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"Injektordüse zum Abziehen und
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Fördern von Fäden."
Gegenstand der Erfindung ist eine
Injektordüse zum Abziehen und Fördern von Fäden, insbesondere eine Fadenzuführdüse
für eine Blastexturiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Injektordüsen werden bei der Herstellung von Chemiefasern in verschiedenen
Verfahrensstufen verwandt, um beispielsweise frisch gesponnene Fäden bei hohen Geschwindigkeiten
abzuziehen, zu fördern und/oder Behandlungseinrichtungen zuzuführen. Ein solches
fluiddynamisches Behandlungsverfahren für endlose synthetische Fäden aus linearen
Hochpolymeren stellt beispielsweise ein Blastexturierverfahren dar, bei dem die
Fäden mittels einer Injektordüse in eine Behandlungskammer und eine nachfolgende
Staukammer gefördert werden. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der DL-PS
17 786 oder der GB-PS 953.782 bekannt.
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Bei einem integrierten Spinn-Streck-Blaskräuselprozeß werden die Fäden
mit hoher Geschwindigkeit gesponnen, verstreckt und von der Injektordüse der Blastexturiervorrichtung
zur Kräuselung zugeführt. Hierbei ist es wesentlich, daß die von den Streckgaletten
Ubernommenen Fäden betriebssicher an die Injektordüse der Blastexturiervorrichtung
übergeben werden, um beim kontinuierlichen Spinn-Streckvorgang größere Abfallmengen
zu vermeiden.
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Bekannte Injektordüsen weisen eine trichterförmig erweiterte Fadeneinlaßöffnung
und einen daran angeschlossenen zylindrischen Fadenlieferkanal auf, der sich am
Ende konisch verjüngt und in einen mit der Verteilungszone für das Treibfluid
verbundenen
Mischraum ausläuft. Die Fadeneinlaßöffnung und der zylindrische Fadenlieferkanal
haben hierbei im Verhältnis zum zugeführten Faden meist einen sehr großen lichten
Querschnitt, so daß der Faden leicht eingesaugt werten kann, auch wenn er dabei
mehrfach geknickt ist. Durch einen im Fadenlieferkanal zeitweilig herrschenden Unterdruck
wird das einsaugen des Fadens begünstigt.
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Der Unterdruck wird durch Verringerung der Durchsatzmenge des Blasfluids
während der Fadenübergabe erzeugt.
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Für den Betrieb einer derartigen Blastexturiervorrichtung sind große
licilte Querschnitte der Fadeneinlaßöffnung und des daran angeschlossenen Fadenlieferkanals
während der Fadenübergabe erwünscht, da hierdurch der Einfädelvorgang wesentlich
erleichtert wird. Im Betrieb sind die großen lichten Querschnitte der Fadeneinlaßöffnung
und des angeschlossenen Fadenlieferkanals jedoch nachteilig, da mit dem eingesaugten
Faden zusätzlich eine große Menge Umgebungsluft eingesaugt wird, die im Fadenlieferkanal
beschleunigt und dann auf die Fadenbehandlungstemperatur aufgeheizt werden muß.
Bei den Blastexturierdüsen soll der F adentransport nach Mögliciikeit allein durch
innigen Kontakt zwischen dem Blasfluid und dem Faden erfolgen und daher möglichst
nur eine geringe Menge Falschluft mit dem Faden in die Mischzone eingesaugt werden.
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Ein zu großer Querschnitt des Fadenlieferkanals bedingt dagegen eine
Verringerung des im Impuls raum herrschenden Blasmitteldruckes durch Rückströmung
und die von der Injektordüse erzeugte Fadenkraft wird verringert; auch wird die
erzielbare, mögliche Fadengeschwindigkeit nicht erreicht.
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Die Menge des rückströmenden (entgegengesetzt zur Fadenlaufrichtung)
Blasfluids ist bei Injektordüsen besonders groß, wenn Fadenlieferkanäle mit großem
lichten Querschnitt verwendet werden und die Fäden gegen einen erhöhten, insbesondere
überatmoshärischen Druck in eine der Injektordüse nachgeschaltete Staukammer gefördert
werden sollen.
