DE2535544A1

DE2535544A1 - Verfahren zur herstellung einer stapelfaserbahn

Info

Publication number: DE2535544A1
Application number: DE19752535544
Authority: DE
Inventors: Rashmikant Maganlal Contractor; Sang-Hak Hwang
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1974-08-09
Filing date: 1975-08-08
Publication date: 1976-02-26
Also published as: US4089086A; CA1029165A; FR2281447A1; US3932915A; JPS5155431A; GB1488059A; NL7509504A; FR2281447B1; IT1049584B

Description

Patentanwälte;
Dr. ϊπνϊ. V-.'::'i?r Abitz

D γ. L-1 i.: 11! ί-. M ο rf ⁸ · August 1975

Dr. Hana-A. Brauns SS-0032

• München 06, Pianzenaowstr. 28

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung einer Stapelfaserbahn

Die Erfindung betrifft ein mit einem Luftstrom arbeitendes Ablegeverfahren und eine Vorrichtung zum Zusammensetzen von Textilfasern zu einer gleichförmigen Bahn bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten.

Aus US-PS 3 797 074 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die dazu dienen, bei hoher Produktionsgeschwindigkeit aus zugeführter Stapelfaserwatte gleichförmige Bahnen herzustellen. Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung wird eine bestimmte Faserschicht durch eine sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Verteilerwalze in einem Kanal in einen Luftstrom niedriger Turbulenz und gleichförmiger Geschwindigkeit geschleudert und fördert der Luftstrom die Fasern als eine ausgeprägte Schicht zu einem sich bewegenden Sieb, auf dem sich die Fasern als eine gleichförmige Bahn verdichten. Die ausgeprägte Faserschicht wird durch das Zusammenwirken der gezahnten Oberfläche der rotierenden Verteilerwalze und einer feststehenden Verteilerplatte gebildet, die eine glatte ge-

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gekrümmte Oberfläche besitzt, die der Krümmung der Walzenoberfläche zugewandt ist, von ihr einen geringen Abstand besitzt und mit ihr in der Form übereinstimmt, was dazu führt, daß die Fasern unter einem flachen Winkel, d. h. einem Winkel von weniger als 25 °, in den Luftstrom geschleudert werden. Aus dieser Patentschrift ist ferner die Verwendung einer eine Mischströmung erzeugenden Einrichtung bekannt, um in dem Luftstrom ein geringes Maß an Turbulenz zu erzeugen, die das seitliche Vermischen der Fasern innerhalb der ausgeprägten, zu dem sich bewegenden Sieb geförderten Schicht verursacht (ohne die Schicht in eine Faserwolke zu verteilen), wodurch in der sich ergebenden verdichteten Bahn in Maschinenrichtung verlaufende Streifen verringert werden.Insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten reicht dies jedoch nicht aus, in anderer Hinsicht, wie z. B. Klumpen (Pustel) von Fasern und querverlaufenden Streifen, gleichförmige Bahnen zu erhalten. Die Einrichtung zur Erzeugung einer Mischströmung verringert zwar die in Maschinenrichtung verlaufenden Streifen, erhöht jedoch die Pustelbildung und beeinflußt die in Querrichtung verlaufenden Streifen wenig.

Die vorliegende Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß eine Modifizierung der glatten Oberfläche der Verteilerplatte, d. h. eine Aufrauhung, die insgesamt vorhandene Gleichförmigkeit der Bahn verbessert. Normalerweise sind in Querrichtung verlaufende Streifen in der Bahn sichtbar, wenn man bei hoher Geschwindigkeit des die Bahn verdichtenden Siebes arbeitet und eine Verteilerplatte mit glatter Oberfläche verwendet. Die Platte mit rauher Oberfläche verringert diese Streifen und gleichzeitig die Bildung von Pusteln und in Maschinenrichtung verlaufenden Streifen in der Bahn. Sogar in den seltenen Fällen, in

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denen bei der jeweiligen Geschwindigkeit, bei der die Fasern zu einer Bahn verdichtet werden, keine Querstreifen in der Bahn sichtbar sind, verringert die Verwendung einer Verteilerplatte mit rauher Oberfläche die in der Bahn sichtbaren Pusteln und in Maschinenrichtung verlaufenden Streifen gegenüber einer Bahn, die unter den gleichen Arbeitsbedingungen, jedoch unter Verwendung einer Verteilerplatte mit glatter Oberfläche erhalten wurde. Die Aufrauhung führt offensichtlich zu einem verbesserten Vermischen der Fasern innerhalb des Zwischenraumes zwischen der rotierenden Verteilerwalze und der stationären Verteilerplatte, wodurch sich eine gleichförmigere Bahn ergibt. Die sich ergebenden gleichförmigeren Bahnen können nach dem in US-PS 3 797 074 genannten Verfahren zu gleichförmigeren Faservliesen verarbeitet werden.

Die vorliegende Erfindung kann folglich zusammenfassend als ein Verfahren zum Herstellen einer Faserbahn bezeichnet werden, bei dem Fasern als eine ausgeprägte Schicht von Fasern, ausgehend von einem Zwischenraum zwischen einer sich drehenden, gezahnten Verteilerwalze und einer stationären Verteilerplatte, die eine gekrümmte Oberfläche besitzt, die der Verteilerwalze zugewandt ist und von ihr einen geringen Abstand besitzt, um die Fasern nahe der Walze zu halten, bis sie am Rand der Verteilerplatte in den Luftstrom geschleudert werden, in einen stabilen Luftstrom in einen Kanal geschleudert werden und die Fasern danach als eine ausgeprägte Schicht innerhalb des Kanals zu einer Verdichtungseinrichtung gefördert wird, bei der die Faserschicht zu einer Bahn geformt wird, und sich dadurch kennzeichnet, daß die Fasern aus dem oben genannten Zwischenraum geschleudert werden, wobei die "Oberfläche der Verteilerplatte derart aufgerauht ist, daß sie die Gleichförmigkeit der Bahn erhöht.

