DE3490510T

DE3490510T - Vorrichtung und Verfahren zum aeromechanischen und elektrodynamischen Freigeben sowie Abscheiden von Fremdstoff von Fasermaterial

Info

Publication number: DE3490510T
Application number: DE19843490510
Authority: DE
Inventors: Frederick M. Knoxville Tenn. Shofner
Original assignee: ppm, Inc., Knoxville, Tenn.
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1986-02-20
Also published as: DE3490510C2; WO1985002209A1; US4512060A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Maschinen zum Freigeben und Abscheiden von Fremdstoff von Fasern, wie Baumwolle. Die Erfindung ist für zwei verschiedene Zwecke anwendbar: (1) Zum Vorsehen einer Vorrichtung für eine präzise und genaue Labormessung von Fremdstoff in Fasermaterial; und (2) zum Vorsehen einer Vorrichtung, die bei einer Faserbearbeitungsanlage großer Produktionsgeschwindigkeit anwendbar ist.

An Fasereigenschaften werden steigende Bedürfnisse angelegt, da die Produktionsgeschwindigkeiten von Textilbearbeitungsmaschinen steigen und da die Toleranzen von Textilverarbeitungsmaschinen bezüglich der Veränderungen der Fasereigenschaften abnehmen. Heutige Produktions- und Erntemethoden sind damit verbunden, daß mehr Fremdstoffgehalt in beispielsweise Baumwoll-Fasermaterial eingeschlossen ist, so daß die Entkörnungs- und Reinigungsvorgänge, die zum Erreichen eines gegebenen Prozentsatzes an Fremdstoffgehalt erforderlich sind, ansteigen. Ein verstärkter Reinigungsvorgang geht immer auf Kosten eines Faserverlustes und einer Faserbeschädigung. Die Unverträglichkeit zwischen den Reinigungszielen und einem unbeschädigten Fasermaterial steigert die Schwierigkeiten für den Produzenten, den Entkörner, den Abnehmer und den Spinner. Das Vorsehen von sauberem und unbeschädigtem Fasermaterial ist ein weltweites Hauptproblem, und neue Reinigungibmethoden werden dringend benötigt.

Fremdstoff vermindert den Wert des Fasermaterials, da er zu Bearbeitungsproblemen führt und da er Verschlechterungen des Garns begründet. Das Entfernen von Fremdstoff erfolgt immer auf Kosten eines Faserverlustes und einer Faserbeschädigung. Der Gestalter oder Bediener einer Reinigungs- und Bearbeitungsanlage muß schwierige und wirtschaftlich nicht ansprechende Kompromisse (tradeoffs) zwischen der Reinigung und dem Faserverlust sowie der -beschädigung schließen.

Das Freigeben und das Abscheiden von Fremdstoff sind nicht nur bei Bearbeitungsanwendungen wichtig. Im einzelnen ist das Entfer-

nen von Fremdstoff wichtig bei Meßgeräte- und Meßanwendungen. Fasereigenschaften werden mit zunehmender Genauigkeit, Präzision und Vollständigkeit als Ergebnis neuer Instrumente für die Messung von vier Grundeigenschaften bestimmt: Länge, Festigkeit, Farbe und Feinheit. Andere Eigenschaften und/oder bessere Wege zum Messen herkömmlicher Eigenschaften werden zur Zeit untersucht. Hinsichtlich einer detaillierten Erörterung wird verwiesen auf F.M." Shofner, W-F. Lalor, J.H. Hanley, Ά New Instrument for Trash and Microdust Measurement in Raw or Processed Cotton¹, dargestellt bei der Natural Fibers Textile Conference, Charlotte, North Carolina, 14. September 1982, und veröffentlicht in Textile Research Journal, Februar 1983, Band 53, Nr. 2. Die Messungen der obigen vier Grundeigenschaften sind automatisiert worden und mit einer Bestimmung der Klasse durch einen menschlichen Baumwollklassierer in Hochvolumeninstrument (High Volume Instrument; HVI) Testlinien eingebaut worden, die zunehmend von dem US Department of Agriculture zum Festlegen der Baumwoll-Klasse benutzt werden, die den Preis bestimmt. So wird die Klasse hauptsächlich durch den Fremdstoffgehalt beeinflußt, und es besteht ein dringender Bedarf, diese Messung für eine Verwendung an HVI Linien (HVI lines) anzuwenden.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit der Eigenschaft des Fremdstoffgehalts ('Abfall¹, 'Staub', 'Mikrostaub', 'atembarer Staub' und dergleichen) in losem Fasermaterial (bulk

■.j

fiber) von Baumwolle und anderen Fasern und mit dem effektiven Entfernen dieses Fremdstoffs in Verbindung mit geringer Faserbeschädigung und geringen Verlusten. Ausführungsformen der Erfindung werden mit 'MTM¹, Mikrostaub- und Abfall-Maschine, bezeichnet. (Beachte: In dem obigen Artikel von Shofner et al wird MTM als ein Akronym für Mikrostaub und Abfall Monitor benutzt.)

Das Entfernen und Abscheiden des Fremdstoffs von der Baumwolle erlaubt eine genauere Messung beispielsweise mit modernen elektrooptischen Mitteln, wie sie im US-Patent 4 249 24 4 von Shofner et al beschrieben sind. Der obige Artikel von Shofner et al wie auch die nachfolgend beschriebene Figur 1 zeigen allgemein, wie elektrooptisch^ Methoden vorteilhaft benutzt werden können, nachdem J

der Fremdstoff von dem Fasermaterial freigegeben und das Fasermaterial sowie verschiedene Staubkoinponenten in verschiedene pneumatische Transportströme getrennt worden sind.

Es gibt eine bekannte Vorrichtung, die das Fasermaterial für Meßzwecke oder für die Verarbeitung reinigt. Diese enthält den Shirley-Analysierer (siehe 'Standard Test Method for Non-Lint Content of Cotton¹, Bezeichnung: D 2812-81, Neudruck von Annual Book of ASTM Standard, Philadelphia, PA), wie auch eine herkömmliche Fasermaterial-Reinigungsanlage, die allgemein bei der Entfernung großer Partikel wirksam ist. Diese Maschinen können jedoch unmöglich eine große Wirksamkeit beim Freigeben und Abscheiden kleiner Staub- und Mikrostaub-Partikel erreichen. Sie beschädigen das Fasermaterial stark, wenn mit ihnen versucht wird, kleine Partikel zu entfernen.

Von bedeutender Wichtigkeit im Zusammenhang mit der Messung ist die Tatsache, daß die vorliegende Erfindung ein Entfernen und Abscheiden und entsprechend den folgenden aerodynamischen Größenklassifizierungen ermöglicht, die kürzlich von dem International Committee.on Cotton Testing Methods errichtet wurden. (Beachte, AED = aerodynamischer Äquivalenz-Durchmesser):

Abfall AED > 500 um

Staub 50 μιη < AED -= 500 um

Mikrostaub 15 um < AED < 50 um

atembarer Staub 0 um < AED < 15 um

Meine Kollegen und ich haben in dem oben erwähnten Shofner et al Artikel vorgeschlagen, daß eine etwas bessere Terminologie wie folgt lautet:

Abfall AED > 500 um

Staub 50 um < AED < 500 um

Mikrostaub · 0 um ■< AED < 50 um

Somit wird atembarer OSHA Staub ein spezieller Fall von Mikrostaub.

Demnach ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zum Freigeben und Abscheiden von Fremdstoffgehalt durch die passende Anwendung von aeromechanischen und elektrodynamischen Kräften zu schaffen, während die Faserbeschädigung oder -Verluste verringert werden.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Meßsystems für den Fremdstoffgehalt in Baumwolle. Die verbesserten Messungen ergeben sich, weil die auf die Partikel ausgeübten Kräfte eine wirksamere Freigabe und ein präzis gesteuertes Abscheiden entsprechend der aerodynamischen Größe ermöglichen, im Gegensatz zu früheren Vorrichtungen, die allgemein weniger gesteuert sind und speziell bei kleinen Partikeln versagen.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, die so gereinigte und gemischte sowie bearbeitete Faser für verbesserte Messungen ■der Fasereigenschäften selbst zu benutzen. Das bedeutet, daß das Entfernen des Fremdstoffs und das Bearbeiten der Faser zu wahreren bzw. richtigeren Fasereigenschaft-Messungen führen; diese Daten sind natürlich weniger durch den Fremdstoff beeinflußt und deshalb genauer. Zusätzlich sind sie als Ergebnis der Bearbeitung bzw. Behandlung präziser.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Anwendung auf die Faserstoff- (lint) oder Faser-Reinigung in kommerziellem Umfang, im Gegensatz zu einer Laborinstrumentenanwendung. Faserstoffreiniger in Egreniermaschinen (gins) können durch die Prinzipien der Erfindung wesentlich verbessert werden. In ähnlicher Weise können Textilbearbeitungsmaschinen, wie öf£n.ungs-/Reinigungs-_f Kardier™ oder Offen-Ende-Spinn-Anlagen bessere (sauberere und weniger beschädigte) Produktionen bzw. Ergebnisse erzielen. Zusätzlich können die Verluste an gutem Fasermaterial reduziert werden.

Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist die Anwendung der erfindungsgeinäßen Vorrichtung in passender Kombination mit gut bekannten Vor- und. Nachbehandlungsmitteln in einem Gesamtsystem zum Umwandeln von Faserbüscheln in Garn mit. bisher unbekannten .Geschwindigkeiten, linbekannt.er Qualität und unbekannter Kosten-Effektivi-

tat. Vorbehandlungsmittel umfassen das Öffnen, Vorreinigen und Transportieren von Faserstoff zu der MTM Vorrichtung. Nachbehand-

lungsmittel umfassen Offen-Ende- (oder irgendeine andere Art) Spinnmethode(n), die die vereinzelten, gereinigten, gemischten und bearbeiteten Fasern nehmen und sie zu Garn großer Qualität spinnen können.

Die Erfindung, reduziert auf ihre hauptsächlichen Beiträge, sieht eine Anwendung von reinigenden (d. h. Freigabe- und Abscheidung^-} Kräften vor, die bisher unmöglich waren, und ferner bisher nicht realisierte Faserverlust- und Beschädigung-Minimalwerte. Eine Hauptausführungsform ist der 'Gegenstrom-Abscheidungsschlitz¹, der ein Vorstoß dieser Offenbarung ist.

Kurz gesagt weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das auf, was einem herkömmlichen, gestifteten oder gezahnten, zylindrischen, sich drehenden Rad entspricht, wie einem vereinzelnden und reinigenden Rad oder einem Schläger-Rad. Allgemein werden Baumwollbüschel in die Maschine eingesetzt, um mit den Zähnen oder Stiften in Eingriff zu treten, die mit dem Radteil herumgetragen werden, und dann als vereinzelte und bearbeitete Faser entfernt oder abgenommen.

In diesem GesamtZusammenhang ist ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfinduncf das Vorsehen von Perforationen bzw. Durchlöcherungen an der zylindrischen Oberfläche des Rades und einer radialen Saug-mündung zum Abziehen von Transportgas durch diese Perforationen. Das Transportgas trägt Mikrostaub mit sich, der bei Instrumentenanwendungen gemessen v/erden kann.

Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist das Vorsehen von Gegenstrom-Schlitzen, die allgemein tangential in bezug auf das Schläger-Rad ausgerichtet und in bezug auf die Richtung der Raddrehung so positioniert sind, daß Staub- und Abfall-Partikel in den Schlitz geworfen werden. Gleichzeitig strömt Transportgas in einer Gegenrichtung. Die größeren Staub- und Abfall-Partikel treten aus, während Mikrostaub und Fasern von dem Gegenstrom zurückgedreht' werden. Bei Instrumentenamvendungen können die austre-

tenden Bestandteile an Staub und Abfall gemessen werden.

Vorzugsweise sind perforierte Räder und Gegenstrom-Schlitze in einer einzigen Maschine kombiniert.

Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung ist das Konditionieren des Transportgases, wie beispielsweise hinsichtlich der Feuchtigkeit, vor dem Eintreten in die Maschine. In die Maschine gelangende Luft kann viel wirtschaftlicher und genauer konditioniert werden als die allgemeine Umgebungsluft in dem Arbeitsraum, so daß fundamentale Vorteile bezüglich der Messung und Bearbeitung vorgesehen werden. Andere Beispiele des Konditionierens des Einlaßgasstroms beziehen sich auf folgende Parameter: Temperatur, Druck, Gaszusammensetzung, ladungsfreie Konzentration (Ionen), radioaktive Partikel-Konzentration und Geschwindigkeit sowie Druckschwankungen.

Während die neuen Merkmale der Erfindung in den Ansprüchen im einzelnen verdeutlicht sind, ist die Erfindung bezüglich ihres Aufbaues und Gehalts zusammen mit anderen Zielen und Merkmalen besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlich. Es zeigen:

Figur 1 - in einer schematischen Ansicht eine grundsätzliche zweistufige Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 - in einer verallgemeinerten Darstellung einen Gegenstrom-Abscheidungsschlitz zur Festlegung verschiedener Parameter;

Figuren 3Ä, 3B und 3C - drei repräsentative Formen von Gegenstrom-Schlitzen, die hier als 'Typ A', 'Typ B¹ und 'Typ C Gegenstrom-Schlitze bezeichnet sind;

Figur 4 - eine aeromechanische Abscheider-Maschine nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Maschine eine Serpentinen-Zufuhr, fünf Gegenstrom-Schlitze_r zwei Mikrostaub-Entfernungspunkte und gestiftete sowie? perforierte Zylinder anwendet;

Figur 5 - eine andere Maschinenausführung nach der vorliegenden Erfindung unter Anwendung einer Hochgesehwindigkeits™ Zufuhrwalzen/Zufuhrplatten-Eingabe;

Figur 6A - in einer Stirnansicht ein typisches perforiertes und gestiftetes zylindrisches Rad nach der vorliegenden

Erfindung;
Figur 6B - einen Längsschnitt längs der Linie 6B-6B aus Figur 6A

und
Figur 6C - in einer stark vergrößerten Ansicht einen Teil des Umfangs des Rades aus Figur 6A.

Gemäß der Darstellung in Figur 1 enthält eine zweistufige Trennvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen herkömmlichen Aufbau mit einer Zufuhrwalze 10/Zufuhrplatte 12 in Kombination mit einem gezahnten, zu einer ersten Stufe gehörigen, vereinzelnden und reinigenden Rad oder Schläger (beater) 14 von hohler zylindrischer Konfiguration. Während das Rad 14 gemäß Darstellung Zähne hat, können alternativ gehärtete Stifte oder Bolzen in einem spiralförmigen Muster angewendet werden. Die Drehzahl des Rades 14 der ersten Stufe kann im Bereich von 50 bis 5000 U/min liegen und beträgt nominell etwa 3000 U/min. Das Rad 14 ist etwa ähnlich dem Vorreißer (licker-in) einer herkömmlichen Krempelmaschine /(carding machine) oder der Schläger-Stufe eines Offen-Ende Spinnkopifes (open-end spinning head) , jedoch mit der wichtigen Ausnahme bzw. dem wesentlichen Unterschied von Perforationen 16, die gemäß der Erfindung ein radiales Strömen in das Rad 14 ermöglichen. Ein pneumatischer oder physikalischer Transport von Rohmaterial 18 (beispielsweise Baumwoll-Büscheln) in die Zufuhrwalze 10/Zufuhrplatte 12 .wird durch irgendeine Anzahl herkömmlicher Techniken bewerkstelligt, beispielsweise durch eine Kondensationseinrich-tung (condenser arrangement). /bzw. Kardierraaschine

Von dem Rad 14 der ersten Stufe wird das Fasermaterial wie an einem Punkt E auf ein sich drehendes Rad 72 einer zweiten Stufe überführt, wie durch eine überführung mit einem gezahnten oder gestifteten bzw. genagelten Rad oder durch pneumatisches 'Abziehen' ('doffing') oder durch beide Maßnahmen. Schließlich wird die Faser wie bei 22 von der zweiten Stufe für ein nachfolgendes Messen oder Behandeln entfernt oder 'abgezogen'. Die verschiedenen oben kurz zusammengefaßten Überführungsvorgänge sind allgemein in der Technik gut bekannt.

Nachdem die Art allgemein beschrieben wurde, gemäß derer Baumwoll-Büschel in die Maschine aus Figur 1 eingesetzt und vereinzelte, gereinigte sowie behandelte Fasern von der Maschine abgenommen werden, werden nunmehr detailliert die Verfahren einer geeigneten Anwendung aeromechanischer und elektrodynamischer Kräfte gemäß der Erfindung für die gesteuerte Freigabe und Trennung von Fremdstoff von dem Fasermaterial beschrieben. Während diese Verfahren im Zusammenhang der zweistufigen Maschine aus Figur 1 beschrieben sind, ist festzustellen, daß für einige Anwendungen eine einstufige Vorrichtung ausreicht. Es ist ersichtlich, daß die neuen Merkmale gleichermaßen vorteilhaft für Messungen und für die Behandlung sind.

