DE3236971A1 - Wirbelduese zum einwirken auf ein faserbuendel - Google Patents

Description

HOEGER, STELL RECHT ä. PARTNE

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 ο · D 7OOO STUTTGART 1

A 45 342 b Anmelder: (1) Kabushiki Kaisha Toyoda k - 176 Jidoshokki Seisakusho

5. Oktober 1982 Aichi-ken, Japan

(2) Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenyusho Aichi-ken, Japan

Wirbeldüse zum Einwirken auf ein Faserbündel

Die Erfindung betrifft eine Wirbeldüse zum Einwirken auf ein Faserbündel, insbesondere zum Herstellen eines Faserbündel-Garns, mit einem Düsenkörper, durch welchen ein Faserkanal hindurchgeht, der einen engeren Kanalabschnitt und einen in Serie dazu liegenden weiteren Kanalabschnitt aufweist, und mit mindestens einer Düsenöffnung in der Wand des Faserkanals.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Luft-Wirbeldüse, die geeignet ist, in einem Faserbündel, wie z.B. einer Stapelfaser-Lunte oder einem Multifilament-Garn, einen Falschdraht zu erzeugen, bei dessen Auflösung ein Teil der (Stapel-)Fasern, die das Faserbündel bilden, um den Kernteil desselben herumgeschlungen wird, wobei bei der Verarbeitung einer Stapelfaser-Lunte ein sogenanntes Faserbündel-Garn - FB-Garn - erhalten wird, während bei einem Multifilament-Garn mittels einer Wärmebehandlung eine Falschdraht-Texturierung durchgeführt werden kann.

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Die wesentliche Funktion einer Wirbeldüse der hier betrachteten Art besteht darin, daß ein Wirbel, insbesondere ein Luftwirbel, erzeugt wird, mit dem in einem Faserbündel eine Drehung erzeugt wird, und daß ein Strömungsanteil bzw. ein Hilfsluftstrom vorhanden ist, um das Faserbündel in den Faserkanal in der Düse zu saugen. Ein Hilfsluftstrom ist speziell beim FB-Garn-Spinnen wichtig, bei dem das Faserbündel der Düse als bandförmiger Faserverband zugeführt wird. Weiterhin ist es wichtig, daß der Hauptluftstrom und der Hilfsluftstrom gut aufeinander abgestimmt sind, damit keine Turbulenzen entstehen, welche die vorstehend beschriebene angestrebte Wirkung der Luftströme stören könnten.

In der geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 36-10511 sind verschiedene Typen von Wirbeldüsen beschrieben. Dabei weist jede Düse mindestens eine Düse bzw. Düsenöffnung auf, deren Achse gegenüber der Achse des Faserkanals versetzt ist, derart, daß im Faserkanal ein Wirbel ausgebildet wird. Diese bekannte Düse entwickelt jedoch keine Saugwirkung und ist für das FB-Garn-Spinnen nicht geeignet.

In der geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 50-95528 ist eine Luftwirbeldüse beschrieben, die für das Spinnen eines FB-Garns geeignet ist und deren Faserkanal aus einem engen Kanal und einem damit fluchtenden weiten Kanal zusammengesetzt ist, wobei

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diese beiden Kanäle bzw. Kanalbereiche über eine schräge (konische) Verbindungsfläche miteinander verbunden sind, in der sich schräg geneigte Düsenöffnungen befinden. Mit dieser bekannten Wirbeldüse können im Prinzip günstige Ergebnisse erreicht werden; in der Praxis weichen die Betriebsparameter derartiger Wirbeldüsen jedoch stark voneinander ab, was auf die Fertigungstoleranzen zurückzuführen ist, die deshalb relativ breit streuen, weil es sehr schwierig ist, eine Düsenöffnung in einer schrägen Wandfläche zu bohren.

Weiterhin beschreibt die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 53-90433 eine Luftwirbeldüse, bei der eine Einlaßöffnung, ein enger Kanalbereich und ein weiter Kanalbereich hintereinander liegen, wobei der enge Kanalbereich und der weite Kanalbereich über einen schrägen Wandbereich miteinander verbunden sind und wobei der weite Kanalbereich mit schrägen Düsenöffnungen versehen ist-, die sich am stromabwärts gelegenen Teil der schrägen Verbindungswand öffnen. Diese Wirbeldüse hat den Nachteil, daß der Randbereich des Faserbandes aufgrund von Turbulenzen in dem Raum zwischen dem engen Kanalbereich und dem weiten Kanalbereich "gestört" wird, da das Faserband nach dem Austreten aus dem engen Kanalbereich den Verbindungsbereich passieren muß, ehe es in die konstante Wirbelströmung eintritt, welche durch die aus den Düsenöffnungen austretenden Luftströme erzeugt wird.