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Die weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 in einem vertikalen Längsschnitt eine Ausführungsform der mit einem ablegenden Luftstrom arbeitenden Vorrichtung zur Verdeutlichung der Verwendung , ■ einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 vergrößert in einer Teilansicht und in vertikalem Längsschnitt den oberen Bereich der gezahnten Verteilerwalze und aufgerauhten Verteilerplatte;

Fig. 3 in einer weiteren Vergrößerung einen Bereich der aufgerauhten Oberfläche der Verteilerplatte, wobei eine bevorzugte Ausführungsform der Aufrauhung dargestellt ist;

Fig. 4 A - 4 E verschiedene für die vorliegende Erfindung geeignete Ausführungsformen der Aufrauhung der Verteilerplatte und

Fig. 5 A und 5 B Oszillographenaufnahmen der Turbolenzintensität bei Verwendung einer glatten bzw. einer aufgerauhten { gerillten ) Verteilerplatte.

Fig. 1 zeigt eine Fasernliefereinrichtung, die bei dieser Ausführungsform aus einem Förderband 2, einer Lieferwalze 3, einer Druckwalze 4 und einem Schuh 5 zur Zuführung einer Stapelfaserwatte 1 zu der gezahnten Verteilerwalze 8, die sich in der angegebenen Richtung dreht, besteht. Die Watte 1 wird durch herkömmliche Wattebildungs-Ausrüstungen hergestellt und besitzt ein gleichförmiges Ausgangsgewicht. Die Fasern in der Watte sind gleichförmig regel-

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2 b 3 b ^ 4 A

los verteilt und frei von Verunreinigungen. Die Fasernlief ereinrichtung ist so ausgebildet, daß sie die Stapelfaserwatte mit einem Flächengewicht liefert, das etwa das 3- bis 15Ofache des Gewichts (der gleichen Flächeneinheit) der herzustellenden Bahn besitzt.

Die Verteilerwalze trennt die Fasern voneinander und trägt sie, durchmischt mit Luft, zu der Walzenoberfläche und durch den Zwischenraum zwischen der Walze und einer Verteilerplatte 10 und entlädt dieses Gemisch bei einer Zone A zentrifugal in einen Kanal 20. Eine Umhüllung oder ein Gehäuse 9 erstreckt sich um die Verteilerwalze von dem unteren Rand einer Ablegeschiene 12 zu der Lieferwalze 3. Die von der Verteilerwalze weggeschleuderten Fasern bilden eine ausgeprägte Faserschicht 22 in dem Luftstrom, der durch den Kanal in der angegebenen Richtung strömt, und werden dann durch eine Verdichtungseinrichtung, die als ein sich bewegendes Sieb 26 dargestellt ist, von der Luft getrennt und zu einer Bahn 24 geformt. Die ausgeprägte Faserschicht 22 besitzt einen Abstand zu dem oberen und unteren Teil des Kanals.

Der Luftstrom wird aus einem Durchlaß 14 zugeführt, der einen größeren Querschnitt besitzt als der Kanal 20. Die parallelen Wände 16 des Luftdurchlasses sind mit den Kanalwänden 20 durch einen sich verengenden Bereich 18 verbunden, der die Form einer Strömungsdüse besitzt. Siebe und 42 und ein wabenförmiger Aufbau 40 erstrecken sich über den Querschnitt des Luftdurchlasses 14 und schaffen eine stabile Luftströmung, d. h. eine Luftströmung, die gleichförmig und im wesentlichen frei von Turbulenz und Vortizität ist und eine solche Geschwindigkeit besitzt, daß der Luftstrom die Fasern bis zum Erreichen der Ver-

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dichtungseinrichtung als eine ausgeprägte Schicht aufrechterhält. Die Luft wird durch ein oder mehrere Gebläse 36 Ober ein schematisch dargestelltes Kanalsystem 33 in den Luftdurchlaß geblasen.

Die Fasern werden zur Bildung einer Bahn auf einem endlosen, sich bewegenden Sieb 26 abgelegt, das durch Walzen 28 und 30 angetrieben und gehalten wird. Die Luft
strömt durch das Sieb und wird durch den Unterdruckkanal 34 abgezogen. Die Luft kann gefiltert werden, um
alle Fasern, die durch das Sieb 26 hindurchgelangen, zu entfernen und kann dann durch ein Gebläse 36 wieder in
den Kreislauf eingeführt werden. Es können auch mehrere hintereinander angeordnete Gebläse oder ein offenes Luftsystem mit einem oder mehreren luftzuführenden Gebläsen und einem oder mehreren, die Luft ausstoßenden Gebläsen verwendet werden. Das Sieb 26 ist gegenüber dem Kanal und dem ünterdruckkanal 34 durch Abdichtungsmittel 32,
wie z. B. eine Polyäthylenplatte, abgedichtet.