Büschel oder zufällig ausgerichtete Fasern 24 werden von der Zufuhrwalze 10/Zufuhrplatte 12 Kombination erfaßt und kommen mit Zähnen 26 des Schläger-Rades 14 der ersten Stufe in Eingriff. Dieser Vorgang kämmt die Fasern 28 und erteilt bevorzugt den großen, dichten Partikeln in dem Fasermaterial große Stoß- bzw. Schlagkräfte, wodurch die Partikel zu einem Abfallrohr 30 geschlagen werden, mit Bahnen zwischen den bei A und B dargestellten. Die Fasern werden von den Zähnen 26 verhakt und schnell auf die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 14 der ersten Stufe beschleunigt, wenn sie von dem ergriffenen Büschel freigegeben werden.

Konditionierte, wie getrocknete, Einlaßluft 36 oder ein anderes

Transportgas wird nach Art eines Querflusses zu dem Schläger-Rad 14 gerichtet, so daß Partikel, die kleiner als beispielsweise ein aerodynamischer Äquivalenz-Durchmesser (aerodynamic equivalent diameter, AED) von 500 μΐη sind, nicht in das Abfallrohr 30 eintreten. Das bedeutet, daß Partikel mit einem AED > 500 (im über den Einlaß-Querfluß 36 in das Abfallrohr 30 'geschlagen' werden. Partikel mit einem AED ^ 500 um bewegen sich jedoch in einen Trennspalt 42. Die Bahn-Linien A und B ermöglichen eine aerodynamische Abgrenzung der eingefangenen Partikelgröße« Die untere Grenze (cut-off) von AED'= 500 um in dieser Darstellung resultiert von Gleichgewichten bzw. einem Ausgleich zwischen den nach außen gerichteten Zentrifugalkräften und den nach innen gerichteten aerodynamischen Reißkräften an den Partikeln.

Eiii oder mehrere Flugleisten (lint bars) 38 können angewendet werden, um das Entfernen zu unterstützen, indem die Fasern vorzugsweise an dem Schläger-Rad 14 gehalten werden und ein scharf bzw. stark beschleunigender Fluß 40 begründet wird, um Abfall-Partikel in den Trennspalt 42 nach außen zu beschleunigen.

So entfernte und klassifizierte Abfall-Partikel können dann durch elektrooptisch^ Mittel 44 oder gravimetrische Mittel 4 6 gemessen werden. Ein geeigneter elektrooptischer Sensor wendet die kontinuierliche Aerosol-Monitor-Technik (continuous aerosol monitor technique, CAM) an, die in dem US-Patent 4 249 244 von Shofner et al offenbart ist. Es hat sich gezeigt, daß modifizierte CAM-Sensoren 44 die gesamte Abfallmasse oder das Gewicht messen und eine Partikelgrößen-Klassifizierung oder Massenanteil-Analyse vorsehen. Dieselben Partikel können auf Filtermaterialien 46 zum Auswiegen und in einigen Fällen zum Klassifizieren eingefangen v/erden, und beide Maßnahmen benutzen in der Technik gut bekannte Mittel.

Am anderen Extrem wird Mikrostaub, das heißt kleine Partikel mit beispielsweise einem AED ■<■ 50 μπι, durch die Löcher 16 in den perforierten Zylinder 14 gesaugt, und zwar durch aerodynamische Zugkräfte, die durch eine bei 48 dargestellte, radial einwärts gerichtete Luftstromkomponente bewirkt werden. Der einwärts gerichtete Strom 48 wird durch eine halbzylindrische, luftblockierende Hülse 50 auf bevorzugte Umfangsbereiche gesteuert. Der abgeschiedene Mikrostaub wird dann pneumatisch durch eine Radial-Mündung 1 (52) transportiert und gelangt dann zu einem elektrooptischen Mittel 54 oder einem gravimetrischen Wiegemittel 56. Es wird ein Ansaugen zu der Radial-Mündung 1 (52) angewendet, um die Luft oder ein anderes Transportgas durch die Maschine und im einzelnen durch die Perforationen 16 zu saugen.

Dieses Mikrostciubentfernungs- und Abscheide- bzw. Trennmittel ist sowohl neu wie auch grundlegend wichtig. Aus dieser Anwendung von zwei entgegengesetzten Kräften ergibt sich eine scharf abgegrenzte aerodynamische Klassifizierung. Freigegebene Partikel werden abgeschieden, da Partikel rait AED > 50 um nicht in den Zylinder 14 gelangen können, v/eil ihre große, nach außen gerichtete Zentrifugal-

_Μ '. 3Λ905 1 O

kraft die nach innen gerichtete aerodynamische Ziehkraft überwindet.

Andererseits treten .Fasern, deren AED Werte auch kleiner als 50 μΐη sind, wegen ihrer Länge nicht in die Perforationen 16 ein. Faserteile, deren Länge etwa desselbe Durchmessermaß wie die Löcher haben, treten ein und werden wie Mikrostaub passend klassifiziert.

Hierdurch bleibt die Staubpartikel-Klasse zwischen 50 μΐη und Um übrig. Durch passendes Ausgleichen verschiedener Auslegungsund Betriebspararaete:r, wie des Querstroms 36, des Stroms 58 durch die perforierte Wandung und der Richtung sowie Abmessungen des Trennspalts 42 werden die Partikel zwischen 50 (im und 500 μια in das Staubrohr 60 abgeschieden, von dem sie längs der Bahn C in eine elektrooptische Meßeinrichtung 64 oder gravimetrische Meßeinrichtung 6 6 pneumatisch transportiert werden.

Am Punkt D befindet sich ein Trennabstreifer 70, der den endgültigen Schnitt im 7\ED Wert für die erste Stufe definiert. Es ist wichtig festzustellen, daß sich in der Nähe der Punkte C und D Luft in das Rad 14 und in das Staubrohr 60 bewegt. Größere Partikel bewegen sich auswärts über oder gegen den einwärts gerichteten Strom und in das Staubrohr 60. Dieses ist eine Ausführungsform des Gegenstrom-Schlitz-Konzepts, das unter Bezugnahme auf die Figuren 2· bis 6 noch detailliert beschrieben wird.

Es ist festzustellen, daß sich diese Vorrichtung wirksam einerseits mit dem Erfordernis zum Lösen von Staub von der Faser und andererseits mit dem /abscheiden des Staubes und der Fasei* von dem System befaßt. Es ist eine Angelegenheit, den Staub von der Faser zu lösen, und eine ziemlich andere, eine Abscheidung vom System vorzunehmen.

In einigen Fällen erfordert eine starke Adhäsion der Partikel eine zweite, kräftigere oder aggressive Stufe. Eine sorgfältige Beachtung muß der Dichte der Fasern (Masse pro Flächeneinheit) an den Rädern gewidmet werden. Wenn die Dichte zu groß ist, ist das Entfernen des Fremdstoffs von der Faser weniger v/irksam, und es

kann eine Faserbeschädigting entstehen. Eine kleine Dichte bedeutet aber kleine Verarbeitungsgeschwindigkeiten, was zu längeren Verarbeitungszeiten und/oder Kosten führt. Für eine wirksamere Entfernung sieht die zweite Stufe Kräfte vor, die sehr viel grosser sein können, da die Faser geöffnet sowie gekämmt ist und da die Faserdichte viel kleiner sein kann.

Am Punkt E werden die Fasern zu dem zylindrischen Rad 72 der zweiten Stufe überführt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Zylinder 72 an der zweiten Stufe ist viel größer, und es können stärkere Freigabe- und Abscheidungskräfte angewendet werden. (Hierbei handelt es sich wiederum um verschiedene Kräfte.) Außerdem ist die Dichte der Faser an dem Rad 72 der zweiten Stufe relativ fein bzw. klein im Vergleich zu dem Rad der ersten Stufe.

