DE3807483A1 - Vorrichtung zum gleichmaessigen ablegen der elementarfaeden beim herstellen eines vliesstoffes im direktverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Ablegen der Elementarfäden beim Herstellen eines Vlies­ stoffes im Direktverfahren. Die Vorrichtung ist anwendbar für Anlagen, die die aus einer Spinndüsenanordnung extru­ dierten Elementarfäden mit Druckluft recken und bei denen das Vlies auf einem perforierten Transportband abgelegt wird. Die auf diese Weise hergestellten Elementarfaden­ vliesstoffe genügen hohen Ansprüchen und sind vielseitig im Konsumgüter- und technischen Sektor einsetzbar.

Vliesstoffe werden bereits seit ca. 30 Jahren mit gegen­ wärtig noch steigenden Wachstumsraten in Direktverfahren hergestellt. Bereits nach kurzer Zeit wurde erkannt, daß neben günstigen Extrusionsbedingungen und dem Auftragen hoher Reckkräfte zur Erzielung maximaler Elementarfaden­ festigkeiten der Vliesablage eine besondere Bedeutung zukommt. Das drückt sich an der sehr hohen Zahl bisher vorgeschlagener Lösungen zur Verbesserung der Ablage aus.

Durch Diffusoren am Ausgang der Verstreckdüsen wird die Luftströmung stark verzögert und die Elementarfäden ge­ spreizt (z. B. DE-OS 16 35 596), ggf. unter Verwendung spezifischer Strömungsprofile (DD-PS 84 707) oder Zusatz­ luftströmungen (FR-PS 15 85 226). Durch derartige Diffusoren wird der Luftverbrauch der Reckeinrichtung nicht unwesentlich erhöht und die Fadenablage zwar verbessert, aber die Festigkeitsunterschiede längs/quer im Vliesstoff werden nur zum Teil abgebaut.

Eine Vielzahl von Patenten (z. B. US-PS 33 38 992, FR-PS 23 09 654, DE-OS 14 35 112) beruhen auf der elektro­ statischen Aufladung der Elementarfäden, z. B. mittels Fangelektrode/Koronaentladung, wobei der Aufwand die er­ zielbaren Ergebnisse nur zum Teil rechtfertigt.

Einige Patente beruhen auf der Einwirkung von horizontalen aerodynamischen (z. B. DE-OS 21 14 854) oder mechanischen (Fr-PS 22 99 438) Querkräften, um die Fadenschar auszu­ breiten. Neben einem zum Teil erheblichen Aufwand weisen die auf diese Art hergestellten Vliesstoffe eine bevor­ zugte Querorientierung und damit niedrige Längsfestigkeit auf.

Einige Patente (z. B. DE-OS 22 00 782, GB-PS 14 73 270) beruhen auf der Erzeugung von Zentrifugalkräften durch Rotation von Fadenführungselementen am Ausgang der Reck­ düsen. Dadurch soll eine geometrisch dedinierte, mathe­ matisch vorbestimmbare Fadenablade erfolgen können. Der Aufwand, die akustische Belastung und die Aufrechter­ haltung der Betriebssicherheit bei Drehzahlen bis zu 2000 min^-1 haben bisher eine Durchsetzung dieser Ver­ fahren nicht zugelassen.

Die meisten Vorrichtungen nutzen eine unterhalb der Reck­ düse angeordnete Ablenkeinrichtung, die zur Vermeidung einer Fadenbremsung oder einer bevorzugten Fluidablenkung glatt sein soll und eine ebene, konvexe, konkave bzw. eine Drehoberfläche aufweisen kann. Die Spreizung des Fadenbündels kann durch einen Luftstrahl (z. B. DE-OS 22 20 575), ggf. in Verbindung mit dem sogenannten COANDA-Effekt (z. B. WO 81/02 172) erfolgen, der besagt, daß ein unter Druck aus einer Düse austretendes fließendes Medium nach seinem Austritt an einer davor angeordneten Fläche haftet und über sie gleitet. Die Fäden können von dem Fluid erfaßt, gegen die Ablenkeinrichtung gepolstert und dabei dispergiert werden. Nachteilig dabei ist die erforderliche Verwendung zusätzlicher Luft und die Er­ zielung einer starken Längsorientierung.