Fig. 2 zeigt die sich drehende Verteilerwalze 8 und die stationäre Verteilerwalze 10 im Detail. In dieser Figur ist die gestrichelte Linie 58 die Tangente an die äußere Begrenzung der Zähne 7 der Verteilerwalze. Der obere Rand 54 der Verteilerplatte 10 kann auf dieser Tangentenlinie 58 oder etwas unterhalb dieser Tangentenlinie, z. B. 1,27 cm darunter, angeordnet werden. Erfindungsgemäß ist die der gezahnten Verteilerwalze zugewandte Oberfläche der
Verteilerplatte aufgerauht. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform besitzt die Aufrauhung die Form von in
gleichem Abstand angeordneten, halbkreisförmigen Rillen 50, die am unteren Ende der Verteilerplatte 10 beginnen und möglichst nahe der äußersten Spitze 52 der Platte enden.

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Die Rillen verlaufen quer zur Verteilerwalze. Vorzugsweise sind die Rillen auf der gesamten Fläche 56 der Platte vorhanden, mit Ausnahme des Bereichs 53, der sich ausgehend von der äußersten Spitze 52 1,27 - 1,90 cm erstreckt, um eine Schwächung der Spitze zu vermeiden. Vorzugsweise ist die äußerste Spitze 52 der Verteilerplatte mit einem Radius .von wenigstens 0,038 cm, jedoch weniger als 0,15 cm gerundet. Die Fläche 56 der Verteilerplatte ist in ihrer Gesamtform, d. h. wenn man die Rillen außer Betracht läßt, im wesentlichen konzentrisch mit der Verteilerwalze. Der lichte" Abstand 55 zwischen der Fläche 56 und den Zähnen 7 ist vorzugsweise kleiner als 0,3175 cm, um eine Anhäufung von Fasern in Klumpen zu vermeiden. Vorzugsweise beträgt der freie Abstand zwischen 0,025 und 0,15 cm.

In Fig. 3 werden die Abmessungen der gerillten Fläche der bevorzugten Ausführungsform mehr im Detail gezeigt. Die Rillen sind in Querrichtung zu der Platte 10 vorzugsweise durchgehend und sind vorzugsweise längs der Krümmung der Platte parallel zur Rotationsachse der Verteilerwalze derart angeordnet, daß 0,2 - 20 Rillen pro Zentimeter der Krümmung vorhanden sind, die Rillentiefe 60 zwischen 0,025 und 0,381 cm und die Rillenbreite 61 zwischen 0,025 und 2,54 cm beträgt, der Abstand 62 zwischen den Mittellinien benachbarter Rillen zwischen 0,05 und 5,1 cm beträgt und der Steg 56 zwischen benachbarten Rillen 0,025 bis 3,81 cm breit ist.

Die Figuren 4 A bis 4 E zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Rillen, die dazu dienen, zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Bahn die Oberfläche der Verteilerplatte aufzurauhen. Bevorzugte Abmessungen der Rillen, die sich auf die in Fig. 3 angegebenen Ziffern beziehen,

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sind nachfolgend angegeben:

4A 4B 4C 4D 4E

Rillen/cm 4,3 3,2 4,3 2,16 3,94

Tiefe (60)
(cm) 0,0762 0,0762 0,1524 0,2286 0,2286

Breite (61)

(cm) 0,1524 0,160 0,160 0,2286 0,254

0,381

Abstand von
Mitte zu
Mitte (62)

(cm) 0,2286 0,2286 0,2286 0,4572 0,254

0,3429

Stegbreite

(56) (cm) 0,0762 0,0762 0,0762 0,2286 0,0127

Rillen der gleichen oder einer ähnlichen Form wie in den Figuren 4A bis 4E, die Abmessungen innerhalb der in Verbindung mit Fig. 3 angegebenen Bereiche besitzen, sind ebenfalls geeignet. Die Aufrauhung der Oberfläche der Verteilerplatte ist vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche vorhanden, kann sich jedoch auch - je nach der Wirksamkeit der jeweiligen Form der Aufrauhung auch über einen Bereich davon in der Nähe der Spitze 53 der Platte erstrecken.

Unter der Voraussetzung, daß sich im Vergleich zu der Bahn, die mit einer glatten Oberfläche der Verteilerplatte erhalten wird, bei sonst gleichen Betriebsbedingungen eine Verbesserung der Bahngleichförmigkeit ergibt, kann die Ausbildung der Aufrauhung in einem breiten Bereich schwanken.

Es wird angenommen, daß die erfindungsgemäß verwendete aufgerauhte Verteilerplatte dadurch die Verbesserung der Bahngleichförmigkeit liefert, daß in den Zwischenraum zwischen der Verteilerwalze und der Verteilerplatte eine

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Luftturbulenz hoher Frequenz erzeugt wird, die verursacht, daß die Fasern in der Schicht ausreichend gemischt worden sind, um Streifen und Pustel zu verringern oder zu verhindern. Die Ausgestaltung der Aufrauhung wird so gewählt, daß sie in diesem Zwischenraum eine Luftturbulenz hoher Frequenz erzeugt. Im allgemeinen bringt eine Aufrauhung, die ein sich wiederholendes Aussparungsmuster von wenigstens 0,025 cm Tiefe liefert, einige Verbesserung. Eine Kombination aus einer Verteilerplatte mit glatter Oberfläche und einer Verteilerwalze erzeugt zwar eine gewisse Turbulenz in dem Zwischenraum, es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine solche Turbulenz eine charakteristische Verteilung der Turbulenzintensität pro Umdrehung der Verteilerwalze besitzt, die durch einen Oszillografen aufgezeichnet werden kann (wie es nachfolgend beschrieben wird), wobei die Verteilung.im wesentlichen aus einem einzigen Impuls 70a der Turbulenzintensität besteht, der wesentlich höher ist als die gesamte andere Turbulenzintensität, die sich aus der Rotation der Walze ergibt. In der Oszillografenspur wird dieser einzelne Impuls als der größte Zacken wiedergegeben, der von der Grundlinie nach oben führt und gewöhnlich bei der Frequenz der Walzenrotation auftritt, z. B. 75 Schwingungen/sec. bei 4500 U/min, In der Oszillografenspur können auch wesentlich kürzere Zacken 71a sichtbar sein, wobei diese Zacken bei Vielfachen der Frequenz der Walzenrotation auftreten, z. B. bei 150, 225, 300 Schwingungen/sec. Während einer (jeder) Umdrehung der Verteilerwalze existiert daher folglich ein Impuls hoher Turbulenzintensität, die höher ist als die Turbulenzintensität, die zu jedem anderen Zeitpunkt während einer einzelnen Walzenumdrehung auftritt. Es hat sich herausgestellt, daß die bisher bestehenden Kombinationen von Verteilerwalzen mit glattflächigen Verteilerplatten diese