Ein zweiter Gegenfluß-Schlitz ist am Punkt F angeordnet. Während Prinzipien der Gegenstrom-Schlitze unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 6 noch detailliert beschrieben werden, kann hier kurz festgestellt werden, daß große Partikel (beispielsweise AED > 50 μΐη) , die durch Schlag und Kämmen entfernt sind und deren Moment den einwärts gerichteten Strömungszug überwindet, in das Staubrohr 76, 76' abgeschieden und mit dem Staub von der ersten Stufe längs der Bahn C kombiniert werden.

Um das Freigeben, und Abscheiden von Mikrostaub zu unterstützen, ist eine Quelle G für Gebläseluft 80 an einem Punkt zwischen dem Punkt E, an dem die Faser zu dem Rad 72 der zweiten Stufe überführt wird, und dem Punkt 22 vorgesehen, an dem die Fasermatte abgenommen wird. Die Faser selbst gelangt nicht durch die Perforationen, die in typischer Weise einen Durchmesser von 0,060 Zoll (ungefähr 1,5 mm) haben und eine offene Fläche von etwa 25 % ausmachen.

Die Faser mit AED < 50 μΐη wird durch die einwärts gerichteten Flüsse bzw. Ströme. 78 und durch die 'Haken' Wirkung der Zähne an dem Zylinder 72 gehalten. Wiederum verhindert die Länge der Faser ihre Bewegung durch die Löcher in den perforierten Rädern, auch wenn die Kräfte sehr groß sind, wie mit der Mikrostaub-Gebläse-

luft G.

Ein Kardiervorgang (carding action) wird am Punkt H angewendet und ist allgemein beim Entfernen von Mikrostaub als wirksam bekannt. Herkömmliche Kardier- bzw. Krempelmaschinen wenden jedoch keine einwärts gerichteten Ströme wie bei 84 oder pulsierende Ströme (d. h. akustische) wie bei 86 für die Mikrostaub-Entfernung an. Wie im Fall der ersten Stufe gelangen die einwärts gerichteten Flüsse 78 und 84 durch geeignete Löcher zwischen den Zähnen, so daß sich saubere Luft oder ein anderes Transportgas zuerst durch die äußeren Stifte oder Nocken (pins) 88 ('Kardendeckel'; 'flats') in das perforierte Rad 72 bewegen kann.

Zwischen den Kardenstiften 88 und den Radzähnen 90 werden auf die Faser (und auf die Staubpartikel) mechanisch kämmende/ aerodynamische Kräfte wie bei 92 ausgeübt, was die Faser dazu veranlaßt, wirksamer mit den Stiften bzw. Nocken in Eingriff zu treten und hierdurch Mikrostaub weiter freizugeben.

Eine beispielhafte elektrodynamische Kraft wird von einer statischen oder Gleichspannung 92 vorgesehen, die zwischen den Stiften bzw. Nocken 88 und dem Rad 72 der zweiten Stufe aufgebracht wird. Alternativ bewirkt eine Wechselspannung in einigen Fällen die Freigabe in wirksamerer Weise. In anderen Fällen können unerwünschte elektrostatische Kräfte, die die Partikelfreigabe weniger wirksam machen oder die eine Faserbeschädigung begründen, eine Änderungsneutralisation erforderlich machen. Dieses kann mit elektrischen Mitteln 92 oder radioaktiven Mitteln bewirkt werden.

Es kann festgestellt v/erden, daß die Anwendung elektrostatischer Kräfte 92 auf Fasern schon bekannt ist, aber nicht für den Zweck zum Unterstützen der Reinigung und nicht in Kombination mit den Komponenten der Ausführungsform von Figur 1.

So entfernter und abgeschiedener Mikrostaub wird in ähnlicher Weise durch-Saugen in eine Radialmündung 2 (94) und zu den Mikrostaub-Erfassungsmitteln transportiert, die elektrooptische Mittel (54) oder gravimetrische Mittel (56) sein können.

In kurzer Zusammenfassung von Figur 1 ist gemäß der Erfindung
eine passende Kombination verschiedener aeromechanischer und·elektrodynamischer Kräfte/ die hauptsächlich radial einwärts gerichtete aerodynamische Ziehkräfte beinhalten, für die gesteuerte Freigabe und Abscheidung von Fremdstoff von Fasermaterial vorgesehen. Die Abscheidung erfolgt in vorbestimmte aerodynamische Äquivalenz-Durchmesser (AED)-Klassifikationen, wie (1) Abfall: AED > 500 um; (2) -Staub: 50 μπι < AED <, 500 μΐη; und (3) Mikrostaub: AED < 50 μιτι.

Die dritte der obigen Klassifikationen, AED < 50 (im_f enthält ihrerseits eine Unterklasse, atembaren Staub, wie durch OSHA definiert, AED < 15 μιτι. Diese Unterklasse wird vorzugsweise weiterklassifiziert, durch das elektrooptische CAM-Verfahren gemäß dem
US-Patent 4 249 244. Diese CAM-Methode erlaubt eine E-O Klassifikation des Abfalls wie auch der Staubkomponenten.

Das sich ergebende und bei 22 durch zentrifugale oder aerodynamische Kräfte abgenommene Fasermaterial ist gereinigt, verarbeitet und gemischt. Die Fasern sind allgemein vereinzelt und befinden
sich in einem idealen Zustand für eine elektrooptische Messung,
wie bei 98, oder zum weiteren Verarbeiten bzw. Behandeln, wie
beispielsweise zum offenen (open-end) Spinnen, wie es von J.I.
Kotter, D.P. Thibodeaux, 'Dust-Trash Removal by the SRRC Tuft~To-Yarn Processing System", Journal of Engineering for Industry,
Band 101, Nr. 2_f Mai 1979, beschrieben ist. Fasereigenschaft-Messungen werden nachfolgend erörtert.

Die Vorrichtung aus Figur 1 verkörpert eine Anzahl grundsätzlicher Prinzipien und Konzepte gemäß der Erfindung, wodurch neue
und passend gesteuerte Kräfte zum Entfernen und Abscheiden von
Fremdstoff von Fasermaterial angewendet werden. Ein besonderes bedeutender Gesichtspunkt der Erfindung ist das Gegenfluß-Sch.litz-Konzept, das im Zusammenhang mit den Gegenfluß-Schlitzen bei C
und F aus Figur 1 kurz erwähnt wurde und nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 6 detailliert beschrieben wird, /vllgeruein verstärken die Ausführungsformen aus den Figuren 2 bis 6
die aeromechanische Freigabe und Abscheidung.

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-.L ν_ · ^: 3A905 1 O

Gemäß dem hier angewendeten Ausdruck ist ein Gegenfluß--Schlitz ein schlitzähnlicher Kanal oder eine öffnung, worin gleichzeitig ein Strom unterschiedlicher Bestandteile bzw. Komponenten in entgegengesetzten Richtungen auftritt. Allgemein Strömt Luft in einer Richtung, und die relativ größeren Staub- und Abfall-Partikel (im Gegensatz zu Mikrostaub) strömen in der entgegengesetzten Richtung, das heißt gegen den Luftstrom.

Figur 2 zeigt den allgemeinen Aufbau und definiert die grundsätzlichen Parameter des Gegenstrom-Schlitze. In Figur 2 ist der tatsächliche Gegenstroin-Schlitz, in den Staub- und Abfall-Partikel durch Drehkräfte eines repräsentativen Rades 112 geworfen werden, mit 100 bezeichnet. Um dieses Resultat zu erzielen, ist der Schlitz 100 allgemein tangential zu dem Rad 112 ausgerichtet und in bezug auf die Drehrichtung des Rades 112 passend positioniert. Der Schlitz 100 kommuniziert mit einem Kollektor-Rohr 102, aus dem Staub und Abfall bei 114 austreten. Ein Paar langgestreckter öffnungen 104 und 106 erlaubt ein Eintreten eines Luftstroras, der in zwei Richtungen verzweigt, um in den Schlitz 100 und in das Kollektor-Rohr 102 zu fließen. Es ist festzustellen, daß dieser allgemeine Aufbau verschiedenen Variationen unterworfen ist.

In Figur 2 ist festzustellen, daß die schraffierten Grenzabschnitte des Schlitzes 100 parallel zur Drehachse des HauptZylinders 1.12 verlaufen. Der Einlaß des Kollektor-Rohrs 102 verläuft ebenfalls axial, doch wird sein Fluß Q in einen runden Kanal 114 gezogen, für den pneumatischen Transport von Staub plus Abfall zu den Beseitigungs- oder Meßmitteln, wie beispielsweise einem CAM-Sensor 44 oder 64, wie in Figur 1.