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man Dabei hat sich bisher mit engen Fadeneinlauf- oder Fadenlieferkanälen
geholfen. Ein langer schmaler Fadenlieferkanal hat zwar den Vorteil einer erhöhten
Drosselwirkung gegenüber dem rückströmenden Blasfluid, bedingt dafür aber erhöhte
hemmende Kräfte, die bei höherer Ausströmungsgeschwindigkeit im Fadenlaufkanal auf
den zugefXlrten Faden einwirken. Außerdem mußte man die beim Einfädeln der Fäden
in aie Injektordüse entstehenden Probleme in Kauf nehmen.
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Bohne spezielle Einfädeleinrichtungen war dies jedoch bei hohen Fadenliefergeschwindigkeiten,
insbesondere wenn die Fäden kontinuierlich gesponnen, verstreckt und texturiert
werden sollen, nicht mehr möglich. Bis zur Entwicklung entsprechender Einfädelvorrichtungen
(vgl. beispielsweise DT-OS 21 64 802) waren daher Kompromisse bei der Wahl der Querschnitte
der Fadenlieferkanäle erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und leistungsfähige Blastexturierdüse
mit einer Fadeneinlaßöffnung und einem in den mischraum mündenden Fadenlieferkanal
zu schaffen, bei der die vom Faden in den Mischraum mitgeschleppte Umgebungsluft
(Falschluft) reduziert wird und bei der die in Richtung des Fadeneinlasses entweichende
Menge des Blasfluids verringert wird, ohne daß der Fadenlieferkanal über seine gesamte
Länge im Querschnitt allzu weit verkleinert wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß nach dem I;eniizeichen
des isnspruchs 1. Dabei stellt sich das Verhältnis zwischen der Fadendurchlaßöffnung
im Drosselabschnitt zum Fadenlieferkanal auf Werte von mindestens 1 : 5, bevorzugt
1 : 10 bis 1 : 15 und in Extremfällen auf Werte 1 : 30 bis 1 : 45.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 und 3 angegeben, wobei diese Ausführungen den Vorzug einer erhöhten Variabilität
haben, da die Fadendurchlaßöffnung als auswechselbare, scheibenförmige Blende vorgesehen
ist und ihr Querschnitt dem Titer des in die Behandlungskammer zu liefernden Fadens
angepaßt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der sich an den
Drosselabschnitt anschließende Fadenlieferkanal eine relativ große lichte Weite.
Bei Bedarf - d.h.
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bei höheren Drücken des Blasfluids , die zur erzielung höherer Fadengeschwindigkeiten
erforderlich sind - ist hierbei gemäß Anspruch 4 vorgesehen, in den Fadenlieferkanal
ein mehrere Dichtelemente umfassendes Blendenlabyrinth einzusetzen, durch welches
die Rückströmung des Blasfluids unterbunden wird. In besonders kritischen Fällen
wird außerdem vorgeschlagen, das Blendenlabyrinth in Längsrichtung in mindestens
zwei Abschnitte zu unterteilen und die durch einen Distanzring zwischen den Dichtelementen
gebildeten Kammern an die Zuführleitung für das Blasfluid anzuschließen, wobei in
diesen Kammern ein gezielter Druck aufgebaut werden kann. Hierdurch wirketin der/den
Kammer(n) aufgebaute und über eine Druckmindereinrichtung einstellbare Druck dem
vom aus dem Mischraum ausströmenden Blasfluid aufgebauten
Druck
entgegen und vermindert die Ausströmmenge aus dem Ilischraum in Richtung der Fadeneinlaßöffnung.
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Bei agressiven oder gefährlichen Blasmedien, wie beispielsweise Sattdampf
oder überhitzter Dampf, deren Austritt insbesondere das Raumklima unzulässig beeinflussen
oder zu Belästigungen des Personals führen, hat sich die Ausführung nach Anspruch
6 mit einem neutralen, unter Überdruck stehenden Medium besonders bewährt.
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Weiterhin wurde festgestellt, daß die Labyrinthanordnung gemäß Anspruch
4 durch eine besondere konstruktive Gestaltung der Dichtelemente des Blendenlabyrinthee
und eine spezielle Aufeinanderfolge dieser Dichtelemente gemäß Anspruch 7 dazu verwendet
werden kann, einem zulaufenden Fade einen Falschdrall gemäß Anspruch 8 zu erteilen.