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Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wirbeldüse der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welche einen konstanten Wirbel und einen eine Saugwirkung entwickelnden Hilfsluftstrom erzeugen kann.

Dabei wird gleichzeitig angestrebt, die Luftströmungen im Inneren der Wirbeldüse so auszubilden, daß keine störende Beeinträchtigung des Faserverbandes durch Turbulenzen im Übergangsbereich zwischen dem engen Kanalbereich und dem weiten Kanalbereich erfolgt die Turbulenzen haben ihre Ursache in den unterschiedlichen Durchmessern der beiden Kanalbereiche - und daß unabhängig von den Fertigungstoleranzen für die mindestens .eine Lufteinlaßdüse eine stabile Betriebscharakteristik erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Wirbeldüse der eingangs beschriebenen Art gemäß .der Erfindung dadurch gelöst, daß das innere Ende des engeren Kanalbereichs in den weiteren Kanalbereich vorspringt und daß die Strömungsachse der Düsenöffnung bezüglich der Kanalachse schräg nach innen in Richtung auf das äußere Ende des weiteren Kanalbereichs gerichtet ist und daß die Düsenöffnung 9c im Bereich des inneren Endes des engeren Kanalbereichs 9a mündet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von ünteransprüchen.

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Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Wirbeldüse gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in der Zeichnung rechte Ende der Wirbeldüse gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Düsenkörper einer abgewandelten Ausführungsform einer Wirbeldüse gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das in der Zeichnung rechte Ende des Düsenkörpers gemäß Fig. 3;

Fig. 5 Längsschnitte durch weitere abgewanbis delte Ausführungsformen von Wirbel-Fig. 7 düsen gemäß der -Erfindung.

In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind entsprechende Teile durchgehend mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

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Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Faserbündel F, beispielsweise eine Stapelfaser-Lunte, welche durch den Klemmspalt zwischen zwei Lieferwalzen 1, 3 läuft und als bandförmiger Faserverband zur EinlaßSeite einer erfindungsgemäßen Wirbeldüse 5 geliefert wird.

Die Luft-Wirbeldüse 5 besitzt einen Faserkanal, welcher in Längsrichtung durch einen Düsenkörper 9 hindurchgeht., sowie mindestens eine Düse bzw. Düsenöffnung 9c, die bezüglich des Fasrkanals so angeordnet ist., daß in diesem ein Wirbel erzeugt werden kann, wenn der Düsenbohrung bzw. Düsenöffnung 9c Druckluft mit hohem Druck aus einer Druckluftquelle - nicht dargestellt - zugeführt wird.

Wenn das in die Wirbeldüse 5 eingeführte Faserbündel F durch den Faserkanal wandert, wird in ihm im stromaufwärts gelegenen Teil des Faserkanals durch den Luftwirbel eine Drehung erzeugt, die im stromabwärts gelegenen Teil des Faserkanals wieder aufgelöst wird, was bedeutet, daß dem Faserbündel F ein Falschdraht erteilt wird. Hierdurch werden die äußeren Fasern um einen Kernbereich des Faserbündels herumgeschlungen, so daß ein FB-Garn erhalten wird.

Die Wirbeldüse 5 besteht aus dem bereits genannten Düsenkörper 9 und einer Fassung bzw. einem Halter 7 zur Aufnahme desselben. Der Halter 7 besitzt an seinem einlaßseitigen Ende konkave Stirnwände 7a und 7b,

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die den Lieferwalzen 1 bzw. 3 gegenüberliegen und komplementär zu den Mantelflächen derselben ausgebildet sind. Der Halter 7 besitzt einen Hohlraum bzw. eine Aussparung 7c zum Aufnehmen des Düsenkörpers Weiterhin ist der Halter 7 mit einer Druckluft-Zuführleitung 9d versehen, die von seiner Mantelfläche zu seiner Aussparung 7c reicht sowie mit einem auf seiner Längsachse liegenden Fasereinlaß 7e.