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charakteristische Verteilung der Turbulenzintensität besitzen und die unter ihrer Verwendung erhaltenen Bahnen sich nahezu unverändert durch einen querverlaufenden, jeder Walzenumdrehung entsprechenden Streifen ausgezeichnet haben, insbesondere bei hohen Herstellungsgeschwindigkeiten der Bahn und geringem Ausgangsgewicht der Bahn. Dies stellt eine Begrenzung der Arbeitsgeschwindigkeit bei der Bahnbildung dar. Selbst wenn unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen Querstreifen in der Bahn nicht sichtbar sind, bestehen ein oder mehrere andere Nachteile, d. h. Pustelbildung und in Maschinenrichtung verlaufende Streifen der Bahn.

Wenn die Verteilerplatte jedoch erfindungsgemäß eine rauhe Oberfläche besitzt, weist die Oszillografenspur der Turbulenzverteilung pro Umdrehung der Verteilerwalze eine Vielzahl von Zacken 70b, 71b auf, die ausgehend von der Grundlinie jeweils in einem einem Vielfachen der Frequenz der Verteilerwalzenumdrehung entsprechenden Intervall alle eine ähnliche Höhe besitzen. Dies bedeutet, daß während einer Umdrehung der Verteilerwalzen mehrere, z. B. wenigstens vier Impulse hoher, jedoch ähnlicher Turbulenzintensität vorhanden sind. Zusätzlich besitzen die Impulse .71b, deren Frequenz höher ist als die Frequenz der Walzenumdrehung, eine größere Intensität als der entsprechende Impuls 71a, der bei einer Verteilerwalze mit glatter Oberfläche vorhanden ist. Die Aufrauhung der gekrümmten Fläche der Verteilerplatte erzeugt folglich in dem Zwischenraum zwischen der Platte und der Verteilerwalze eine hohe Turbulenzintensität höherer Frequenz. Prozentuale Turbulenzmessungen sind nur ein Maß für den Gesamtbetrag der Turbulenz pro Umdrehung der Verteilerwalze und nicht für die Verteilung der Turbulenzintensität, die bei verschiedenen Frequenzen auf-

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ι * AA-

tritt. Prozentuale Turbulenzmessungen allein zeigen daher eine hohe (durchschnittliche) Turbulenzintensität, die in dem Raum zwischen der glatten Platte und der Verteilerwalze besteht. Dennoch ist die prozentuale Turbulenz im allgemeinen bei einer Verteilerplatte mit rauher Oberfläche infolge des Vorhandenseins hoher Turbulenzintensitätsimpulse 71 b, die bei höheren Frequenzen auftreten, größer. Die Aufrauhung der gekrümmten Oberfläche der Verteilerplatte, die diese Oszillografenspur mit einer Serie von Impulsen hoher, jedoch ähnlicher Intensität erzeugt, schafft eine verbesserte Gleichförmigkeit einer Bahn.

Die Verteilerwalze 8 ist von herkömmlicher Konstruktion und besitzt normalerweise einen Durchmesser von etwa 12,7 bis 127 cm. Sie ist gewöhnlich eine hohle Konstruktion. Die zylindrische Außenfläche der Walze ist gewöhnlich mit einem einen niedrigen Rechen bildenden, aus feinen Metalldrähten bestehenden überzug 7 (Fig. 2) versehen, der durch schraubenförmiges Enden, eines oder mehrerer Sägezahn-Streifen um die Walzen und dessen Befestigung gebildet wird. Die scharfen Winden der Zähne sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen in einem genauen Zylinder um die Rotationsachse der Walze 8 liegen. Typische Anordnungen weisen folgende Daten auf:

Zahn-Neigung: Flankenwinkel innerhalb etwa 8 °

gegenüber der Radialrichtung

Zahnlänge: kürzer als 0,635 cm, vorzugsweise

etwa 0,3175 cm

Zahn-Enden: Kopfbreite weniger als 0,076 cm

Zahn-Dichte: zwischen etwa 1,24 und 54,25 Zähne

pro cm² der Walzenoberfläche

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Walzendurchmesser cm	Umfangsgeschwindigkeit m/min
40,64	914,4 bis 6096
60,96	1097,3 bis 7315,2
81,28	1280,2 bis 9144

Durch die Herstellung von Verteilerwalzen mit hoher Präzision besitzt jede Walze ihre eigene charakteristische Oszillografenspur. Walzen, von denen angenommen wird, daß sie die gleichen sind, liefern aus unbekannten Gründen unterschiedliche Ergebnisse hinsichtlich der Gleichförmigkeit der Bahn bei bestimmten Arbeitsbedingungen. Bisher bestand jedoch in allen Fällen ein Bedürfnis nach einer Verbesserung der insgesamt vorhandenen Gleichförmigkeit der Bahn bei den hohen Produktionsgeschwindigkeiten, die nun angestrebt werden, und die Verteilerplatte mit rauher Oberfläche hat eine solche Verbesserung geschaffen.