Dazu ist es aber auch nach einer bevorzugten Anwendung einer solchen Düse gemäß
Anspruch 9 möglich, gewisse fertigungsbedingte Düsenfehler oder Inhomogenitäten
der Blasfluidströmung im Ringspalt der Blasdüse mit Wirbelbildungen in der Behandlungskammer
und einer Falschdrehung des einlaufenden Fadens zu eliminieren. Hierzu werden die
Dichtelemente des blendenlabyrinthes gegensinnig zur in der blasdüse entstandenen
Drehung angeordnet, so daß das rückströmende Blasfluid beim Durchströmen der Fadendurchlaßöffnungen
der Dichtelemente eine gegensinnige Drehung erhält und auf den Faden im entsprechenden
Sinn einwirkt, wobei die unerwünschte Fadendrehung beseitigt wird, bevor der Faden
in der Staukammer auf den dort befindlichen Fadenstopfen aufprallt und abgelegt
wird.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausiü1irungsbeispieies
näher erläutert.
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s stelien dar: Fig. 1 eine Blasdüse mit engem Fadeneinlaßkanal gemäß
dem Stand der Technik; Fig. 2 eine Blasdüse mit kurzem Drosselabschnitt und erweitertem
Fadenlieferkanal gemäß der Erwindung; Fig. 3 die Blasdüse gemäß Fig. 1 mit einem
zusatzlichten Blendenlabyrinth; Fig. 4 die Blasdüse gemäß Fig. 3 mit einer zwischen
den Drosselabschnitten des Blendenlabyrinths angeordneten Kammer zur Beaufschlagung
mit einem Sperrmedium; Fig. 5 die schaltungsmäßige Anordnung für die Beaufschlagung
der Blasdüse nach Fig. 4 mit dem Blasfluid der iiauptleitung; Fig. 6 eine Schaltung
gemäß Fig. 5 für die Beaufschlagung des Blendenlabyrinths mit einem inerten Sperrmedium;
Fig. 7 die Anordnung der Drosselabschnitte des Blendenlabyrinths mit radialem Spiel
im Fadenlieferkanal, wobei die Fadendurchlaßöffnungen der Drosselabschnitte exzentrisch
und auf einer Schraubenlinie angeordnet sind;
Fig. 8 eine Aufsicht
auf die Drosselabschnitte des Blendenlabyrinths gemäß Fig. 7.
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In Fig. 1 ist eine Injektordüse 1 nach dem Stand der Technik dargestellt.
Die Injektordüse besteht aus dem Düsenkörper 2, in welchen ein Linsatzkörper 3 mit
einer trichterförmiyen ladeneinlaßoffnung 4 und einem daran angeschlossenen Fadenlieferkanal
5 zentriert einsetzt, vorzugsweise eingeschraubt, ist. lin den Düsenkörper 2 ist
eine Zuführleitung 6 für das Blasfluid angeschlossen, die in eine ringförmige Verteilungszone
7 mündet. Von dieser strömt das hunter Druck stehende Blasfluid durch den zwischen
dem Düsenkörper 2 und dem zu seiner Spitze hin konisch ausgebildeten Einsatzkörper
3 gebildeten konischen Ringspalt 8 in den bIischraunl 9, wo es auf den durch den
Fadenlieferkanal 5 zugeführten, nicht dargestellten Faden trifft. Bei der bekannten
Ausführung ist der Fadenlieferkanal relativ eng ausgebildet, um einerseits möglichst
wenig Falschluft mit dem Faden anzusaugen und um andererseits dem Abströmen des
Blasfluids aus dem Mischraum 9 in Richtung der FadeneinlaLöLfnulsg 4 einen hohen
Drosseiwiderstand entgegenzusetzen.