Bei der DE-OS 22 11 691 wird die Anordnung eines langen Führungsrohres im Anschluß an die Injektordüse beschrieben, welches an seinem Ende abgewinkelt ist. Am Ausgang des abgewinkelten Rohrstückes ist eine ebene oder konkave Ab­ lenkeinrichtung, noch weiter in Richtung der Horizontalen abgewinkelt, angeordnet. Auf diese Weise wird das Faden­ bündel 2stufig gespreizt, wodurch sich insgesamt die Spreizung erhöht. In einer Variante ist zwischen abge­ winkeltem Rohrstück und Ablenkeinrichtung ein weiteres Rohrstück, welches wieder mehr in vertikaler Richtung gegenüber dem ersten Rohrstück verläuft, angeordnet. Auf diese Weise kann die Spreizung sogar in 3 Stufen erfolgen. Bei dieser Lösung wird die Fadentrennung ausschließlich durch das Aufprallen der Fadenbündel auf glatte Oberflächen beeinflußt, wodurch die Auflösung bis zum Einzelfaden nicht erreichbar ist. Auch eine Schwenkbewegung der Ablenkein­ richtung kann nur die Streubreite erhöhen.

Demgegenüber wird gem. der US-PS 42 17 387 auf eine unterhalb des Injektors angeordnete Verteilerplatte und unterhalb einer nachgeordneten Ablenkplatte aus Schlitzdüsen Luft geblasen, um die Einzelfadenauflösung zu begünstigen. Auf diese Weise wird aber der Energie­ bedarf wieder erhöht.

Positiv an dieser Lösung ist noch, daß zwischen Ver­ teilerplatte und Ablenkplatte ein Spalt gebildet wird, der den Luftstrom verzögert und damit die Aufspreizung der Fäden zusätzlich begünstigt.

Technische Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum gleich­ mäßigen Ablegen der Elementarfäden beim Herstellen eines Vliesstoffes im Direktverfahren so zu gestalten, daß sie eine hohe Fadendispersion ohne zusätzlichen Luftverbrauch und zusätzliche Lärmbelästigung sichert und unkompliziert aufgebaut ist, wobei die aus dem Führungsrohr austretende Luft direkt zur Erzielung von Einzelluftströmungen in Verbindung mit einer Ablenkeinrichtung nutzbar wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Ablenkeinrichtung Strahlblenden in einem Winkel 5° β 15° zur Vertikalen angeordnet sind, die Öffnungen mit einem Durchmesser 1 mm d 3 mm, vorzugsweise 2 mm, aufweisen. Der horizontale Abstand der Öffnungen beträgt 1,5d a 3d, vorzugsweise 2,3d. Deren vertikaler Ab­ stand beträgt 2d b 6d, vorzugsweise 3d. Die Reihen sind bei einem Abstand von b 4d mindestens um ^a /₆ zu­ einander versetzt. Die Länge der Strahlblenden vom Auf­ prallpunkt der Fadenscharen bis zu den Unterkanten be­ trägt g 100 mm und der Abstand Unterkante zur Auffang­ einrichtung 1 800 mm. Die an den Führungsrohren ange­ brachten Blasköpfe sind um 15° λ 25° entgegen den Strahlblenden von der Vertikalen abgewinkelt.

Über den Öffnungen in den Strahlblenden können schräge Aufwölbungen vorhanden sein, deren höchster Punkt im Be­ reich der Obergrenze der Öffnungen angeordnet ist. Dieser Punkt überragt die Grundfläche der Strahlblenden um 0,2d s d, vorzugsweise 0,4d. Die Länge der Aufwöl­ bungen beträgt 0,5d h 2d, vorzugsweise 1,2d. Ihre Breite hat ihr Maximum an den Öffnungen mit d.

Gegenüber den Strahlblenden können Abluftschirme in einem Winkel 8° γ 20° nach der anderen Seite von der Verti­ kalen abweichend angeordnet sein. Sie sind an ihrem unteren Ende so abgeknickt, daß sie dort parallel zu den Strahl­ blenden unter Bildung eines Spaltes verlaufen, dessen jeweilige Breite 2 mm z 10 mm beträgt.

