der Spinnturbine im Bereich von 80 000 - 100 000 und mehr ermöglicht.

Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht der Spinnturbine und

Fig. 2 eine Querschnittansicht durch die Sammeloberfläche nach Fig. 1.

Die auf einer Vorrichtung mit Spinnturbine vorgenommenen Untersuchungen haben gezeigt, daß zur Erzielung der gestellten Ziele die drei nachfolgenden Betriebsbedingungen an der Spinnturbine erfüllt werden müssen:

(a) die Bedingung der Garnspannung während der Spinnvorgangs ;

10 -

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(b) die Bedingung der "srns^annung während des Anspinn-Torgans;

und

(c) die Bedingung des nötigen Sammeloberflächenumfangs beim Anspinnvorgang.

Die Bedingung (a) kann folgendermaßen näher ausgedrückt werden: Die Axialkraft im Garn, d. h. die G-arnspannung am Austritt aus der äpinnturbine, muß einen solchen Viert aufweisen, um die v/ahrscheinlichkeit der Fadenbruchentstehung infolge geringer G-arnfestigkeit vernachlässigbar zu machen. Durch Analyse dieser Bedingung kann man die Beziehung für die Größe des Halbmessers r_Tr (mm) der Spinnturbine in Abhängigkeit von ihrer Drehgeschwindigkeit n_v (U/min) ableiten, wie folgt

-4-i.

r-r,

Δ.

12 1,8 . 10 .R

TD (1)

wobei

Ai_n = durchschnittlicher Reibungskoeffizient am G-arnabzugsweg;

£ = Summe des C-arnumschlingungswinkels am G-arnabzugsweg;

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(km = ρ · tex" ) = zulässige Garnspannung, die von

—1

der Festigkeit E (km = ρ , tex ) und der Gleichmäßigkeit des Garnes abhängt und die z. B. durch die mittlere Abweichung (q* -pp (km = ρ · tex"* ) gemäß der Beziehung

-λ ·

P ausgedrückt werden kann.

Die Kenngröße A. ist Argument der Gauss'sehen Yiahrscheinliohkeitsfunktion der normalen Distribution, wobei festgestellt wurde₃ daß eine niedrige Fadenbruchanfälligkeit bereits bei Λ =5,73 gewährleistet werden kann.

So ist es nach der Bedingung (a) möglich^ durch Berechnung für die durch das Produkt /ü . cC_n = 0,345 gege-

P ^ benen Garnabzugswege und für das Garn von durch die Werte der Garnfestigkeit E = 10 km und 6^-ηπ = 1,45 km gegebe-

P XUT '

nen Qualität - was dem Variationskoeffizient von CV_O-n = 14,5 # entspricht - die hevorzugte Beziehung zwischen dem Halbmesser und den Umdrehungen der Spinnturbine

.5 . 10⁶

ⁿK

festzustellen gemäß welcher - z. B. für die Drehge-

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sohwindigkeit der Spinnturbine von 80 000 U/min - der Halbmesser *V = 18,7 mm und für n™- = 100 000 D/min Γ»- = 15 mm geeignet wäre.

Die Bedingung (b) kann man folgendermaßen ausdrücken: die maximale Garnspannung beim Anspinnvorgang darf nicht die minimale G-arnfestigkeit erreichen. Diese Bedingung kann durch die Beziehung

r_E/1.36 . 10⁶ . 1 1 Kd (3)

formuliert werden, wobei zu den Großem aus der Beziehung (1) noch der Wert Xkommt, der den Koeffizient der Erhöhung der Austrittsgarnspannung beim Anspinnvorgang darstellt. Auf grund der Kraftanalyse beim Anspinnen - sei es an einer einzigen Spinnstelle oder beim sogenannten Massenanspinnprozeß beim Ingangsetzen der Maschine - und der Versuchsarbeiten kann man den Wert von AT= 2,5 mit 25 ^iger Sicherheit annehmen. Für dieselbe Garnqualität und die gleichen Garnabzugswege, wie unter der Bedingung (a) angeführt, kann man dieser Bedingung nach die Größe des Spinnturbinenhalbmessers in der Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Spinnturbine gemäß der Beziehung

r_K <1,8 . 1O⁶

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bestimmen, was durch Berechnung z. B. für n·. = 100 000 ü/min zu einer Spinnturbine von iv = 18 mm führt.