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Die Injektoraüsengemäß der Fig. 2 bis 4 nach der Erfindung sind in
bestimmten Baumerkmalen ähnlich aufgebaut wie die Injektordüse nach Fig. 1. Gleiche
Teile sind daher mit entsprechenden bezugsziffern benannt. So bestehen die Injektordüsen
21, 31 und 41 alle aus dem Düsenkörper 22 und dem zu seiner Spitze hin konisch ausgebildeten
Einsatzkörper 23 und
weisen eine Zuführleitung 26 für das Blasfluid
auf, die in die ringförmige Verteilungszone 27 mündet. Ebenfalls liest der konische
Ringspalt 28 zwischen dem Düsenkörper 22 und der Spitze des Einsatzkörpers vor,
durch welchen das Blasfluid in den Mischraum 29 strömt. Die Weite des konischen
Ringspaltes läßt sich beispielsweise durch Unterlegscheiben 30 in gewissen Grenzen
ändern und an die vorliegenden Gegebenheiten anpassen. Bei den Injektordüsen nach
Fig. 2 bis 4 ist die trichterförmige Fadeneinlaßöffnung 24 gemeinsam mit einem relativ
kurzen, engen Drosselabschnitt 32 in einer auswechselbaren, scheibenförmigen Blende
33 vorgesehen, die in einer auf die Injektordüse 21, 31, 41 aufsetz- oder aufschraubbaren
Kappe 34 vorliegt. Die Blende 33 ist in einer Ausdrehung 35 des Düsenkörpers 22
zentriert. Die Kappe 34 ist mit einem Innengewinde versehen und auf ein entsprechendes
Außengewinde des Düsenkörpers 22 aufschraubbar, wobei nicht dargestellte Dichtringe
zur Abdichtung des Einsatzkörpers und der Blende gegenüber dem Düsenkörper vorgesehen
sind. Die Kappe 34 könnte aber auch mit einem Schnellverschluß, beispielsweise einem
Bajonettverschluß, auf den Düsenkörper aufsetzbar sein. Die Kappe 34 hat eine zentrische
Ausnehmung 36 im Bereich des Fadeneinlasses. Der im Linsatzkörper 23 angeordnete
Fadenlieferkanal 25, der sich im Auslauf ebenfalls wie der Einsatzkörper konisch
verjüngt, hat einen wesentlich größeren lichten Durchmesser als Drosselabschnitt
32, weshalb das durch den Fadenlieferkanal 25 rückströmende Blasfluid eine nur geringe
bis mäßige Strömungsgeschwindigkeit hat. Als Folge hiervon wirken nur geringe hemmende
Kräfte auf den in den Mischraum 29 zugeführten Faden. Die Wirkung solcher Kräfte
ist im wesentlichen auf den sehr kurzen Drosselabschnitt 32 beschränkt,
in
dem die Strömungsgeschwindigkeit des abströmenden Blasfluids zunimmt.
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Gemäß Fig. 3 ist die Injektordüse 31, die im wesentlichen der Injektordüse
21 entspricht im Fadenlieferkanal noch mit einem mehrere individuelle und hintereinander
angeordnete Dichtelemente umfassenden Labrinth 36 ausgestattet.
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Die einzelnen Dichtelemente des Blendenlabyrinthes 36 bestehen aus
Ringeiementen, die einen kurzen engen Drosselquerschnitt 37 und einen sich gegen
die Fadenlaufrichtung konisch erweiternden Expansionsraum 38 aufweisen.
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Durch eine solche Anordnung wird erreicht, daß das aus dem Mischraum
29 zur Fadeneinlaßöffnung 24 zurückströmende Blasfluid mehrfach gedrosselt wird,
aber die auf den Faden einwirkenden, hemmenden Kräfte wesentlich geringer als beispielsweise
bei der Injektordüse von Fig. 1 sind, da die Summe der Drosselabschnitte 37 eine
wesentlich geringere Länge aufweist. In den Expansionsräumen 38 wird das ausströmende
Blasfluid verwirbelt, wobei Druckenergie verlorengeht, die im folgenden Drosselabschnitt
37 nicht mehr in Geschwindigkeit umgesetzt werden kann.
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Fig. 4 zeigt die Blasdüse 41 entsprechend der Blasdüse 21 und 31,
jedoch mit einer jeweils zwischen zwei Drosselabschnitten des Blendenlabyrinthes
36 angeordneten Kammer 42, die durch eine radiale Zuführleitung 43 zu den ringförmigen
Verteilerleitungen 44, 45 mit der Zuführleitung 26 für das Blasfluid oder alternativ
mit einem neutralen, unter Druck stehenden Sperrmedium beaufschlagbar ist. Es ist
auch möglich, mehrere solcher Kammern 42 in Längsrichtung des Fadenlieferkanals
vorzusehen und den in der Kammer herrschenden Druck zur Fadeneinlaßöffnung 24 hin
entsprechend
abzubauen.