Die Blasköpfe können um einen Winkel 10° δ 90° drehbar an den Führungsrohren angebracht und über Hebel mit einem Translationsorgan verbunden sein.

Die Strahlblenden können zu einer durchgängigen Strahl­ blende verbunden sein.

Die Strahlblenden können um ihre Längsachse schwenkbar angeordnet sein.

Durch die Kombination der Anordnung der Blasköpfe und der Strahlblenden zueinander, d. h., den insgesamt einge­ schlossenen Winkel β + λ, die entgegengesetzt zur Verti­ kalen verlaufende Neigung sowie die steile Anordnung der Strahlblenden überhaupt mit der spezifischen Gestaltung der Strahlblenden mit Öffnungen vorgegebener Abmessungen, Abstände und Anordnungen wird die aus dem Führungsrohr aus­ tretende Luft, die für den Reckvorgang der Elementarfäden ohnehin erforderlich ist, überraschend direkt zur Er­ zielung von Spreizkräften nutzbar.

Die aus den Blasköpfen in spitzem Winkel auf die Strahl­ blenden geförderte Luft weist in Strömungsrichtung einen gegenüber der Umgebung höheren, aber im stumpfen Winkel zur Strömungsrichtung geringeren Druck auf. Der Druck­ unterschied nimmt nach dem Aufgleiten des jeweiligen Luft­ stromes auf die Strahlblende noch zu. Durch das Zusammen­ wirken einer direkten Strömungskomponente in Richtung der Öffnungen und einer durch einen Unterdruck, wie erläutert, erzeugten Komponente, werden an den Öffnungen pulsierende Luftströmungen erzeugt, die insgesamt für eine starke Auf­ spaltung des Fadenbündels sorgen.

Eine wesentliche Rolle spielt dabei noch die unmittelbar nacheinander erzeugte gegenläufige Bewegung von Fadenbündel/ Luftströmung durch die entgegengesetzten Blasrohrneigung und Strahlblendenneigung zur Vertikalen. Die steile An­ ordnung der Strahlblenden ist vor allem deshalb erforderlich, weil die Einzelluftströme die Fadenschar nicht nur auf­ spalten, sondern auch bremsen und eine zu starke Ver­ zögerung die kontinuierliche und damit gleichmäßige Faden­ ablage beeinträchtigt. In diesem Zusammenhang sind auch die Maxima der Strahlblendenlänge unterhalb des Aufprall­ punktes und der Abstand Strahlblende/Auffangeinrichtung von Bedeutung.

Durch zusätzlich angebrachte schräge Aufwölbungen über den Öffnungen kann die Unterdruckkomponente der Luft­ strömung verstärkt werden, wobei in diesem Fall die Maxima der Winkel β und λ zu optimalen Ablagebedingungen führen. Durch Abluftschirme kann bis zum Spalt eine Ver­ zögerung der Luftströmung überlagert werden, die eine weitere gezielte Beeinflussung der Ablagebedingungen ermöglicht.

Durch eine Schwenkbewegung der Blasköpfe kann die durch einen Blaskopf erreichbare Streubreite verbessert werden. Ein Schwenken mit hoher Frequenz, wie es von Prallblechen zur Realisierung der Spreizung des Fadenbündels erforder­ lich ist, ist hier nicht notwendig. Eine Frequenz von 70 bis 150 min^-1 ist völlig ausreichend und führt nicht zu einer zusätzlichen Lärmbelästigung.

Vorteilhaft ist die Vereinigung der Strahlblenden gruppen­ weise oder zu einer einzigen Strahlblende. Insbesondere kann dann auch ein hoher Schwenkbereich der Blasköpfe gewährleistet werden.

Eine mögliche Variante zur Erhöhung der von einem Blas­ kopf bedienbaren Vliesbreite besteht auch in der in ihrer Längsachse schwenkbaren Anordnung der Strahlblenden.

Die Erfindung soll nachstehend an 4 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In den Zeichdnungen zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des gesamten Ablagebereiches,

Fig. 2 die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Strahl­ blende,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ablageeinheit,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit durchgängiger Strahlblende,

Fig. 5 die Vorderansicht einer Strahlblende mit Auf­ wölbungen und

Fig. 6 die zugehörige Seitenansicht.

