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Verfahren zur Herstellung eines Umwindegarnes
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Umwindegarnes
durch ein- oder mehrmaliges, wendelförmiges Umwinden eines Faden- oder Faserbündels
von vorwieçnd nralleler Faserorientierung mit einem Bindefaden, der aus einem feinen
Filamentgarn oder Monofil besteht.
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Filamentgarne oder Spinnfasergarne besitzen normalerweise keine Umwindung
mit einem Filamentgarn oder Monofil. Um ungedrehten Filamentgarnen eine geschlossene
Oberfläche zu geben, und um sie für eine Verarbeitung zu Flächengebilden robuster
zu machen, erhalten sie meist eine Drehung, eine Luftdüsenverwirbelung oder werden
sie geschlichtet. Oft wird auch eine Kombination dieser Maßnahmen angewandt, damit
die Garne störungsfrei verarbeitbar sind. Konventionelle Spinnfasergarne bestehen
aus einem Stapelfaserbündel bzw. einer Faserlunte, der eine Drehung erteilt wurde.
Die Reißfestigkeit dieser Garne wird durch ihre Drehung gewährleistet.
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Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Garnen
dagegen kann auf eine Drehung, Luftdüsenverwirbelung, Schlichten und ähnliches vollständig
oder mindestens weitgehend verzichtet werden, weil diese Maßnahmen durch eine Umwindung
mit einem feinen Bindefaden ersetzt werden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren, das bei der
Durchführung einer solchen Umwindung neue ege beschreitet.
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Die Herstellung von Garnen durch Umwinden von Faden- oder Faserbündeln,
Lunten und ähnlichen Gebilden ist an sich bekannt. Aus der DOS 24 07 357 ist ein
Verfahren bekannt, das auf dem Herumlegen schraubenförmiger Windungen eines Binde
stranges um einen Faserstrang beruht.
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In der DOS 16 95 881 wird ein Umwindegarn und ein Verfahren zu dessen
Herstellung beansprucht. Die Herstellung des Garnes erfolgt durch wendelförmiges
Umwinden eines ungedrehten Fadenbündels mit einem Bindfaden.
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In der US-PS 1 732 592 wird eine Maschine zur Herstellung zusammengesetzter
Garne beschrieben, in welcher Faserbündel z.B. Asbestfasern und Baumwolle durch
ein oder mehrere Filamente umwunden werden und dem Garn anschließend eine Drehung
gegeben wird.
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Die US-PS 1 874 502 ist auf eine Vorrichtung zum Umwickeln von Garnen
gerichtet, die aus Roßhaar- und Baumwoll-Lunten bestehen können und mit Seide oder
künstlicher Seide umwickelt werden.
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Auch in der US-PS 3 328 946 ist ein korkenzieherartiges, windelförmiges
Garn beschrieben, das aus einer mit einem Filament umwickelten Spinnfaserlunte besteht.
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Die US-PS 3 769 787 betrifft ein Multifilamentgarn, das wendelförmig
mit einem Filament umwunden ist, um dem Garn den für die Verarbeitung notwendigen
Zusammenhalt zu geben.
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Darüber hinaus wurde auch schon ein Vorgarn bekannt, das aus einer
Faserlunte besteht, welche ebenfalls durch ein wendelförmig um die Lunte herum gewickeltes
Bindegarn verfestigt ist.
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Diese bekannten Garne, Verfahren und Vorrichtungen stehen alle im
Zusarenhang mit einem Umwindevorgang, bei welchem die gesamte Masse des Garnkörpers,
der das Bindegarn liefert, für jede Utwindung einmal um das zu umwindende Faden-
oder Faserbündel herum gedreht werden muß. Mit diesem Umstand sind Nachteile verknüpft,
welche darin liegen, daß die beim Umwindevorgang zu drehenden großen Massen eine
aufwendige Lagerung der Maschinenteile, eine Begrenzung der Drehzahl und einen hohen
Energieaufwand erforderlich machen; bzw. sie betreffen die Herstellung von Zwirnen
aus zwei gleichen oder doch sehr ähnlichen Komponenten durch möglichst gleichmäßiges
Zusammendrehen beider Komponenten.