Die Bedingung (c) legt die nachfolgende Formulierung dar: Um die Bildung einer Schlinge aus dem der Spinnturbine beim Anspinnen rückzuführenden Garnende auf der Sammeloberflache zu verhüten, muß die Länge I^ dieses rückgeführten Endes, die auf die Sammeloberfläche der Spinnturbine abgelagert wurde, kürzer sein als der Umfang der Sammeloberflache. Die mathematische Darstellung dieser Bedingung ist die folgende:

1_K < 2 T. r_K (4)

Zum Unterschied von den zwei vorangehenden Bedingungen bestimmt diese die untere Grenze der Halbmessergröße der Sammeloberfläche. Bei niedrigeren Drehgeschwindigkeiten von Spinnturbinen bis zu 60 000 U/min und niedrigen Garnabzugsgeschwindigkeiten kann man die Erfüllung dieser Bedingung - beim manuellem Anspinnvorgang - durch Abmessen der geeigneten Länge des Garnanspinnabschnittes gewährleisten. Es ist jedoch zu beachten, daß beim W'iederinbetriebsetzen der Spinnmaschine nach dem Prinzip des Massenanspinnprozesses ein gesteuerter Fortgang vorzunehmen ist. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten der Spinnturbine von mehr als 60 000 U/min, insbesondere im Bereich von 80 000 bis 100 000 U/min und höher, kommt jedoch eine

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automatische oder halbautomatische Einrichtung auch zum Beheben der individuellen Fadenbrüche in Betracht. Durch Analyse und Versuche mit einer automatischen Einrichtung mit einstellbarer Geschwindigkeit ν der Garnrückbewegung in Zusammenarbeit mit einer sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 60 000 U/min drehenden Spinnturbine wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Halbmesser Ty- (mm) der Sammeloberfläche der Spinnturbine der Bedingung

r_K> (4,7 + 0,237 f . v_r) (4a) entspricht, wobei

ν = Abzugsgeschwindigkeit (in m/Min.) beim Spinnvorgang und

ψ = Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit ν der Garnrückbewegung und der Garnabzugsgeschwindigkeit

Ferner wurde festgestellt, daß es beim Ausspinnen der Garne im Bereich von 10 bis 100 Km vorteilhaft ist, wenn der Koeffizient ψ zwischen 0,1 und 0,3 schwankt. Kritisch ist hier jedoch das Ausspinnen von gröberen Garnnummern mit einem kleinem Drehungskoeffizient. So beträgt z.B.

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beim Anspinnen des Garnes von 20 Nm und Drehung T = 480 D./m - bei n, = 90 000 U/min - die benutzte Garnabzugsgeschwindigkeit 187,5 m/min. In einem solchen Falle ist es dann empfehlenswert, beim Koeffizient ψ = 0,2 zum Spinnen eine Spinnturbine mit einem Sammeloberflächenhalbmesser von r-g/ 13,6 mm zu verwenden. Beim Ausspinnen dieses Garnes bei n^ = 100 000 U/min ist schon eine Spinnturbine mit einem Sammeloberflächenhalbmesser von ^rEr 15,6 mm einzusetzen. Dieses wäre in der Praxis nach den Beispielen der unter den Bedingungen (a) und (b) angeführten Garnabzugswege möglich.