Die in Figur 2 definierten Parameter sind wie folgt: L = Länge des Schlitzes 100
W_s = Breite des Schlitzes 100 W ' = Breite des Kollektor-Rohrs 102 S " Abstand zwischen Schlitz 100 und Kollektor-Rohr

1 02

Q =·· Luftstrom-Geschwindigkeit in den Schlitz 100 Q^- -- Luftstrora-Geschwi.ndigko'.it in das Kollektor-Rohr

102

Die Art und Weise, gemäß derer die Wirkung des Schlitzes 100 in
Kombination mit einem perforierten zylindrischen Rad zu einer
aerodynamischen Trennung und Klassifikation führt, wird nunmehr
detaillierter beschrieben. Faser- und Fremdstoffpartikel werden
durch die Drehkraft des zylindrischen Rades 112 in den Schlitz 100
geworfen und bewegen sich in einem Sinne, der allgemein entgegen
dem Luftstrom Q in den Schlitz 100 verläuft. Andererseits werden ·
Fasern mit in typischer Weise AED < 50 μην zusammen mit Fremdstoffpartikeln mit AED <: 50 μπι durch den Luftstrom Q umgewendet und
zu dem Zylinder 112 zurückgezogen. Fasermaterial wird so in Stiften oder Zähnen des Zylinders 112 wieder aufgenommen und mit dem
zylindrischen Rad 112 getragen. Kleine Partikel werden zu dem Zylinder 112 gezogen, und wenn sie ausreichend klein sind, so daß
die aerodynamischen Ziehkräfte die zentrifugalen Beschleunigungskräfte überwinden, werden sie in das Innere gezogen, wenn das Rad
perforiert ist. Wie es oben erwähnt wurde, ist dieses ein scharf
definierter und leicht steuerbarer aerodynamischer Klassifizierungsmechanismus, u.nd dieses ist einer der Hauptgesichtspunkte
der Erfindung. Große Partikel, die ein größeres Moment oder lan- i gere Stopp-Distanzen haben, bewegen sich auch entgegen dem ankom- j rnenden Schlitz-Strom, und wenn sie den Einlaß des KoIlektor™Rohrs j 102 erreichen, werden sie hiervon erfaßt und für Meß- oder ein- f fache Entfernungszwecke auswärts transportiert. {

Es wurde festgestellt, daß ein anderes Hauptmerkmal des Gegen- \

strom-Schlitzes darin besteht, daß ein Austreten einzelner Faser- \

bestandteile oder Fasern aus dem System eliminiert wird. Dieses \

bewerkstelligt ein bisher unmögliches Hauptziel: Das Zurückhalten \ von Faserpartikeln in dem System. Bekannte Maschinen erforderten

ein schwieriges.Abwägen zwischen der Reinigungswirksamkeit und ι

dem Faserverlust,' indem eine gewisse Fasermenge zusammen mit dem j

Fremdstoff aus dem System ausgestoßen werden konnte. Dieses kann [

sehr unwirtschaftlich sein, da in einigen Systemen für jede zu- I

sätzliche Gewichtseinheit von ausgehtoßenem Fremdstoff eine grob j,

gleiche Gewichtseinheit voh gutem Faserjnaterial aus dem System j>

a u s g e wo r fen v/ i r d. L

Es ist festzustellen, daß gewisse Fasern aus dem Gegenstrom- ί

Schlitz 100 aus Figur 2 ausgeworfen werden, doch ist dieses immer mit aerodynamisch massiveren Größen verbunden. Diese Faserkomponenten sind hinsichtlich der Verarbeitungsstandpunkte in jedem Fall unerwünscht und enthalten Knötchen bzw. Stäubchen bzw. kleine schwarze Partikel (motes), Samenhüllen-Fragmente (seed coat fragments) und Fasern, die so innig mit Fremdstoff verflochten sind, daß sie nicht verarbeitet werden können.

Es wird wiederholt, daß ein Hauptvorteil der Gegenstrom-Schlitze darin besteht, daß gute, vereinzelte Fasern nicht von dem Schlitz, geworfen werden.

Aus Figur 2 ist es ersichtlich, daß dem Konstrukteur (und sogar der Bedienungsperson) einer Faserreinigungsausrüstung ein bisher unbekannter Bereich von wirksamen Betriebsparametern zur Verfügung steht, mit denen die Reinigungswirksamkeit der Maschine eingestellt werden kann. Die Schlitz-Parameter können in Kombination mit den körperlichen Abmessungen und Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen des Hauptzylinders 112 eingestellt werden, um vorbestimmte aerodynamische Abschnitte bzw. Grenzen (cut-offs) und Entfernungswirksamkeiten zu erreichen.

Die aerodynamischen Abscheideprinzipien des grundsätzlichen Gegenstrom-Schlitzes aus Figur 2 können in einer Anzahl von Arten verkörpert werden. Zur Vereinfachung werden hier drei Gesamtformen mit Typ A, Typ .B und Typ C bezeichnet und entsprechend in den Figuren 3A, 3B und 3C dargestellt.

Bei der Form vom Typ A aus Figur 3A wird Luft oder Transportgas bei 130 in einen perforierten Hauptzylinder 132 gesaugt. Die Umfangserstreckung' 131, über die Schlitz-Luft 130 strömt, ist durch eine Blockierhülse 134 definiert bzw. begrenzt.

Fei der Form vom Typ B aus Figur 3B wird Luft oder Transportgas bei 140 in einen Schlitz um eine Abstreiforleiste 142 gef.ci.ugt. Fasermaterial·.und kleine Partikel werden zu einer nachfolgenden Stufe transportiert,- deren grundlegende? Parameter eingestellt werden können, um aerodynamische Abcnhcideschnitte (separation

cuts) zu ermöglichen, die für kleinere Partikel und schärfer in ihrer Leistungsfähigkeit sind. Wenn jedoch nicht ein perforierter Zylinder oder eine perforierte Wandung (wie in der als nächstes beschriebenen Figur 3C dargestellt) angewendet wird, wird der .Mikrostaub nicht von dem Fasermaterial getrennt.

Die in Figur 3C dargestellte Form vom Typ C führt zu einem Aufbau, der weniger aufwendig bzw. preiswerter als die Form vom Typ A ist und bezüglich der Entfernung von Fremdstoff etwa gleichermaßen wirksam ist. In diesem Fall wird das Fasermaterial bei 150 zusammen mit dem Fremdstoff pneumatisch transportiert, der durch die Wirkung eines nicht perforierten Hauptzylinders 152 bei der überführung von einem Zuführungs- oder Eingangszylinder 154 entfernt worden ist. Dann werden Partikel in drei Mechanismen gemäß Figur 3C aufeinanderfolgend von dem Fasermaterial abgeschieden: (1) Durch eine perforierte Wandung 156 (Es wird daran erinnert, daß die Faserdichte klein ist, so daß die Partikel eine Möglichkeit haben, durch die dünne Fasermasse in die perforierte Wandung zu wandern.); (2) an dem Gegenstrom-Schlitz 158 (hier als Schlitz mit einem einzigen Eingang dargestellt); und (3) Mikrostaub und möglicherweise Staub in den perforierten Zylinder 162.

Die Ausführungsform vom Typ C aus Figur 3C stellt aus zumindest zwei Hauptgründen einen wirtschaftlicheren Aufbau dar. Erstens sind der kleiner perforierte Arbeitszylinder 162 und die Blockierhülse 164 in ihren Konstruktionen weniger aufwendig bzw. preiswerter. Zweitens kann diese Anwendung an eine Vielzahl vorhandener Faserstoff-Reinigungsausrüstungen angepaßt (retrofitted) werden, für die perforierte Hauptzylinder hinderlich teuer und/oder unerhältlich sind.

Es ist festzustellen, daß zahlreiche, andere Konfigurationen von Gegenstrom-Trenn-Schlitzen sicherlich möglich sind, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf hier dargestellte spezifische Ausführungsformen beschränkt sein.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die aus praktischen Elementen aufgebaut ist und gründlich getestet wurde. Das

Fasermaterial wird von einem Band/Schieber-Aufbau 200 in eine herkömmliche Ano3--dnung mit einer Zufuhrwalze 202 und einer Zufuhrplatte 204 gezogen. Ein erster oder Öffnungszylinder 206 kämmt das Fasermaterial um die Zufuhrplatte 204 und entfernt Fremdstoff, 'vorzugsweise großen Fremdstoff oder Abfall, der dann in einen ersten Gegenstrom-Schlitz (CFS 1) 206 abgeschieden wird, welcher als ein Schlitz mit einem einzigen Eingang dargestellt ist.