Der Düsenkörper 9 ist mit einem engen Kanalbereich 9a und einem weiten Kanalbereich 9b versehen, wobei die beiden-Kanalbereiche 9a und 9b längs der Längsachse A des Düsenkörpers 9 hintereinander liegen und den Faserkanal bilden. Das äußere Ende des engen Kanalbereichs 9a steht mit dem Fasereinlaß 7e in Verbindung, wenn der Düsenkörper 9 in den Halter 7 eingebaut ist.

Das innere Ende des engen Kanalbereichs 9a springt in dem weiten Kanalbereich 9b derart vor, daß es über das innere Ende desselben vorsteht, so daß im Übergangsbereich zwischen den beiden Kanälen 9a und 9b eine Doppelrohr-Struktur gebildet wird. Die beiden inneren Enden der Kanalbereiche 9a und 9b sind über einen zylindrischen Wandbereich 9e miteinander verbunden.

Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, ist die Düsenöffnung 9c .derart durch den Düsenkörper 9 gebohrt, daß ihre Projektion in eine die Achse A des weiten

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Kanalbereichs 9b enthaltende Ebene in Richtung auf das äußere Ende des weiten Kanalbereichs 9b unter einem spitzen Winkel geneigt ist, während ihre Projektion in eine zur Achse A senkrechte Ebene auf einer Tangente am Umfang des weiten Kanalbereichs 9b liegt.

Das auslaßseitige Ende der Düsenöffnung 9c liegt in der Nähe des inneren Endes des engen Kanals 9a, während das einlaßseitige Ende der Düsenöffnung 9c mit einer Ringnut 9d in der Mantelfläche des Düsenkörpers 9 in Verbindung steht. Die Ringnut 9d steht ihrerseits mit der Leitung 7d des Halters 7 in Verbindung, wenn der Düsenkörper 9 in die Aussparung 7c eingesetzt ist. Der Düsenkörper 9 ist in dem Halter 7 mittels einer Stellschraube 11 fixiert, die in eine Gewindebohrung 7f in der Wand des Halters 7 eingeschraubt ist.

Bei der betrachteten Wirbeldüse bildet ein aus der Düsenöffnung 9c in den weiten Kanalbereich 9b austretender Luftstrom einen Hauptwirbel um die Achse des weiten Kanals 9b, wobei dieser Wirbel sich in Laufrichtung des Faserbündels F, d.h. in Fig Λ nach rechts, bewegt. Die Richtung des Wirbels ist dabei von der Lageabweichung und der Neigung der Düsenöffnung 9c gegenüber der Achse A abhängig.

Der Wirbel erzeugt in der Nähe des inneren Endes des engen Kanalbereichs 9a einen Unterdruckbereich. Folglich wird Luft vom Fasereinlaß 7e angesaugt und

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fließt durch den engen Kanalbereich 9a in den weiten Kanalbereich 7b. Aufgrund des angesaugten Luftstroms wird das Faserbündel F von den Lieferwalzen 1, 3 in den wei.ten Kanalbereich 9b transportiert, während in ihm durch den Hauptwirbel ein Falschdraht erzeugt wird. Die angesaugte Luft bildet also eine nachstehend als Hilfsluftströmung bezeichnete Strömung.

Die Wirkungen des Hauptwirbels und der Hilfsluftströmung hängen in starkem Maße von der geometrischen Lage der Düsenöffnung 9c ab", insbesondere von deren Neigung gegenüber der Achse A und von der Lage des auslaßseitigen Endes der Düsenöffnung 9c. Es sind folgende wesentliche Punkte zu beachten:

A Es ist erforderlich, daß die Düsenöffnung 9c schräg in Richtung auf das äußere Ende des weiten Kanalbereichs 9b geneigt ist. Wenn dies nämlich nicht der Fall ist, dann trifft der Hilfsluftstrom auf den Hauptwirbel, so daß in der Nähe des inneren Endes des. engen Kanalbereichs 9a Turbulenzen auftreten, welche die Orientierung der Fasern im Randbereich des Faserbündels stören. Außerdem kann eine Gegenströmung, welche durch die Turbulenzen verursacht wird, in den engen Kanalbereich 9a zurückströmen und hierdurch die Saugwirkung des HilfsluftStroms verringern.