Durch praktische Versuche wurde bewiesen, daß sich für die Bestimmung des Sammeloberflächenhalbuiessers im wesentlichen nur die Bedingungen (b) und (c) den Beziehungen (3) und (4) nach verwenden lassen«,

Bei der Berechnung kann man für die Größen E , & -np

durchschnittliche Werte der auf der Vorrichtung ein- und desselben Types bei niedrigerer Drehgeschwindigkeit der Spinnturbine ausgesponnenen Offen-End-Garne einsetzen, die jedoch aus den minderwertigsten, noch auf der betreffenden Vorrichtung verarbeitbaren Fasermaterialien zu fertigen sind.

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Für das "breite Sortiment von Offen-End-Garnen aus Baumwolle, Viskose und Chemiefasern (PAI, PES) und deren Gemischen zeigt es sich als vorteilhaft, die durch das Produkt Ai . «£. * im Bereich von 0,3 bis 0,8 definier-

P Ki

ten Garnabzugswege zu verwenden.

Dieser Bedingung entspricht beispielsweise bei Baumwoll-, VS-, PES- und PAN-Garnen die Umschlingung an der Stahlfläche des sogenannten Trichters - zum Abziehen des Garnes aus der Spinnturbine - bei R = 0,8^a (m) beiöC« = 90°,

wobei für Viskosegarn das Produkt /&·*£.„ = 0,535 gilt.

Ferner hat sich gezeigt, daß es im Bereich der lirehgeschwindigkeit der Spinnturbine von 70 000 - 110 000 U/min vorteilhaft ist, die Spinnturbine mit einem Halbmesser Tj im Bereich von 13 bis 19 mm zu verwenden, wobei die Drehgeschwindigkeit zum Halbmesser der Sammeloberfläche umgekehrt proportional ist.

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Claims

PATE N TANSP ß Üü H ώ·:

Iy Verfahren zum Spinnen und Anspinnen von Stapelfasergarn in hochtourigen Spinnturbinen mit Arbeitsgeschwindigkeiten von mehr als 60 000 U/min, in denen das Garn durch Abzugswege wie z. B. einen ortsfesten Trichter abgezogen wird, dadurch gekennzei.cn net, daß der Halbmesser r_v (mm) der Sammeloberfläche der Spinnturbine bei der Arbeitsgeschwindigkeit n^- der Spinnturbine durch die Beziehung

τ /1 54 10

ng- y er p«*-u

von oben begrenzt ist, wobei der Koeffizient den Wert 1,5-3 hat und R^ durch die Beziehung R - ~\. - Ό _Hp Destimmt ist,

cn» η = Umschlingungswinkel des Garnes an Abzugswegen und

/U = durchschnittlicher Reibungskoeffizient des Garnes an Abzugswegen,

wooei R die durchschnittliche Festigkeit des Garnes aus dem minderwertigsten, in der Vorrichtung zu verarbeitenden Fasermaterial bezeichnet;

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SP = mittlere Abweichung der Festigkeit dieses

Garnes;
= 5,73; und wobei

r™- (mm) der Bedingung 1™· <^ 2 // r^- entspricht, wobei

I^ = die Länge des vor dem Anspinnen auf die Sammeloberfläche abgelagerten Garnendes ist.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die vom Garn bei dessen Austritt aus der Spinnturbine umschlungenen Organe des Abzugsweges dem Wert des Produktes (\i . öC« im Bereich von 0,3 bis 0,8 entsprechen. ■- ρ υ
3ο Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, für den Bereich der Arbeitsgeschwindigkeit der Spinnturbine von 70 000 bis 110 000 U/min, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbmesser r^- der Sammeloberfläche der Spinnturbine zwischen 13 und 19 mm schwankt.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der zum Anspinnen ein automatisches oder halbautomatisches Mittel mit einer erzielten Garnrückgeschwindigkeit ν , die im Verhältnis ^f kleiner ist

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als die Garnabzugsgeschwindigkeit ν beim Spinnvorgang, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbmesser r™- der Sammeloberfläche der Spinnturbine der Bedingung

r_K < (4,7 + 0,237 f . τ_ρ)

entspricht, wobei der Koeffizient γ = ν /ν zwischen 0,1 und 0,5 schwankt.

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