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Bekannt sind weiterhin Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen
von Cordzwirnen, die es gestatten, zwei Zwirnkomponenten so zu führen, daß eine
Komponente zwischen einer Speicherscheibe und einem Fadenführer einen Fadenballon
u:t eine stillstehende Spule mit einer zweiten Komponente bildet, und daß die zweite
Komponente der ersten Komponente am ortsfesten Fadenführer zugeführt wird, und daß
die Spannungen beider Komponenten so eingestellt werden, daß deren Vereinijungspunkt
etwas abseits von der Achse zwischen Falschzwirnvcrrichtung und Fadenführer liegt
und sich ein regelmäßiger Zwirn bildet bzw.
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beide Komponenten an der Zwirndrehung in gleichem .aße teilhaben (DT-PS
960 163, SU-PS 230 691); ein ganz ähnliches Verfahren ist zum Zwirnen verschiedenfarbiger
Kräuselfäden in der DAS 1 660 329 beschrieben. In diesen Druckschriften wird nur
die Herstellung von Zwirnen behandelt. Verfahren zur Herstellung von Umwindegarnen
werden nicht erwähnt oder nahegelegt.
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Die Aufgabe der vorlierden Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten
Verfahren und Vorrichtungen zu beseitigen und ein Umwindeverfahren zur Verfügung
zu stelien, das eine Garnherstellung gestattet, bei welcher das Drehen grober Garnmassen
vermieden wird.
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Dieses Ziel wurde mit einem Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß das zu umwindende Faden- oder Faserbündel über einen Ballon geführt wird,
in dessen Innerem sich eine Spule mit dem umwindenden Bindefaden befindet, von der
der Umwindefaden dem zu umwindenden Faden- oder Faserbündel zugeführt wird, wobei
der Bindefaden am Umwindepunkt unter einer niedrigeren Spannung steht als das zu
umwindende Faden- oder Faserbündel.
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Vorteilhaft steht die Spule im Inneren des Ballons des zu umwindenden
Faden- oder Faserbündels fest, d.h. sie ist drehbar gelagert, rotiert aber nicht.
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Der Titer des Bindefadens liegt unter 50 dtex, vorzugsweise unter
15 dtex; der Anteil des Bindefadens am Umwindegarn beträgt weniger als 20 Gew.-%,
vorzugsweise weniger als 10 Gew.-t.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nur das
kurze Stück des Faden- bzw. Faserbündels bzw. des Bindefadens, das sich gerade im
Ballon befindet, gedreht werden muß und die erforderlichen Maschinenteile entsprechend
einfach konstruiert sein können, und außerdem hohe Drehzahlen möglich sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet so, daß ein Faden- oder Faserbündel
z.B. ein drehungsfreies Multifilamentgarn durch eine drehende Hohlachse oder eine
drehende mit geeigneter Bohrung versehenen Scheibe einem Ballon zugeführt wird,
der in einer zweiten gleichdrehenden Hohlachse oder einer zweiten gleichdrehenden
mit Bohrung versehenen Scheibe endet. Neben Hohlachsen und Scheiben sich auch andere
Vorrichtungselemente denkbar, die geeignet wären einen Garnballon zu erzeugen, z.B.
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ein mit entsprechender Bohrung versehener Hohlkörper. Gegebenenfalls
genügt es auch, wenn nur ein Ballonknotenpunkt mit einem drehenden Maschinenteil
in Verbindung steht und der andere Knotenpunkt des Ballons an einen stehenden Maschinenteil
grenzt, z.B. Liefer- oder Abzugswalzen, Fadenführer usw. Unter den Knotenpunkten
des Ballons sollen diejenigen Bereiche des Ballons, welche sich in der Nähe der
Drehachse des Ballons befinden bzw.