Die gekrümmte Oberfläche der Verteilerplatte besitzt vorzugsweise eine Länge von wenigstens der Hälfte der Länge der verwendeten Stapelfaser, aus Gründen der mechanischen Zweckmäßigkeit kann sie jedoch eine Länge besitzen, die einem Kreisbogen von 45 bis 90 ° oder mehr der Verteilerwalze entspricht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Fasern zu der Verteilerwalze, die mit einer Oberflächengeschwindigkeit von wenigstens 914,4 m/min und bei einer besonders bevorzugten Ausführungäform mit einer Geschwindigkeit von 3048 bis 9144 m/min rotiert, geliefert und in den Luftstrom unter einem Winkel von weniger als 25 ° gegenüber

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der Richtung des Luftstromes geschleudert.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen besondere Ausführungsformen der Erfindung und sind nicht als Beschrän kung gedacht.

"■-'■ Beispiel 1

Die in diesem Beispiel verwendete Vorrichtung ist ähnlich der von Fig. 1. In einer Reihe von Durchläufen besteht die Zuführung zu der Verteilerwalze aus 1,9 cm langen Polyäthylenterephtalat-Stapelfasern von 1,25 denier pro Faden in Form von lose geöffneter Watte von 2,37 kg/m². Die Zuführung erfolgt zu einer Verteilerwalze von 60,95 cm Durchmesser und mit 12,4 Zähnen/cm^a, wobei jeder Zahn 0,229 cm hoch und 0,0229 cm breit ist und einen Neigungswinkel von 8 ° besitzt. Die Walzenoberfläche wird dadurch mit Zähnen versehen, daß zwei gezahnte Drähte, beginnend an einer Seite der Walze schraubenförmig aufgewickelt werden, wobei der Anfang des ersten und des zweiten Drahtes 180 ° auf dem Umfang der Walze entfernt sind. Der freie Abstand zwischen den Enden der Zähne der Walze 8 und der Stegfläche 56 der gekrümmten Platte 10 wird bei 0,076 cm gehalten. Die Walze rotiert mit 2500 U/min (Oberflächengeschwindigkeit von 4791 m/min) und schleudert einen gleichförmigen, dünnen Strom von Fasern mit einer gleichförmigen Anfangsgeschwxndxgkext von 4791 m/min in den Kanal. Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft bei der Achse der konturierten Düse, die mit dem rechteckigen Kanal 20 verbunden ist, beträgt etwa 3200,4 m/min mit einer Turbulenzintensität von etwa 0,5 %. Der Geschwindigkeitsgradient über die Breite des Kanals ist bei drieser Stelle weniger als i 10 % auf 30,48 cm. Die ungefähren Höhenab-

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inessungen des 101,6 cm breiten, rechteckigen Kanals 20 und die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen in dem Kanal sind wie folgt:

Stelle

Kanal-

höhe

(cm)

Geschwindigkeit (m/min)

1. unmittelbar stromab von der Düse (d. h. am Eingang zu dem rechteckigen Kanal)

2. Über der Platte 10 unmittelbar stromauf von der Verteilerwalze

3. An der Stelle des maximalen Eindringens der Walze in den Kanal

4. Ober der Platte 12 unmittelbar stromab von der Verteilerwalze

5. unmittelbar stromauf von dem aufnehmenden Sieb 26

6,35
5,72
4,13

5,1
5,1

3200,4 3511,2 4937,8

4297,8 4096,8

Der Abstand zwischen den Stellen 1 und 2 beträgt etwa 20,96 cm, zwischen den Stellen 2 und 4 etwa 25,4 cm und zwischen den Stellen 4 und 5 etwa 62,2 cm. Die Fasern werden mit einem Anfangswinkel von etwa 16 ° gegenüber der Luftströmung in den Kanal geschleudert und dann in dem Luftstrom auf einem geraden Weg zu dem auffangenden Sieb gefördert. An keiner Stelle entlang der Bahn der Fasern in dem Kanal ist die Turbulenzintensität größer als etwa 2 %.

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Unter Verwendung der obigen Vorrichtung und Verfahrensbedingungen und unter Verwendung der gleichen Art von zugeführter Watte wird das mit einem Luftstrom arbeitende Ablegeverfahren durchgeführt, um mittels (A) ^keiner gerillten Verteilerplatte und (B) einer Verteilerplatte mit glatter Oberfläche Bahnen herzustellen. Die gerillte Platte besitzt im Bereich der Verteilerwalze eine Aluminiumfläche und durchgehende Rillen von halbkreisförmiger Gestalt, die sich über die gesamte Platte bis innerhalb 1,9 cm von der Plattenspitze erstrecken. Die Verteilerplatten bedecken etwa ein Viertel des Walzenumfanges. Die Rillen in der gerillten Verteilerplatte verlaufen in einem rechten Winkel zu der ümdrehungsrichtung der Walze und besitzen die folgenden Abmessungen:

cm

Rillentiefe (60) 0,0762

Rillenbreite (61) 0,1524

Abstand von Mitte zu Mitte (62) 0,2286

Stegbreite (56) 0,0762

Rillen/cm etwa 4,3

In einer Serie wird das Verfahren mit einer Geschwindigkeit der Bahnherstellung von 1609 kg/cm Bahnbreite-Stunde durchgeführt und eine Bahn mit einem Nominalgewicht von 40,7 g/m² bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 36,1 bis 67,7 m/min hergestellt. Die mit der gerillten Platte hergestellte Bahn besitzt eine größere Gleichförmigkeit als die unter den gleichen Bedingungen, jedoch mit einer glatten Platte hergestellte Bahn.