Das Polymer Polyamid 6 wird in einem Extruder aufge­ schmolzen und einem Spinnbalken mit mehreren Spinnstellen zugeführt. Jede Spinnstelle ist mit jeweils zwei Spinn­ düsen ausgerüstet. In jeder Spinndüse befinden sich 90 Rundlochbohrungen ⌀ 0,3 mm. Mittels Polymerpumpen er­ folgt die Dosierung der Schmelze, wobei die Durchsatz­ menge konstant 120 g/min und Spinnstelle beträgt. Die aus den Spinndüsen gepreßten 4 Fadenscharen durchlaufen ein 320 mm langen Luftkühlsystem und werden von 4 Ver­ streckinjektoren aufgenommen und bis zu einem Einzel­ titer von 0,22 tex gereckt. Das Aufprägen der Reckkraft auf die Fadenscharen erfolgt im wesentlichen in Führungs­ rohren 3, an deren Ende Blasköpfe 2 angeordnet sind.

Beispiel 1

Die Blasköpfe 2 mit einem Öffnungsmaß ⌀ 15 mm sind um λ = 15° von der Vertikalen entgegen der Vliestrans­ portrichtung auf der Auffangeinrichtung 7 abgewinkelt. In einem Abstand von 60 mm zum Ausgang der Blasköpfe 2 sind Strahlblenden 5 montiert. Sie schließen mit der Vertikalen entgegen der Abwinklung der Blasköpfe einen Winkel β = 8° ein, so daß Blasköpfe 2 und Strahlblenden 5 insgesamt einen Winkel von 23° einschließen. Die Strahl­ blenden 5 besitzen Öffnungen 8 mit einem Durchmesser von 2 mm, deren Abstand in der jeweiligen Reihe 4,6 mm und der Abstand der Reihen 6 mm beträgt. Die Reihen sind jeweils um 2,3 mm zueinander versetzt. Die Länge der Strahlblenden 5 beträgt 100 mm, der Aufprallpunkt 6 der Fadenschar 1 liegt etwa in der Mitte der Strahl­ blenden. Die Unterkanten der Strahlblenden 5 besitzen einen Abstand 1 = 690 mm zur Auffangeinrichtung 7. Gegenüber den Strahlblenden 5 sind abgewinkelte Abluft­ schirme in einem Winkel γ = 15° zur Vertikalen ange­ bracht, die im Bereich der Unterkanten mit den Strahl­ blenden Spalte der Breite z = 5 mm bilden.

Die Blasköpfe 2 sind über Hebel 4 mit einem Trans­ lationsorgan, z. B. einem Kurbeltrieb, verbunden. Sie werden auf den Führungsrohren 3 um einen Winkel von 14° mit einer Frequenz von 96 min^-1 synchron geschwenkt. Dadurch wandert der Aufprallpunkt 6 der Fadenschar 1 horizontal über die jeweilige Strahlblende. Auf diese Weise wird die durch einen Blaskopf erreichbare Ablage­ breite vergrößert, indem die gespreizte Fadenschar 14 senkrecht zur Vliestransportrichtung ausgelenkt wird. Der Abstand der Führungsrohre zueinander beträgt 140 mm. Die gespreizten Fadenscharen 14 legen sich im Verbund gleichmäßig aneinandergereiht auf der Auffangeinrichtung 7, einem perforierten Transportband, zu einem Elementar­ fadenvliesstoff 13 mit einer Flächenmasse von 32 g/m² ab.

Durch einen Kalander erfolgt anschließend die thermische Fixierung des Elementarfadenvliesstoffes 13. Die Ablage auf der Auffangeinrichtung 7 wird unterstützt durch eine Abluftsaugeinrichtung 12 mit Lochblech 11.

Der Variationskoeffizient der Gleichmäßigkeit der Masse­ verteilung beträgt bei dem auf diese Weise erzeugten Elementarfadenvliesstoff 4,8% gegenüber 10,2% unter Einsatz eines bekannten Prallbleches.

Durch Variation der genannten Variablen im Bereich der erfindungsgemäß vorgegebenen Grenzen lassen sich die Vliesstoffeigenschaften den geforderten Parametern, ins­ besondere der Festigkeit längs/quer, anpassen.