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die Drehachse schneiden, verstanden werden.
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Zur Begrenzung des Ballons kommen Zylinder oder Ringe, die zur Verringerung
der Reibung geschmiert oder mit reibungsmindernder Oberfläche ausgerüstet sein können,
in Frage. Vorteilhaft werden auch mitrotierende Zylinder oder Ringe eingesetzt,
oder andere an sich bekannte Ballonbegrenzungsvorrichtungen verwendet.
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Innerhalb des Ballons befindet sich eine feststehende Spule von welcher
ein feiner Bindefaden abgezogen und vorzugsweise an einem der Knotenpunkte des Ballons
dem Multifilamentgarn zugeführt wird. Die sich im Ballon befindliche Spule ist in
bekannter Weise auf einer der erwähnten Hohlachsen oder Scheiben drehbar gelagert
und durch Schwerkraft oder einen Magneten am Drehen gehindert. Der Punkt, an welchem
das feine Bindegarn mit dem Multifilarentgarn in Berührung kommt, ist der Umwindepunkt.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es vor allem bei der
Umwindung von Faserlunten vorteilhaft ist, den Umwindepunkt an den stromabwärts
gelegenen Ballonknotenpunkt zu legen und dort einen Falschdrall aufzubringen, der
der Zahl nach etwa der Drehzahl des Ballons entspricht und der sich vom stromabwärts
liegenden Ballonknotenpunkt bis zum nächsten stromaufwärts liegenden Klemmpunkt
erstreckt. Vorteilhaft liegt einer der Ballonknotenpunkte an einem ruhenden, der
andere an einem rotierenden Maschinenteil . Vorteilhaft wird der Bindefaden durch
die ilohlachse der feststehenden Bindefadenspule hindurchgeführt und im Falschdrallorgan
dem zu umwindenden Faden- oder Faserbündel zugeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet optimal, wenn die Spannung
des zulaufenden Bindefadens unter 5 cN, vorzugsweise unter 1 cN, aber über 0,01
cN, vorzugsweise über 0,1 cN liegt, und dabei die Spannung des zu umwindenden Faden-
bzw. oder Faserbündels mindestens das Zehnfacne der Spannung des Bindefadens beträgt.
bevorzugt mindestens das Hundertfache.
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Durch diese Maßnahmen ist ein störungsfreies Verfahren gewährleistet
und kann ein Umwindegarn mit optimalem Aussehen und Eigenschaften erzielt werden.
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Die Spannung des zu umwindenden Faden- oder Faserbündels bzw.
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des umwundenen Faden- oder Faserbündels läßt sich durch die
Geschwindigkeit
der Zulieferung bzw. des Abzuges des Bündels einstellen. Die Spannung des noch nicht
umwundenen und umwundenen Faden- oder Faserbündels wird vereinfachend als etwa gleich
angesehen. Die Messung der Spannung erfolgt außerhalb des Ballons.
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Die Spannung des Bindefadens wird ohne die Anwesenheit des zu umwindenen
Faden- oder Faserbündels ebenfalls außerhalb des Ballons gemessen, während des bloßen
Abziehens des Bindefadens ggf. über einen Falschdrallgeber.
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Es hat sich auch überraschenderweise gezeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens Garne hergestellt werden können, welche ein besseres Warenbild liefcrn
als Umwindegarne, d e nach bekannten Verfahren hergestellt wurden.
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Gleichermaßen überraschend war, daß die Spannungen für die Erzielung
einer guten Garn- und Warenqualität beim erfindungsgemäßen Verfahren viel weniger
kritisch sind als bei den herkömmlichen Umwindeverfahren.