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Das Verfahren wird unter Verwendung einer gerillten Platte bei einer höheren Verfahrensgeschwindigkeit von 2860 kg/cm-Stunde durchgeführt und eine Bahn von etwa 47,46 g/ cm² bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 100,58 bis 105,16 m/min hergestellt. Sogar bei dieser hohen Geschwindigkeit wird eine Bahn mit guter Gleichförmigkeit hergestellt, was auf die Überlegenheit der gerillten Platte hinweist.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Auswirkungen der prozentualen Turbulenz in dem Spalt zwischen der Verteilerwalze und der Verteilerplatte auf die Qualität der Bahn, wobei (A) eine gerillte Platte und (B) eine glatte Platte verwendet wird.

Die verwendete Luft-Ablegevorrichtung ist ähnlich der von Fig. 1 und besitzt die Kenngrößen der Luftströmung von Fig. 1, abgesehen jedoch davon, daß die Verteilerwalze einen Durchmesser von 40,64 cm besitzt. Die Zuführung zu der Verteilerwalze besteht aus 1,9 cm langen Polyäthylenterephtalat-Stapelfasern von 1,25 denier pro Faden in Form einer lose geöffneten Watte von 2,712 kg/m². Die Luftgeschwindigkeit über der Verteilerplatte unmittelbar stromauf der Verteilerwalze ist etwa 3163,8 ± 183 m/min.

Die Vorrichtung wird ζμΓ Herstellung von 30,5 cm breiten Bahnen verwendet und ist mit einer Verteilerwalze mit 12,4 Zähnen/cm² ausgerüstet, wobei die Zähne 0,23 cm hoch und 0,023 cm breit sind, einen Neigungswinkel von 0 ° be-

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sitzen und durch schraubenförmiges Aufwickeln eines endlosen gezahnten Drahtes hergestellt sind.

Mit Ausnahme der Breite von 30,5 cm und der Bogenlänge von etwa 26,7 cm hat die aufgerauhte Verteilerplatte die gleichen Rillenabmessungen wie die Platte vom Beispiel 1. Die glatte Verteilerplatte hatte die gleichen Abmessungen. Beide Verteilerplatten bedecken etwa ein Viertel des Umfangs der jeweiligen gezahnten Verteiler.

Die Werte der prozentualen Turbulenz in dem Spalt zwischen der Verteilerwalze und der Platte der verschiedenen Walzen/Platten-Kombinationen werden nach dem unten beschriebenen Verfahren gemessen und in Tabelle I zusammen mit den Werten für die Bahngleichförmigkeit (1 - 5, aufsteigend nach der Qualität) für jede von drei unterschiedlichen Arten von Ungleichförmigkeiten angegeben, nämlich (1) für Streifen in Querrichtung der Bahn (chatter), (2) Pustelbildung und (3) Streifen in Maschinenrichtung der Bahn. Die Werte sind für jede Walzen/Platten-Kombination bei zwei verschiedenen Walzengeschwindigkeiten angegeben (4500 U/min, d. h. 5745 m/min Oberflächengeschwindigkeit und 3000 U/min, d. h. 3822 m/min Oberflächengeschwindigkeit). Die Geschwindigkeit, mit der die Bahn abgenommen wird, wird von 65,8 m/min auf 91,4 m/min erhöht, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Walze von 3000 auf 4500 erhöht wird, so daß der Abstand der Querstreifen (oder das Verhältnis der Geschwindigkeit, mit der die Bahn abgenommen wird zur Umdrehungszahl) näherungsweise konstantgehalten wird.

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	Walze	Tabelle I	3,6	Bahn(l)	^% (2)
	UPM	Bewertung der	4,2	Streifen	Turbulenz
Verteiler	4500	Quer	2,3	in Masch.-R.	28,4
platte	3000		3,5	4,25	30,0
aufgerauht	4500	*streifen ■«■""■-■··*		4,0	17,9
aufgerauht	3000	3,7	3,0	16,2
glatt		4,0	2,5
glatt	3,0
	4,0

(D

5 = ausgezeichnet (keine Streifen, keine Pustel) 1 = sehr schlecht (beträchtliche Streifen, beträchtliche

Pustelbildung)

Die Ausgangsgewichte wurden bei den Beispielen bei etwa 40 g/m² gehalten. Die 4500 und 3000 ü/min entsprechenden Durchsätze sind 2,2 bzw. 1,6 kg/cm-Stunde.

(2)

Alle Turbulenzmessungen wurden in der Weise durchgeführt, daß die Vorrichtung arbeitete, jedoch keine Fasern vorhanden waren.

Dies zeigt, daß die aufgerauhte Verteilerplattenoberfläche die Turbulenz in dem Raum zwischen der Plattenoberfläche und der sich drehenden Verteilerwalze erhöht, was wiederum zu einer gleichförmigeren Bahn führt.