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Die scllaltungsmälYige Anordnung für die Beaufscilla(3uny der Blasdüse
nach Fig. 4 mit dem Blasfluid der fiauptleitung bzw. mit einem inerten Sperrmedium
ist in den Fig. 5 und 6 schematisch dargestellt. In Fig. 5 bedeuten 26 und 43 die
Zuführleitungen gemäß Itig. 4. Die Druckquelle für das Blasfluid ist mit 50 bezeichnet.
Sie ist über eine Rohrleitung 51, die mit einem Absperrdruckregulierventil 52 una
einem Manometer 53 versehen ist mit der Zuführleitung 26 verbunden. Über das Absperr-Druckregulierventil
52 und das Manometer 53 läßt sich der Druck des Blasfluids in der ringförmigen Verteilerzone
27 der Blasdüse einstellen. Die Durchsatzmenge des Blasfluids und die erzeugbare
Fadenkraft ergeben sich dann aus der Weite des konischen Ringspaltes 28, der durch
die Unterlegscheiben 30 einstellbar ist. An der Rohrleitung 51 ist eine Abzweigleitung
54 mit einem weiteren Absperr-Druckregulierventil 55 und einem Manometer 56 an der
Zuführleitung 43 angeschlossen. Durch Einstellung des Blasfluiddruckes am Absperr-Druckregulierventil
55, der am Manometer 56 ablesbar ist, läßt sicn auf einfache Weise der Druck in
der Kammer 42 zwischen den Drosselabschnitten des Blendenlabyrinthes 36 einstellen.
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Fig. 6 zeigt, daß die Zuführleitung 26 von der Druckquelle 50 über
die Rohrleitung 51 und das Absperr-Druckregulierventil 52 mit dem Blasfluid beaufschlagbar
ist. Der eingestellte Druck ist am Manometer 53 ablesbar. Die Zuführleitung 43 für
die Kammer 42 ist über die Druckquelle 57, die Rohrleitung 58 und das Absperr-Druckregulierventil
55 mit einem neutralen, unter Überdruck stehenden Sperrmedium beaufschlagbar, um
Leckverluste des Blasfluids zu verhindern. Der Druck des
Sperrfluids
ist am Manometer 56 kontrollierbar.
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Aus Fig. 7 ist zu erkennen, aaß die Dichtelemente des lendenlabyrinthes
mit radialem Spiel 59 in den Faaenlieferkanal 25 eingesetzt sind. Die Drosselabschnitte
37 und die Expansionsräume 38 sina hierbei leicht exzentrisch zur Mitte des Eauenlieferkanals
25 angeordnet. Sie sollen nach einem Bevorzugten Aspekt der Lrfinuung so angeordnet
sein, daß die aufeinanderfolgenden Drosselabschnitte 37 der einzelnen Dichtelemente
60 auf einer Schraubenlinie angeordnet sind. Je nachdem, ob der Faden in dem blendenlabyrinth
eine Rechts- oder Linksurallung erhalten soll, sind die Drosselelemente auf einer
reclltsyängigen oder einer linksgängigen Schraubenlinie angeordnet. Dabei ist zu
beachten, daß aie Drehung durch das rückströmende Blasfluid in den exzentrisch angeordneten
Drosselquerschnittcn 37 bzw. durch das ausströmende Sperrmedium erzielt wird.
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Sofern keine Drallung des einlaufenden Fadens erwünscht ist und in
der Düse auch keine Drallung des Fadens durch die Form der Blasfluidizuführung entstehen
kann, werden die Dichtelemente 60 zu inner besseren Zentrierung mit nur geringem
Spiel eingepaßt und die Drosselquerschnitte 37 nach dem Einbau der Dichtelementringe
gemeinsam gebohrt.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1. Injektordüse nach aem Stand der Technik
2. büsenkörj>er 3. t'insatzkörper 4. Fadeneinlaßoffnung 5. Fadenlieferkanal 6.
Zufünrleitung 7. ringförmige Verteilungszone 8. konischer ringspalt 9. Mischraum
21. Injektordüse Fig. 2 22. Düsenkörper 23. Linsatzkörper 24. trichterförmige Fadeneinlaßöffnung
25. Fadenlieferkanal 26. Zuführleitung für blasfluid 27. ringförmige Verteilungszone
28. konischer Ringspalt 29. Mischraum 30. Unterlegscheiben 31. Injektordüse Fig.
3 32. Drosselabschnitt 33. blende 34. Kappe 35. Ausdrehung des Düsenkörpers 36.
Blendenlabyrinth 37. Drosselquerschnitt