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Eine erfindungsgemäß zu verwendende Vorrichtung besteht aus einem
Lieferwalzenpaar, einer Einrichtung zum Erzeugen eines Ballons, in dessen Innerem
sich ein drehbar gelagerter, feststehender Spulenträger mit Fadenbremse befindet,
und einem Abzugswalzenpaar. Die ballon-erzeugende Vorrichtung umfaßt dabei einen
Falschdrallgeber. Dieser Falschdrallgeber besteht vorzugsweise aus drei parallelen,
nicht in einer Ebene liegenden Stiften.
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Neben Multifilamentgarnen können auch andere Faden- oder Faserbündel
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens umwunden werden wie glatte oder texturierte
Endlosgarne, Spinnfaserbändchen wie Garn- oder Vorgarnlunten, Zwirne usw. Bei endlosen
Fadenbündeln ist vor allem an solche aus synthetischen polymeren Materialien zu
denken wie Polyester, Polyamide, Polyacrylnitril, Polyolefine, Rayon usw.
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Bei den aus Stapelfasern bestehenden Faserbündeln kommen ebenfalls
insbesondere Polyester, Polyacrylnitril, Polyamide,
Polyolefine,
Zellwolle, darüber hinaus aber auch natürliche Fasern, wie Wolle und Baumwolle usw.
sowie Fasermischungen in Betracht. Für die Bindefäden kommen Materialien in Frage
wie diejenigen, welche sich auch für die Faserbündel eignen.
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Die zur Umwindung gelangenden Faden- und Faserbündel können sich von
extrem feinen bis zu sehr groben Titern erstrecken.
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Der endlose Bindefaden, der sowohl Monofil als auch Multifil sein
kann, hat einen Titer von 1 bis 40 dtex, bevorzugt 1 bis 15 dtex.
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Ein Faden- oder Faserbündel kann auch gleichzeitig mit mehreren Bindefäden
umwunden werden. Der zweite Bindefaden wird dabei vorzugsweise in dem dem ersten
Bindefaden entgegengesetzten Drehsinn umwunden.
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Das erfindungsgemäße Umwindeverfahren läßt sich auch mit anderen in
der Fasertechnologie üblichen Verfahren kontinuierlich verknöpfen. Es kann sich
z.B. an ein Faserbändchen-Streckwerk einer Spinnmaschine anstelle einer Ringspinnvorrichtung
anschließen. Ebenso könnte es sich bei der Herstellung gekräuselter Endlosgarne
an den Texturiervorgang kontinuierlich anschließen.
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An Hand der beigefügten Figuren soll die Erfindung noch weiter erläutert
werden.
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In Figuren 1 bis 2 sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt.
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In der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird ein Multifilamentgarn
(1) von einem Lieferwerk (2) durch eine Hohlachse (3), welche am Maschinenrahmen
(4) drehbar gelagert ist und über das Rad (5) angetrieben wird, einer mit der
Hohlachse
verbundenen, ebenfalls rotierenden Röhrenkonstruktion (6) zugeführt. Das Multifilamentgarn
(1) durchläuft eine Seite der rotierenden Röhrenkonstruktion (6). Im Inneren der
Röhrenkonstruktion (6) befindet sich eine ruhende Spule (8), von der ein Bindefaden
(7) abgezogen und dem Multifilamentgarn (1) am Umwindepunkt (9) zugeführt wird.
Durch die Drehbewegung der Röhrenkonstruktion (6) wird der Bindefaden (7) um das
Multifilamentgarn (1) herumgewunden. Das umwundene Garn wird vom Abzugswerk (10)
abgezogen.
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Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum
Ausführen des erfindungsqemäßen Verfahrens geeignet ist.
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Lieferwerk (2) liefert eine Faserlunte (1) zu einem Sauschwänzchen
(11) . Von dort läuft die Faserlunte (1) in Form eines Ballons zur Bohrung (12)
in der Scheibe (13), welche sich dreht. Scheibe (13) ist mit einer Hohlachse (14),
welche am Maschinenrahmen (4) gelagert ist und über Rad (15) anqetrieben wird, verbunden.
An der Scheibe (13) ist die Bindefadenspule (8) drehbar gelagert und durch ein Bleigewicht
(16) oder eine entsprechende Vorrichtung am Drehen gehindert.