Beispiel 3

Das Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch die Oberfläche der Verteilerwalze in der Weise mit Zähnen versehen wird, daß acht gezahnte Drähte, beginnend an einer Seite der Walze

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ft

in Intervallen von 45 ° auf den Walzenumfang schraubenförmig gewickelt werden. Die acht Drähte bestehen aus vier Drähten von 0,23 cm hohen Zähnen und vier Drähten mit kleineren Zähnen, die abwechselnd auf die Walze gewickelt werden. Die Ergebnisse dieses Beispiels sind in Tabelle II angegeben

Tabelle II

Bewertung der Bahn

Verteiler	Walze	Quer	4,3	Streifen	4	%
platte	UPM		4,8	in Masch.-R.	Turbulenz
aufgerauht	4500	streifen	2,5	5,0	34
aufgerauht	3000	5,0	3,0	4,8	39,5
glatt	4500	5,0	Beispiel	2,5	12,4
glatt	3000	5,0	3,5	17,3
		5,0

Es wird Beispiel 2 wiederholt, die Verteilerwalzenoberfläche wird jedoch dadurch mit Zähnen versehen, daß elf gezahnte Drähte, beginnend auf einer Seite der Walze in elf gleichen Intervallen (etwa 33 °) auf den Umfang der Walze aufgewikkelt werden. Jeder Zahn hat einen Flankenwinkel von 15 °. Die Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.

	Walze UPM	Tabelle	,0 ,0 /5 ,0 98	4,0 4,3 2,0 2,5 0 9/073	III	O O O O	% Turbulenz	,8 ,5 ,7 ,0
	4500 3000 4500 3000	Bewertung	der Bahn		31 34 18 21
Verteiler platte		Quer- ■ . ?~ . j. Pustel strexfen
aufgerauht aufgerauht glatt glatt		5 5 3 5 60
		Streifen in Masch.-R.
		5, 5, 4, 4, 7

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt den Unterschied in dem Pulsieren der Luft und der prozentualen Turbulenz in dem Raum zwischen der Verteilerwalze und der Verteilerplatte, wenn eine Verteilerplatte mit glatter bzw. rauher Oberfläche verwendet wird.

Es wurden zwei Meßreihen durchgeführt, wobei die Vorrichtung und die Verfahrensbedingungen von Beispiel 2 und die Verteilerwalze von Beispiel 4 verwendet wurden. Die Geschwindigkeit der Verteilerwalze betrug 4500 U/min. Die eine Meßreihe wurde mit der gerillten Platte durchgeführt, die die in Fig. 4 C gezeigte Geometrie besaß, während die andere Meßreihe mit einer glatten Platte durchgeführt wurde.

Die Oszillografenspuren wurden von Signalen abgeleitet, die durch das Pulsieren der Luft in dem Spalt während jeder Meßreihe erzeugt wurden. Ein Hitzdrahtanemometer und ein Echtzeitanalysator (Signalfreguenz) wurden verwendet, um die nachfolgend im einzelnen beschriebenen Spuren zu erhalten. Die Spur, die man bei Verwendung einer glatten Platte verwendet, besitzt ein Hauptsignal hoher Turbulenzintensität (hohe Zacke), entsprechend der Walzenfrequenz, d. h. eine hohe Zacke für jede Walzenumdrehung. Die erhaltene Bahn zeigt bei Verwendung dieser glatten Platte einen Querstreifen, der entsprechend einmal für jede Walzenumdrehung auftritt.

Die unter Verwendung einer gerillten Platte erhaltene Spur zeigt mehrere, etwa gleichhohe Zacken hoher Turbulenzintensität. Die Turbulenzintensität betrug bei der gerillten Platte 36% gegenüber 19 %, wenn eine glatte Verteilerplatte verwendet wurde. Die

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in dem Durchlauf mit der gerillten Platte erhaltene Bahn zeigte in jeder Hinsicht eine größere Gleichmäßigkeit, d. h. keine Querstreifen, keine Streifen in Maschinenrichtung und eine verringerte Pustelbildung.

Messungen der prozentualen Turbulenz

Unter "prozentuale Turbulenz" wird die Wurzel aus dem mittleren quadratischen Wert der Fluktuation der Luftgeschwindigkeit, geteilt durch die mittlere Luftgeschwindigkeit, verstanden, wie sie unter Verwendung eines Hitζdrahtanemometers nach Standardverfahren bestimmt wird. Ein für diese Zwecke geeignetes Instrument, das für die hier beschriebenen Messungen verwendet wurde, war das Anemometer Modell 1050 B-4 der Thermal Instruments Inc., St. Paul, Minnesota.

Wenn das Ausgangssignal des Anemometers auch zu einem Wechselspannungs-gekoppelten Effektivspannungs-Voltmeter, z. B. Modell 3400 A der Hewlett Packard Inc., Loveland, Colorado, geleitet wird, so wird der Effektivwert (Wurzel des mittleren quadratischen Wertes) der Geschwindigkeitsfluktuation in Richtung der Luftströmung über der Zeit gemessen. Bei den hier angegebenen Werten wurden die Effektiv-Anzeigen über etwa 5-10 Sekunden gemittelt. Der Effektivwert der Geschwindigkeitsfluktuation, multipliziert mit 100 und geteilt durch die mittlere Geschwindigkeit an diesem Ort wird hier als die prozentuale Turbulenz oder die örtliche Turbulenzintensität bezeichnet. Weitere Einzelheiten der Verwendung von Hitzdrahtanemometern zur Messung der Geschwindigkeit und Turbulenzintensität sind in verschiedenen Literaturstellen enthalten, z. B. Bulletin 53, "The Hot-Wire Anemometer" der Flow Corporation of Cambridge, Massachusetts

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2 b 3 5 5 4 4

Theoretische Überlegungen zur Turbulenzxntensxtät finden sich bei H. Schlichting, "Boundary Layer Theory", 6. Ausgabe, McGraw Hill Book Company, New York. 1968, Seite 455 •bis 457, 538 - 539, 558, usw.