Das Fasermaterial, das an den nach vorne ragenden Stiften des Kämmzylinders 206 angehakt ist, wird dann, in einen Eingabe- oder Zufuhrzylinder 208 transportiert, der Stifte 210 hat, welche sich mit den Stiften des Kämmzylinders 206/kreuzen. Das Fasermaterial wird in einer serpentinenartigen Weise transportiert, so daß beide Seiten der Fasermatten beaufschlagt bzw. behandelt oder gereinigt werden. Der Eingangszylinder 208 bewegt sich in typischer Weise mit einer viel größeren Drehzahl als der Kämmzylinder 206, und Fremdstoff wird unter Verwendung eines zweiten Gegenstrom-Schlitzes (CFS 2), der als Schlitz mit doppeltem Eingang dargestellt ist, aeromechanisch freigegeben und abgeschieden. Das Fasermaterial wird dann zu einem Hochgeschwindigkeits-Hauptzylinder 212 wiederum in einer serpentinenartigen Weise transportiert. Eine heftige aeromechanische Abscheidung 214 erfolgt am Einlaß des Gegenstrom-Schlitzes 216, der hier wie in Figur 3Λ als ein Schlitz vom Typ A (Luft in Zylinderschütz) dargestellt ist und eine dritte Gelegenheit zum Entfernen von Fremdstoff bildet. In diesem Fall werden Staub und Abfall in einen dritten Gegenstrom-Schlitz (CFS 3) ausgeworfen, und Mikrostaub wird bei 218 in den perforierten Zylinder 212 gezogen. '/«chneiden

Die einwärts gerichteten Ziehkräfte verschwinden am Anfang der Blockierhülse 220. Das Fasermaterial wird so von dem Hauptzylinder 212 abgenommen und auf einen Arbeitszylinder 222 an einer zweiten Stufe geworfen, der dann das Fasermei tcrial für einen zweiten Eingriff mit dem' Hauptzylinder 212 herumführt. Der zweite Eingriff ist nicht serpentincuKirtig, sondern in Form einer Hochge schwind igkeits-Zufubrwalzen 222/Zufuhrplatten 224 Kombination.

An' diesem Punkt arbeitet ein vierter Gogonstrorn-Schlitz (CFS 4)

226 auch als ein Typ A mit Luft in einen Zylinderschlitz. Mikro·- staub wird auch bei 230 in den Hauptzylinder 212 gezogen.

Dieses Verfahren wird bei der dritten Stufe wiederholt, mit dem einzigen Unterschied, daß ein fünfter Gegenstrom-Schlitz (CFS 5)

227 vom Typ B ist (Luft über Zylinder). In diesem Fall wird die in den Schlitz gesaugte Luft 228 auch zum pneumatischen Abnehmen und Transportieren des Faserstoffs aus dem System benutzt, für eine" nachfolgende Behandlung oder Messung.

Es sollte nochmals an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß das aus der Maschine geworfene Fasermaterial vereinzelt und gereinigt sowie behandelt ist. Dieses Fasermaterial befindet sich in einem zweckmäßigen Zustand für Messungen und weitere Bearbeitungen .

Zusammengefaßt zeigt Figur 4 somit die Anwendung von fünf Gegenstrom-Schlitzen verschiedener Gestaltungen in einer einzigen Maschine. Zusätzlich gibt es zwei Mikrostaub Fangpunkte 218, 230, was zusammen sieben Gelegenheiten bzw. Stellen zum Entfernen von Fremdstoff aus dem Fasermaterial ergibt. Aus einer ausgedehnten Untersuchung hat sich ergeben, daß mit dieser Vorrichtung ein bedeutender Vorteil realisiert werden kann, wenn mehrere Gelegenheiten für die Fremdstoffentfernung geboten werden. Diese Vorteile führen zu einer vollständigeren Fremdstoffentfernung und zu geringeren Faserbeschädigungen sowie -Verlusten.

Im Interesse einer vollständigen Offenbarung ist hier festzustellen, daß .sich eine Vorrichtung mit den folgenden Grün dpar ame tern als erfolgreich erwiesen bat:

Zylinder	Durch messer Zoll	Drehzahl U/min	Höhe Zoll	Stifte Winkel	Dichte #/in²	Muster
Kämmen	3	10-300	1/4	9°	16	kreisförmig
Einlaß	3	60-3000	1/8	9°	50	kreisförmig
Haupt zylinder	6 -	2000-4000	1/8	9°	100	spiralförmig
Arbeits zylinder	' 3	50-5000	1/8.	9°	50	spiralförmig

CFM	L in	^Ws in	CFM	^Wc in
3	3	1/2	5	3/4
10	2	1/2	5	3/4
25	1-1/2	1/2	5	3/4
15	1-1/2	1/2	5	3/4

Gegenstrom-Schlitze

1
2

3
4
5 35 1 3/4 5 1

Insbesondere zwei Maschinen wurden aufgebaut, die entsprechend axiale Ausmaße von etwa 1 Zoll bzw. 25,4 mm und 8 1/2 Zoll bzw. 215,9 mm hatten. Die obigen Daten gelten für die 81/2 Zoll Maschine.

Ein weiterer Kommentar betreffend die Verwendung von Stiften und insbesondere von kreuzenden/Stiften 210 ist an der Reihe. Herkömmliche bekannte Faserreinigungsausrüstungen verwenden entweder Zähne 26, wie es in Figur 1 dargestellt ist, oder gehärtete Stifte, wie es an den Zylindern 206, 208 und 212 in Figur 4 dargestellt ist. Es wurde festgestellt, daß der Aufbau mit gehärteten Stiften bedeutende Vorteile hinsichtlich der Betriebs- bzw. Lebensdauer der Zylinder und der Faserbeschädigung bietet. ^x/bzw. schneiden

Das Kreuzen"/von Stiften 210 zwischen den Kämm- und Zufuhr zylindern 206/ 208 hat sich als vorteilhaft für eine vollständige Faserüberführung zwischen diesen zwei Zylindern erwiesen, und auch deshalb, weil es eine gute Gelegenheit zum Kämmen oder Ausrichten der Fasern zusätzlich zu dem Vorsehen aerornechanischer Freigabe- und Abscheidekräfte bietet. Es ist von Bedeutung, daß die Faserzufuhr in den Hauptzylinder weniger dicht als bei bekannten Maschinen ist, und ferner sind die Fasern von den zwei Einlaßstufen gezogen (drawn or'drafted) worden. "/bzw. Schneiden

Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform unter Verwendung der

ι gleichen aeromechanischen Trenn- bzw. Abscheideausrüstung wie bei i

Figur 4, jedoch unter Verwendung eines abweichenden Zuführungs- !

aufbaues. Anders als bei dem Serpentinenrnuster aus Figur 4 wird \

die Faser von dem Einlaßzylinder 300 in einem herkömmlichen Zu·- ι fuhrwalzen' 300/Zufuhrplatton 302 Aufbau zugeführt. Fasern werden

auf diese Weise aggressiver gekämmt, und in einigen Fällen sind die damit verbundenen größeren Faserbeschädigungsraten im Ausgleich mit dem verbesserten Kämmen und Freigeben sowie Abscheiden von Fremdstoff akzeptabel. Das Serpentinenmuster wird für den Kämmzylinder 303 beibehalten, mit dem Unterschied, daß die Material-Züfuhrwalze 202/Zufuhrplatte 204 aus Figur 4 entfallen sind, um eine andere Ausführungsform der Zuführungsstufen der Maschine zu zeigen.

Bei der Anwendung der Maschine beim Hoch-Volumen-Instrument HVI Baumwoll-Klassieren wurde festgestellt, daß der Zustand der Fasern die Ergebnisse beeinflußt. Der Feuchtigkeitsgehalt, die statische Ladung und der Zustand oder die Entspannung beeinflussen wesentlich nur die Wirksamkeit der Fremdstoffentfernung und der Faserbeschädigung der Maschine, aber danach andere Fasereigenschaft-Messungen, wie die Länge und die Festigkeit. Diese Feststellungen sind gleichermaßen anwendbar auf verarbeitende Maschinenanwendungen.