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B Es ist wünschenswert, daß mindestens ein Teil des auslaßseitigen Endes der Düsenöffnung 9c zwischen dem inneren Ende des engen Kanalbereichs 9a und dem inneren Ende des weiten Kanalbereichs 9b liegt. Diese Lage ist nämlich günstig für die Entstehung eines brauchbaren Hilfsluftstroms. Die Länge, mit der der enge Kanalbereich 9a in den weiten Kanalbereich 9b vorspringt, sollte so gering wie mög- ;lieh sein, vorausgesetzt, daß die Lage des auslaßseitigen Endes der Düsenöffnung 9c den vorstehend angegebenen Bedingungen genügt, da ein übermäßiges Vorstehen des inneren Endes des engen Kanalbereichs 9a in den weiten Kanalbereich 9b zur Platzverschwendung innerhalb der Wirbeldüse führt.

C Die Düsenöffnung kann zwischen dem inneren Ende des engen Kanalbereichs 9a und dem äußeren Ende des weiten Kanalbereichs 9b angeordnet sein. Der Abstand zwischen dem auslaßseitigen Ende der Düsenöffnung 9c und dem inneren Ende des weiten Kanalbereichs 9b ist jedoch vorzugsweise kleiner als der 6-fache Düsendurchmesser, damit Turbulenzen vermieden werden.

Unter dem "Abstand" ist dabei der Abstand zwischen der Projektion des inneren Endes des weiten Kanalbereichs 9b und der Projektion des Schnittpunktes der Achse der Düsenöffnung mit der

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Achse A zu verstehen, und zwar bei einer Projektion in eine die Achse A enthaltende Ebene. Außerdem ist unter dem ."Durchmesser" der Düsenöffnung 9c der Durchmesser eines Querschnitts durch die Düsenöffnung 9c in einer zur Achse derselben senkrechten Ebene zu verstehen.

D Im allgemeinen beträgt die Neigung der Achse der Düsenöffnung 9c gegenüber der Längsachse A vorzugsweise nicht mehr als 60°, wobei Neigungswinkel von nicht mehr als 50° besonders bevorzugt werden. Wenn die Neigung der Düsenöffnungsachse den oben angegebenen Bereich überschreitet, dann wird nämlich ein Teil der Luft des Hauptwirbels unter Umständen in den engen Kanalbereich 9a zurückgeblasen.

Andererseits versteht es sich jedoch, daß die Werte im einzelnen in Abhängigkeit vom Durchmesser der Düsenöffnung 9c und vom Luftdruck,mit dem die Düse gespeist wird, beträchtlich verschieden sein können,

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Düsenkörpers 9 für eine Wirbeldüse gemäß der Erfindung.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist das innere Ende des engen Kanalbereichs 9a mit dem inneren Ende des weiten Kanalbereichs 9b über einen schrägen Wandbereich , insbesondere einen konischen Wandbereich.9g,

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verbunden. Diese konstruktive Ausgestaltung fördert das Wandern des Hauptwirbels zum auslaßseitigen Ende der Wirbeldüse wirksam. Der schräge Wandbereich 9g kann auch hyperbolisch oder parabolisch ausgebildet sein. Außerdem sind beim zweiten Ausführungsbeispiel· mehrere Düsenöffnungen 9c in gleichmäßigen Abständen rund um die Achse A angeordnet, um den Wirbel zu verstärken, wie dies aus Fig. 4 deutlich wird. Dabei sind vorzugsweise mehr als drei Düsenöffnungen 9c vorgesehen.

Fig. 5 z.eigt ein drittes Ausführungsbeispiel· eines Düsenkörpers 9 einer Wirbeldüse gemäß der Erfindung. Der Düsenkörper 9 besteht aus einem einzigen Block und ist speziell für das Spinnen eines FB-Garns geeignet. Der Düsenkörper 9 besitzt am einlaufseitigen Ende wieder konkave Stirnwände 9h und 9i, die den Lieferwalzen 1 bzw. 3 gegenüberliegen und komplementär zu deren Mantelfl·ächen ausgebiidet sind. ^Zwischen den Stirnflächen 9h und 9i ist ferner ein konischer Fasereinlaß 9j vorgesehen, welcher sich in Laufrichtung des Faserbandes verjüngt und mit dem engen Kanalbereich 9a verbunden ist. Der Fasereinlaß 9j ist aufgrund dieser konstruktiven Ausgestaltung geeignet, ein breit aufgefächertes Faserband zu übernehmen, weiches durch die Streckwirkung der Lieferwalzen 1 , 3 (und gegebenenfa^s eines vorgeschaiteten Streckwerks) erhalten wurde. Der enge Kanalbereich 9a dient der Lagestabilisierung des Faserbündels,und sein Durchmesser sollte groß

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genug sein, um die Gefahr einer Verstopfung durch Staub- und Schmutzpartikel zu verhindern, die mit dem Faserbündel herangeführt werden. Vorzugsweise liegt der Innendurchmesser des engen Kanalbereichs 9a zwischen etwa 1,5 und 4 mm.