Bei der Durchführung der Messungen in dem Spalt zwischen der Verteilerwalze und der Verteilerplatte wird eine Hitzdrahtsonde durch ein Loch (0,7 cm Durchmesser) in der Spitze der Verteilerplatte eingeführt und zu einer Bezugslage herabgeführt, d. h. zu einer Lage, bei der die mittlere Geschwindigkeit etwa zu 2011,7 m/min gemessen wird, wenn die Oberflächengeschwxndxgkeit der Walze 5760,7 m/min beträgt. Das Loch sollte sich ausreichend einwärts von der Spitze der Platte befinden, um Randeffekte zu vermeiden. Diese Bezugslage wird für alle nachfolgenden Hitzdrahtmessungen verwendet.

Solche Messungen zeigen typischerweise die Erzeugung von Luftfluktuationen höherer Amplitude und Frequenz, wenn eine nichtglatte (gerillte) Platte verwendet wird, gegenüber Messungen, bei denen eine glatte Platte verwendet wird. Diese Pulsationen entsprechen höheren Werten für die prozentuale Turbulenz bei nichtglatten Platten gegenüber glatten Platten, wobei die genauen Prozentwerte auch von der Bauart der Verteilerwalze abhängen, die in Verbindung mit der Platte verwendet wird (d. h. die Oberflächeneigenschaften der Walze haben ebenfalls Auswirkungen auf die Werte der prozentualen Turbulenz bei einer gegebenen Walzen/Platten-Kombination.

Frequenz-Analyse

Die Frequenz-AnaIyse des Ausgangssignals des Hitzdrahtanemometers mittels eines Modells SD 301 B Real Time Analyzers

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(kurz: RTA; Echtzeit-Änalysator) der Spectral Dyanamics Corp., San Diego, Kalifornien, durchgeführt, wie es unter Ziffer 3.1 bis 3.4 der Gebrauchsanweisung beschrieben ist (Instruction Manual SD 301 B, Real Time Analyzer, Seiten 3-1 bis 3-60, Juni 1970). Der SD 301 B RTA arbeitet als ein frequenzabgestimmter Bandpaß, um das Eingangssignal (Ausgangssignal des Hitzdrahtanemometers) aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich der Werte der Effektivspannung zu übertragen. Die Werte der Effektivspannung der Pulsationsamplituden (Turbulenzintensitäten} bei verschiedenen Frequenzen werden auf dem Oszillografen aufgezeichnet, wobei die Werte der Effektivspannung als die Ordinate der Aufzeichnung und die Frequenzwerte als die Abszisse verwendet werden. Die Analyse wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit normalerweise bei einer Frequenzbasis von 0 bis 500 und 0 bis 5000 Hz durchgeführt, kann jedoch auch bei anderen Frequenzbereichen erfolgen. Die interessierenden Walzenfrequenzen reichen von 25 bis 75 Hz. Das Spannungsausgangssignal ist so geeicht, daß 6,71 Volt 3658 m/min entsprechen.

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Claims

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Patentansprüche

(1.) Verfahren zur Herstellung einer Stapelfaserbahn, bei dem die Fasern in einen stabilen Luftstrom in einen Kanal geschleudert werden und dabei von dem Zwischenraum zwischen einer sich drehenden, gezahnten Verteilerwalze und einer stationären Verteilerplatte ausgehen, die eine gekrümmte Oberfläche besitzt, die der Verteilerwalze gegenüberliegt und einen geringen Abstand zu ihr besitzt, um die Fasern so lange dicht bei der Walze zu halten, bis sie an der Spitze der Verteilerplatte in den Luftstrom geschleudert werden, und danach die Fasern als eine ausgeprägte Schicht innerhalb des Kanals zu einer Verdichtungseinrichtung gefördert werden, bei der die Faserschicht zu einer Bahn geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus dem Zwischenraum herausgeschleudert werden, wobei die Oberfläche der Verteilerplatte (10) derart aufgerauht ist, daß die Gleichmäßigkeit der Bahn erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrauhung der Oberfläche Rillen (50) enthält, die quer zur Verteilerwalze laufen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (50) im wesentlichen auf der gesamten gekrümmten Oberfläche der Verteilerplatte (10) vorhanden sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich

die Verteilerwalze (8) mit einer Oberflächengeschwindigkeit

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von wenigstens 914,4 und vorzugsweise mit einer solchen von 3048 bis 9144 m/min dreht und die Fasern unter einem Winkel von weniger als 25 ° in den Luftstrom schleudert.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 -·5, enthaltend einen Kanal zum Fördern der Fasern in einen stabilen Luftstrom, Einrichtungen zur Bildung des stabilen Luftstromes, eine sich drehende, gezahnte Verteilerwalze, die dazu dient, die Fasern in den stabilen Luft-

. strom in dem Kanal zu schleudern, eine stationäre Verteilerplatte mit einer gekrümmten Oberfläche, die der Verteilerwalze gegenüberliegt und zu dieser einen geringen Abstand besitzt, um die Fasern so lange dicht bei der Walze zu halten, bis sie an der Spitze der Verteilerplatte in den Luftstrom geschleudert werden, wodurch die Fasern als eine ausgeprägte Schicht von Fasern in den Luftstrom geschleudert werden, und Einrichtungen zum Verdichten der Fasernschicht ' zu einer Bahn, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche (56) der Verteilerplatte (10) aufgerauht ist.
7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Herstellung einer Faserbahn, die dann zu einem Faservlies verarbeitet wird.

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