Es resultiert eine wichtigste Konsequenz der Gegenstrom-Schlitz-Gestaltung gemäß der Verkörperung beispielsweise in Figur 5. Die Luft oder ein anderes an den Gegenstrom-Schlitzen 304, 306, 308 und an den Einlassen 309 und 311 in die Maschine geleiteten Transportgases kann bezüglich der Feuchtigkeit und elektrostatischen Ladungsqualität so gesteuert werden, daß der Betrieb der aeromechanischen Freigabe- und Abscheidungsmittel bei bevorzugten Zuständen der Faser in bezug auf die Feuchtigkeit und die statische Ladung sein kann. Das heißt, daß die Luft in die Maschine sehr* viel wirtschaftlicher und genauer als die gesamte Luft in dem Arbeitsraum konditioniert sein kann, so daß sich fundamentale Vorteile für die Messung und die Behandlung ergeben. Es ist ferner klar, daß die Feuchtigkeit und die elektrostatische Ladung der \ Faser an jeder der verschiedenen Bearbeitungsstufen unterschied- j lieh sein kann, und zwar einfach durch Steuern der an den ver- j? schiedenen Gegenstrom-Schlitz-Punkten in das System geführten I-Luft. . i

Es hat sich gezeigt, daß der physikalische Zustand der bei 320

der Mikrostaub- und Abfall-Maschine dargebotenen Faser eine ähnlich fundamentale Bedeutung bezüglich der Fremdstoff-Freigabe, der Bearbeitungsgeschwindigkeit und der Faserbeschädigung hat. So zieht in Figur 5 ein perforiertes Band-Zufuhrsystem 330 bei 332 konditionierte Luft 334 durch den Zufuhrtisch 336.

Noch eine andere physikalische Eigenschaft, der Zustand der Entspannung der Faser, hat sich bei der MTM Behandlung als wichtig erwiesen. Fasern von dicht komprimierten Ballen können entspannt werden, indem zuerst kleine Büschel von der Masse abgezupft und dann diese zu dem Zufuhrtisch 336 aus Figur 5 transportiert werden. Dieses kann auch einfach dadurch erfolgen, daß der Zufuhrtisch durch einen normalen Kondensor (condenser) ersetzt wird, der in der Technik bekannt ist. Natürlich kann die in den Kondensor gesaugte Luft ähnlich wie bei 336 in Figur 5 konditioniert sein. Den Fasern kann eine bevorzugte Ausrichtung gegeben werden, uiid sie können in einer mehr gemischten, gleichförmigeren Matte abgelagert werden.

Die Figuren 6A, 6B und 6C zeigen im Detail einen typischen perforierten Zylinder nach der vorliegenden Erfindung und die Methode, gemäß derer Luft in den perforierten Zylinder gesaugt wird. Im einzelnen zeigt Figur 6C die Anordnung der Stifte 402 und der Perforationslöcher 404. Luft wird in die Löcher 4 04 durch eine zylindrische Blockierhülse gesaugt, die von der rechten Seite des Zylinders .gemäß der Darstellung in Figur 6B eingleitet. (Figur zeigt eine Endansicht der Blockierhülse. 34.) Die axialen Schlitze der Blockierhülse sind an bevorzugten Umfangsstellen eingeschnitten und ziehen mit Mikrostaub beladene Luft ein, wie in Figur (bei 218, 230) oder Figur 5 (bei 342, 344, 346) dargestellt. Luft wird durch irgendein geeignetes Mittel aus dem Zylinder gesaugt.

Unter Berücksichtigung von Figur 4 angesichts von Figur 6 kann festgestellt'werden, daß mit Mikrostaub beladene Luft 218, 230 aus den inneren Teilen des Hauptzylinders 212 und der Blockierhülse 220 gemäß der obigen Beschreibung und in ein einzelnes Rohr transportiert wird. In ähnlicher Weise kann der Strom für die fünf Gegenstrom-Absche.ideschlitze aus Figur 4 entweder einzeln in

Meßvorrichtungen transportiert werden, wie elektro-optische Sensoren 44, 46 gemäß der Darstellung in Figur 1, oder der Strom kann ..„ in einen einzigen Kanal 60 kombiniert bzw. zusammengefaßt geleitet werden. Die einzelnen Ströme Q für die fünf Schlitze in Ρίο

gur 4 werden eingestellt, indem einfach variable Drosselstellen in den Strömungsleitungen vorgesehen werden, wie es in der Technik bekannt, ist..

Das Zusammenfassen des gesamten von der MTM freigegebenen und abgeschiedenen Staubes ergibt noch eine andere vorteilhafte' Ausnutzung der elektrooptischen Erfassung. Wenn es erwünscht ist, die relativen Mengen von Staub (50 μπι bis 500 μΐη AED) und Abfall (?~500 um AED) zu kennen, können die elektrooptischen Erfassungsmittel benutzt werden, um eine Charakterisierung dieser Komponenten vorzusehen. Ferner erlaubt der modifizierte CAM Sensor eine Massenanteil-Auflösung in vielleicht acht bemessene Kanäle, die bei 50 μπι beginnen.

Der Kernpunkt, dieser Beobachtung ist, daß der aeromechanische Abscheider aus Figur 4 grundsätzlich einen scharf begrenzten Schnitt- bzw. Trermpunkt bei AED 50 μτη hat. Dieses ist eine Vereinfachung und in einigen Faktoren (measures) eine Verbesserung gegenüber der Ausführungsform aus Figur 1, wo Abfall, Staub und Mikrostaub sämtlich aerodynamisch bestimmt bzw. begrenzt sind. Die erforderliche Auflösung der Staub- und/oder Abfallkomponessten wird bei dieser Ausführungsform vorzugsweise mit elektrooptischen Meßinstrumenten durchgeführt.

Es ist auch festzustellen, dciß der gemeinsame Fang von Staub plus Abfall nachfolgend durch andere Methoden analysiert werden kann, wie durch Siebanalyse, Kaskaden-Aufschlag (cascade impaction) und dergleichen. Diese gravimetrischen Mittel sind jedoch nicht leicht für Hochgeschwindigkeitsmessungen zugänglich, die für Hochvolumen-'-Instrumententestzwecke erforderlich sind.

Als eine abschließende Beobachtung ist aus Figur 1 festzustellen, daß die gereinigte, gemischte und bearbeitete Faser 96 von der MTM pneumatisch wegtransportiert wird. Es wird darauf hingewiesen,

daß zusätzliche Fasereigenschafts-Messungen vorteilhaft mit elektrooptischen Mitteln durchgeführt werden können. Diese Faserparameter umfassen die Faser-Zufuhrgeschwindigkeit, die Faser-Durch- ''"' messerverteilung, welche sich auf die Reife und Feinheit bezieht, und die Längenverteilung, welche ein wichtiger Parameter ist, der die Garneigenschaften bestimmt, insbesondere die Festigkeit. Aus der Langenverteilung kann man die herkömmlichen Spezifikationen bestimmen, wie 2-1/2 % Spanne-Länge (span length), Ober-Hälfte Mittel (upper-half mean) oder Kurzfaser-Gehalt der Fasern. Der Kurzfaser-Gehalt, beispielsweise Gewichtsprozent unter 1/2" Faserlänge, ist zur Zeit von bedeutender Wichtigkeit wegen der ausgedehnten Entkörnung, die zum Reinigen von Baumwolle erforderlich ist, welche durch die Abstreifmethode geerntet wurde. Diese Ausrüstung schließt viel mehr Fremdstoff in die Saatbaumwolle ein als bekannte Erntemethoden. Es wird angenommen, daß der zunehmende Kurzfaser-Gehalt zur Zeit zu einer schlechteren Garnqualität und einer weniger wirtschaftlichen Vorbereitung hiervon führt.

Es ist festzustellen, daß natürlich noch andere Faserparameter elektrooptisch in dem in Figur 1 dargestellten Zustand oder vielleicht in einem kondensierten bzw. verdichteten (condensed) Zustand gemacht bzw. erfaßt werden können. Diese enthalten die Farbe und den Gehalt an Noppen (nep). (Noppen sind kleine kugelähnliche Faserverflechtungen, die schließlich als Garn- oder Tuch-Fehler erscheinen.) Der pneumatische Transportzustand aus Figur 1 ist vorzugsweise ideal zum Identifizieren von Noppen.