Das innere Ende des engen Faserkanals 9a springt beim betrachteten Ausfuhrungsbeispiel, ähnlich wie beim ersten und.zweiten Ausführungsbeispiel·, in das innere Ende des weiten Faserkanals 9b vor. Dabei sind die inneren Enden der Kanalbereiche 9a, 9b über eine konische Wand 9g miteinander verbunden. Außerdem erweitert sich der weite Kanalbereich 9b allmählich in Richtung auf sein auslaßseitiges Ende.

Das Faserbündel, welches dem Düsenkörper 9 von den Lieferwalzen 1 und 3 zugeführt wird, wird in der Nachbarschaft des inneren Endes des engen Kanalbereichs 9a den von der Düsenöffnung 9c erzeugten Wirbel ausgesetzt, so daß in ihm ein Falschdraht erzeugt wird. Da der Hiifsluftstrom beim betrachteten Ausführungsbeispiel stark ist, können die als Faserbündel herangeführten Fasern,ohne daß sie zerstreut werden oder verloren gehen, vollständig in den engen Kanalbereich 9a eingesaugt werden.

Bei dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 bzw. 7 ist der enge Kanalbereich 9a jeweils in einem besonderen Einsatz 9¹ bzw. 9" im

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Düsenkörper 9 vorgesehen. Der Einsatz 9^! bzw. 9" kann dabei eingeschraubt oder eingepresst sein. Im Endeffekt ergibt sich bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6 und 7 im wesentlichen wieder dieselbe Struktur wie beim zweiten und beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 bzw. 5. Wegen der Verwendung eines besonderen Einsatzes besteht jedoch die Möglichkeit einer sehr genauen und dennoch einfachen Maschinenbearbeitung für den engen Kanalbereich 9a.

Die Wirbeldüsen gemäß Fig. 1 und 3 können auch umgedreht werden, nämlich so, daß der weite Kanalbereich auf der Einlaßseite liegt und daß der enge Kanalbereich auf der Auslaßseite liegt. Diese Orientierung der Wirbeldüsen eignet sich speziell für das Texturieren eines Multifilament-Garnes,in dem während der Verarbeitung eine beträchtliche Spannung erforderlich ist.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Wirbeldüse zum Einwirken auf ein Faserbündel, insbesondere zum Herstellen eines Faserbündel-Garns, mit einem Düsenkörper, durch welchen ein Faserkanal hindurchgeht, der einen engeren Kanalabschnitt und einen in Serie dazu liegenden weiteren Kanalabschnitt aufweist, und mit mindestens einer Düsenöffnung in der Wand des Faserkanals, dadurch gekennz e ichne t, daß das innere Ende des engeren Kanalbereichs (9a) in den weiteren Kanalbereich (9b) vorspringt und daß die Strömungsachse der Düsenöffnung (9c) bezüglich der Kanalachse (A) schräg nach innen in Richtung auf das äußere Ende des weiteren Kanalbereichs (9b) gerichtet ist und daß die Düsenöffnung (9c) im Bereich des inneren Endes des engeren Kanalbereichs (9a) mündet.

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2. Wirbeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende des engeren Kanalbereichs (9a) und das innere Ende des weiteren Kanalbereichs (9b) über einen abgeschrägten Wandbereich (9g) miteinander in Verbindung stehen.

3. Wirbeldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Düsenkörper (9) mehrere Düsenöffnungen vorgesehen sind.

4. Wirbeldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der engere Kanalbereich (9a) in einem Einsatz (9¹, 9") des Düsenkörpers (9) vorgesehen ist.

5. Wirbeldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Düsenöffnung (9c) und dem inneren Ende des weiteren Kanalbereichs (9b) kleiner ist der sechsfache Durchmesser der Düsenöffnung (9c).