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Von der Spule (8) wird der Bindefaden (7) durch die hohle Achse der
Spule (8) zur Hohlachse (14) geführt. Am Umwindepunkt (9), der hier stromabwärts
liegt und gleichzeitig stromabwärts liegender Knotenpunkt des Ballons ist, umwindet
der Binde faden (7) die Faserlunte (1).Falschdrallgeber (20) erteilt der Faserlunte
(1) zwischen dem Falschdrallqeber (2) und demLieferwalzenpaar (2) einen Falschdrall.
Das umwundene Carn (17) wird dann vom Abzugswerk (10) abgezogen.
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Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung, mit der
das erfindungsgemäße Verfahren ausgeübt werden kann.
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Ein Multifilamentgarn (1) wird von einem Lieferwerk (2) durch eine
Hohlachse (3), welche am Maschinenrahmen (4) drehbar gelagert ist und über das Rad
(5) angetrieben wird, einer mit der Hohlachse (3) verbundenen, ebenfalls rotierenden
Bohrung (18) zugeführt. Dem Multifilamentgarn (1) wird ein Bindefaden (7) zugeführt,
welcher von einer ruhenden Spule (8) abgezogen
und am Umwindepunkt
(9), der hier stromaufwärts liegt, durch die Drehbewegung der Scheibe (19) um das
Multifilamentgarn (1) herumgewunden wird. Das umwundene Filamentgarn (17) wird aus
der Bohrung (18) in der Scheibe (19) herausgezogen und über einen sich durch die
Rotation der Scheibe(13 und 19) bildenden Ballon der Bohrung (12) in der Scheibe
(13),welche sich in der gleichen Richtung und mit gleicher Drehzahl wie die Scheibe
(19) dreht, zugeführt. Der stromaufwärts gelegene Knotenpunkt des Ballons fällt
mit dem Umwindepunkt (9) zusammen. Die Scheibe (13) ist mit eincr Hohlachse (14),
welche ebenfalls am Maschinenrahmen (4) gelagert ist und über das Rad (15) synchron
mit dem Rad (5) angetrieben wird, verbunden. Durch diese Hohlachse (14) wird das
umwundene Multifilamentgarn (17) von dem Abzugswerk (10) abgezogen. Die Bindefaden-Spule
(8) ist an der Scheibe (13) drehbar gelagert und durch ein Bleigewicht (16) oder
eine äquivalente Maßnahme am Drehen gehindert. Gegebenenfalls erforderliche Fadenbremsen
sowie Ballonbegrenzer wurden nicht dargestilt.
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Das zu umwindende Multifilamentgarn kann auch in zu den Pfeilen entgegengesetzter
Richtung durch den Ballon geführt werden, so daß sich die Umwindung nicht am stromaufwärts
liegenden, sondern am stromabwärts liegenden Scheitelpunkt des Ballons vollzieht.
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Die Figuren sollen auch den Rahmen der Erfindung nicht begrenzen,
sondern stellen nur mögliche Ausführungsformen dar, zu welchen der Sachverständige
ohne weiteres zahlreiche weitere hinzufügen könnte, nachdem ihm das Prinzip der
Erfindung bekannt ist. Es ist z.B. auch möglich den Ballon in einer Bohrung in den
Wänden oder an den Innenwänden eines zylindrischen Hohlkörpers zu führen.
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Beispiel 1 Ein erfindungsgemäßes Garn wird hergestellt aus Polyacrylnitrilstapelfasern
(Dolan ), welche einen Titer von 1,4 dtex und eine Stapellänge von 40 mm aufweisen.
Aus den Fasern wird zunächst ein Vorgarn der Stärke Nm 1,5 (667 tex) hergestellt.