Zusammengefaßt lehren'die mehr konzeptionellen Methoden und Vorrichtungen aus den Figuren 1 bis 3 sowie die bevorzugten Ausführungsformen aus den Figuren 4 bis 6 ein neues Verfahren zum Entfernen von Fremdstoff von Fasermaterial. Es wird nochmals deutlich darauf hingewiesen, daß die Lehren dieser Erfindung oder Erweiterungen hiervon gleichermaßen auf Messungen von Fremdstoff und auf ihre Entfernung für verbesserte Bearbeitungszwecke anwendbar sind. Für die letztere Anwendung wird erwartet, daß schnellere, wirksamere und weniger beschädigende Faserreinigungs- und andere Bearbeitungsanlagen, nunmehr auf der Grundlage der Prinzipien dieser Lehren entstehen können.

Während hier bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschriebein sind, ist festzustellen, daß der Fachmann Modifikationen und Änderungen durchführen kann. Es wird deshalb darauf hingewiesen, daß die Ansprüche alle diese Modifikationen und Änderungen als in den Rahmen der Erfindung fallend abdecken sollen.

Claims

G55036-SU .. - -- ... ο / η η c 1 n ppm/ Inc., a corporation of the Stcite of Tennessee, 11428 Kingston Pike, Knoxville, Tennessee 37922, USA Vorrichtung und Verfahren zum aeromechanischen und elektrodynamischen Freigeben sowie Abscheiden von Fremdstoff von Fasermaterial Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Entfernen von Fremdstoff von losem (bulk) Fasermaterial, gekennzeichnet durch ein sich drehendes perforiertes, zylindrisches Schläger-Rad mit Perforationen, die einen radial einwärts gerichteten Luftstrom zulassen, und mit Vorsprüngen für einen Eingriff mit den Fasern an dem Schläger-Rad, wobei die Perforationen ausreichend klein sind, um ein Bewegen von Fasermaterial durch die Perforationen weitgehend zu verhindern, durch einen Mechanismus zum kontinuierlichen Zuführen

.. von losem Fasermaterial zu dem Schläger-Rad an einem ersten Punkt längs des Rotationspfades hiervon, durch einen Mechanismus zum kontinuierlichen Abnehmen der Fasermatte von dem Schläger-Rad an einem zweiten Punkt längs des Rotationspfades hier-

.von und durch eine Mündung zum Abziehen von Transportgas aus dem Inneren des zylindrischen Schläger-Rades, um eine aerodynamische Kraft vorzusehen, die dazu neigt, Fasern und Fremdstoff gegen die zylindrische Oberfläche des Schläger-Rades zu ziehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Blasgas-Quelle zum Leiten eines radial einwärts gerichteten Gasstroms auf das Schläger-Rad an einem zwischen den ersten und zweiten Punkten gelegenen dritten Punkt längs des Rotationspfades, wobei der Luftstrom zum Freigeben und Abscheiden von Mikrostaub von dem Fasermaterial dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Vorsehen gesteuerter Transportgasstrom-Ratcn bzw. -Geschwindigkeiten zu dem zylindrischen Rad für einen gesteuerten Grad an Fasereingriff mit dem Rcid, wenn Transportgas durch die Perfora-

tionen in den Zylinder gesaugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel zum Vorsehen gesteuerter Transportgasstrom-Raten bzw.-Geschwindigkeiten zu dem zylindrischen Rad für einen gesteuerten Grad an Fasereingriff mit dem Rad, wenn Transportgas durch die Perforationen in den Zylinder gesaugt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportgas konditioniert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Leiten pulsierender, einseitig gerichteter Luftströme gegen das zylindrische Schläger-Rad zum Begründen eines wiederholten Eingriffs von Fasern mit Reinigungsvorsprüngen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Anwenden elektrostatischer Kräfte auf die Fasern und Partikel.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Gegenstrom-Schlitz, der allgemein tangential zu dem Schläger-Rad ausgerichtet und in bezug auf die Richtung der Raddrehung so positioniert ist, daß Staub- und Abfall-Partikel durch Rotationskräfte in den Gegenstrom-Schlitz geworfen werden, und so, daß Transportgas durch den Gegenstrom-Schlitz zu dem_tund in das -zylindrische Schläger-Rad in einer Richtung entgegen der Richtung der' geworfenen Staub- und Abfall-Partikel gezogen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gegenstrom-Schlitz konditioniertes Transportgas vorgesehen ist.

1.0. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Messen von Mikrostaub, der von dem Transportgas getragen ist, .welches von dem Inneren des zylindrischen Schläger-Rades durch die Mündung gezogen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Messen von in den Gegenstrom-Schlitz geworfenen Partikeln.

12. Vorrichtung zum Entfernen von Fremdstoff von losem Fastermaterial, gekennzeichnet durch ein sich drehendes zylindrisches Schläger-Rad mit VorSprüngen zum Erfassen von Fasern an dem Schläger-Rad, durch einen Mechanismus zum kontinuierlichen Zuführen von losem Fasermaterial zu dem Schläger-Rad an einem ersten Punkt längs des Rotationspfades hiervon, durch einen Mechanismus zum kontinuierlichen Abnehmen der Fasermatte von dem Schläger-Rad an einem zweiten Punkt längs des Rotationspfades hiervon, durch einen Gegenstrom-Schlitz, der allgemein tangential zu dem Schläger-Rad ausgerichtet und in bezug auf die Drehrichtung des Rades so positioniert ist, daß Staub- und Abfall-Partikel durch Rotationskraft in den Gegenstrom-Schlitz geworfen werden, und durch Mittel zum Ziehen von Transportgas durch den Gegenstrom-Schlitz in eine Richtung allgemein gegen das Schläger-Rad und entgegen der Richtung der geworfenen Staub- und Abfall-Partikel.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gegenstrom-Schlitz konditioniertes Transportgas vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, ferner gekennzeichnet durch'Mittel zum Messen von in den Gegenstrom-Schlitz geworfenen Partikeln.

1.5. Verfahren zum Behandeln von Fasermaterial zum Freigeben und Abscheiden von Fremdstoff von dem Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial zu einer ersten Behandlungsstation transportiert wird und daß das Fasermaterial an der ersten Behandlungsstation einer Kombination von aeromechanischen Kräften unterworfen wird, um eine gesteuerte Freigabe und Abscheidung von Fremdstoff in Partikelgrößen bekannter aerodynamischer Klassifikationen zu erreichen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdstoff in Partikelgrößen von vorbestimmten aerodynamischen (AED) Klassifikationen von

(a) < 50 μΐη

(b) > 50 μπι bis -^ 500 μm

(c) .> 500 μΐη

abgetrennt bzw. abgeschieden wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial von der ersten Behandlungsstation, nachdem es den Kräften ausgesetzt- worden ist, zu einer zweiten Behandlungsstation transportiert, und zusätzlichen aeromechanischen Kräften für ein weiteres Freigeben und Abscheiden von Fremdstoff in Partikelgrößen von bekannter aerodynamischer Klassifikation unterworfen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der an der zweiten Behandlungsstation abgeschiedene Fremdstoff in Partikelgrößen von bekannter aerodynamischer Äguivalenzdurchmesser (AED) Klassifikation von

(a) < 50 μπι

(b) > 50 μΐη bis < 500 μπι

(c) >500 μΐή
abgeschieden wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Faser- [

. material an zumindest einer der Behandlungsstationen ferner si elektrodynamischen Kräften unterworfen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das f Faserinaterial an jeder der ersten und zweiten Behandlungssta- I tionen über einen kreisförmigen Pfad getragen und einer radial \ einwärts gerichteten aerodynamischen Kraft an jeder Station zum I Abscheiden von Mikrostaub und atembaren Staubpartikeln von | < 50 μπι AED unterworfen wird. I:

■ ' . ι

21. Verfahren nach Anspruch T7, dadurch gekennzeichnet, daß die t Partikel von vorbestimmten AED separat gesammelt werden. ■ ■ ;'

22. Verfahren zum Reinigen von Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial während des Entfernens von Partikelstoff in einem konditionierten Gasstrom transportiert wird.

23. Verfahren zum Reinigen von Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial vor dem Entfernen von Partikelstoff und in der Reinigungsmaschine einem konditionierten Gasstrom ujnterworfen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial während des Entfernens von Partikelstoff in einem konditionierten Gasstrom transportiert wird.

25. Verfahren zum Behandeln von Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial während des Behandeins in einem konditionierten Gasstrom transportiert wird.

26. Verfahren zum Behandeln von Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial vor dem Behandeln und in der Behandlungsmaschine einem konditionierten Gasstrom unterworfen wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial während des Behandeins in einem konditionierten Gasstrom transportiert wird.