Beispiel 2

Gegenüber Beispiel 1 sind die Strahlblenden 5 zusätzlich mit Aufwölbungen 9 versehen. Bei gleicher Öffnungs­ größe und -anordnung ragen die Aufwölbungen 9 an ihrem höchsten Punkt um s = 2 mm über die Oberfläche der Strahl­ blende. Ebenso betragen ihre maximale Breite und ihre Länge 2 mm. Die Blasköpfe 2 sind um 25° und die Strahl­ blenden 5 um 15° von der Vertikalen abweichend geneigt. Somit ergibt sich zwischen beiden ein Winkel von 40°. Durch die partielle Ablenkung der Luftströmungen über den Öffnungen 8 werden auch bei diesem Winkel noch pulsierende Einzelluftströme analog Beispiel 1 erzielt.

Beispiel 3

In dieser Variante sind die Strahlblenden 5 zu einer breiten Strahlblende 5′ vereinigt. Dadurch wird einer­ seits der Fertigungsaufwand reduziert, zum anderen sind größere Auslenkungen der Blasköpfe 2, d. h., bis δ = 90° möglich, womit die durch eine Spinnstelle überdeckbare Vliesbreite maximiert wird. Im übrigen ist, wie in Beispiel 1 dargelegt, zu verfahren.

Beispiel 4

In einer weiteren Variante sind die Strahlblenden 5 um ihre Längsachse schwenkbar angeordnet. Durch diese Schwenkbewegung allein oder in Verbindung mit einer überlagerten Schwenkbewegung der Blasköpfe 2 können die Ablagebedingungen darüber hinaus zielgerichtet beeinflußt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum gleichmäßigen Ablegen der Elementar­ fäden beim Herstellen eines Vliesstoffes im Direktver­ fahren, bei der an den Injektoren angeordnete Führungs­ rohre, welche der Fadenführung und dem Aufprägen der Reckkraft dienen, an ihren Enden abgewinkelt sind und unterhalb eine ebene Ablenkeinrichtung über einer be­ wegten Auffangeinrichtung angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Ablenkeinrichtung Strahlblenden (5) in einem Winkel 5° β 15° zur Vertikalen angeordnet sind, die Öffnungen (8) mit einem Durchmesser 1 mm d 3 mm, vorzugsweise 2 mm, aufweisen, deren horizontaler Ab­ stand 1,5 d a 3 d, vorzugsweise 2,3 d und deren vertikaler Abstand 2 d b 6 d, vorzugsweise 3 d, beträgt und die Reihen bei einem Abstand von b 4 d mindestens um ^a /₆ zueinander versetzt sind, daß die Länge der Strahlblenden (5) vom Aufprallpunkt (6) der Fadenscharen bis zu den Unterkanten g 100 mm und der Abstand Unterkante zur Auffangeinrichtung (7) 1 800 mm betragen und daß die an den Führungsrohren (3) angebrachten Blasköpfe (2) um 15° λ 25° entgegen den Strahlblenden (5) von der Vertikalen angewinkelt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den Öffnungen (8) schräge Aufwölbungen (9) vorhanden sind, deren höchster Punkt im Bereich der Obergrenze der Öffnungen angeordnet ist, wobei dieser Punkt die Grundfläche der Strahlblenden um 0,2 d s d, vorzugsweise 0,4 d überragt, die Länge der Aufwölbungen 0,5d h 2d, vorzugsweise 1,2d, beträgt und ihre Breite an den Öffnungen ihr Maximum mit d hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß gegenüber den Strahlblenden (5) Abluft­ schirme (10) in einem Winkel 8° γ 20° nach der anderen Seite von der Vertikalen abweichend angeordnet sind und an ihrem unteren Ende so abgeknickt sind, daß sie dort parallel zu den Strahlblenden unter Bildung eines Spaltes verlaufen, dessen jeweilige Breite 2 mm z 10 mm beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blasköpfe (2) um einen Winkel 10° δ 90° drehbar an den Führungsrohren angebracht und über Hebel (4) mit einem Translationsorgan verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlblenden (5) zu einer durchgängigen Strahl­ blende (5′) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlblenden (5) um ihre Längsachse schwenkbar angeordnet sind.