Dieses Vorgarn führt man einem herkömmlichen Streckwerk zu, in welchem es 18,7-fach
verstreckt wird. Die verstreckte Lunte wird dann mit 7,2 m/min einer Vorrichtung,
welche in Abb. 2 gezeigt ist, zugeführt. Sie läuft über ein Einzugswalzenpaar und
ein Sauschwänzchen einem Ballon zu, welcher durch eine drehende Scheibe, die mit
2300 Umdrehungen/min rotiert, erzeugt wird und in welchem die Lunte durch die Drehung
und mit Hilfe des in der Scheibe bzw. in der hohlen Drehachse der Scheibe angordneten
Falschdrallgebers einen Falschdrall erhält. Dieser Falschdrall bewirkt, daß die
sich im Ballon befindliche Lunte nicht reißt. Aus dem Inneren des Ballons wird gleichzeitig
von einer feststehenden Spule der zur Umwindung erforderliche Bindefaden, ein Monofilfaden
aus Polyäthylenterephthalat vom Titer dtex 12, abgezogen und durch die Spulenachse
dem Falschdrallgeber bzw. der Lunte zugeführt. Die mit Monofil umwundene Lunte,
das Umwindegarn, wird durch die hohle Drehachse der Vorrichtung mit Hilfe eines
Walzenpaares abgezogen. Die Spannung des Monofilaments wird mit einer an der feststehenden
Spule angebrachten Fadenbremse auf 2 mN eingestellt, wobei diese Spannung zwischen
Falschdrallgeber und Abzugswalzenpaar ohne Lunte gemessen wird.
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Die Spannung der Lunte berechnet sich aus der Differenz der Spannungen
des Umwindegarns zwischen Falschdrallgeber und Abzugswalzenpaar und der Spannung
des Monofilaments, wobei zusätzliche Spannungen, welche der Falschdrallgeber verursacht,
vernachlässigt werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Umwindegarnspannung
1,3 N. Infolge der sehr geringen Spannung des Monofilaments, kann auch diese bei
der Berechnung der Luntenspannung vernachlässigt werden, so daß sich für die Luntenspannung
ebenfalls 1,3 N ergeben.
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Die Spannung der Lunte beträgt deshalb das 650-fache der Monofilspannung.
Das fertige Umwindegarn wird abschließend mit einer Spannung von 30 cN Spannung
aufgewickelt. Die Prüfwerte des Garnes sind aus der Tabelle 1 zu entnehmen.
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Beispiel 2 Es wird vom gleichen Vorgang wie in Beispiel 1 ausgegangen,
das Vorgarn in der gleichen Weise verstreckt und zum Umwinden der gleiche Bindefaden
verwendet. Die Zulieferung der verstreckten Lunte in den Ballon erfolgt mit einer
Geschwindigkeit von 6,8 m/min, die Spindel- bzw. Scheibendrehzahl beträgt 3500 Umdrehungen/min,
die Spannung der Lunte 0,32 N, die Spannung des Monofils 5 mN.
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Dabei ist die Spannung der Lunte 64 mal größer als diejenige des Bindefadens.
Die Aufwicklung des fertigen Umwindegarns erfolgt mit 30 cN Spannung. Die Eigenschaften
des Garns sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
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Tabelle 1 Beispiel 1 Beispiel 2 Umwindungen /m 320 510 Fertiggarnstärke
(Nm) 28 29,6 Fertigarnstärke (dtex) 357 337 Reißfestigkeit (cN) 604 317 Reißfestigkeit
(cN/tex) 16,4 9,4 Variationskoeffizient der Reiß- 7,1 14,2 festigkeit (4) Reißdehnung
(%) 13,9 6,8 Die Beispiel zeigen, daß, wenn das Verhältnis der Luntenspannung zu
Bindefadenspannung innerhalb des bevorzugten Bereiches liegt, eine sehr gute Garnqualität
erzielt wird. Bei Versuchen mit einem Spannungsverhältnis außerhalb des beanspruchten
Bereiches konnten keine Garne mit akzeptablen Eigenschaften erhalten werden.
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