DE68925541T2

DE68925541T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Garn mit wechselnder Drehrichtung und auf diese Weise hergestelltes Garn

Info

Publication number: DE68925541T2
Application number: DE68925541T
Authority: DE
Inventors: Donald Earl Hallam; Peter Popper; Harold Francis Staunton; Robert Edward Taylor; Paul Wesley Yngve
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2009-04-15
Also published as: EP0337804B1; AU3279689A; EP0337804A1; US4873821A; AU607107B2; CA1336250C; DE68925541D1; JPH0226933A; JP2897130B2; KR890016232A

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen beim Fachen gedrehtes Garn und betrifft im besonderen mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn sowie das Verfahren zur Herstellung eines solchen Garns aus einzelnen Garnsträngen.

Hintergrund

Das meiste Garn, das zum Einsatz als Flor in Schnittflorteppichen bestimmt ist, wird durch Verdrehen von zwei oder mehreren einzelnen drehungslosen, gekräuselten Garnen mit gleicher Länge umeinander hergestellt, so daß beim Fachen gedrehte Garne entstehen. Diese Garne weisen über ihre Länge einen ziemlich einheitlichen Grad an echter Drehung auf. Dann läßt man auf das Garn, während es entspannt wird, entweder heiße Luft oder Dampf einwirken, so daß die Fasern in der beim Fachen gedrehten Konfiguration fixiert werden und so daß sie in dieser Form verbleiben, wenn sie zerschnitten werden. Die Geschwindigkeit des Fachens ist begrenzt auf etwa 35 Meter pro Minute auf Grund der Trägheitsprobleme beim Drehen einer Vorlagegarnspule um die andere oder auf Grund des aerodynamischen Widerstandes, wenn ein Garn mit einem Führungsflügel um das andere gedreht wird.
Um die gedrehten, heißfixierten Garne zusammenzuhalten und ein tuftartiges Aussehen bei normaler Begehungsabnutzung auf einem Schnittflorteppich zu erzielen, ist ein bestimmter Drehungsgrad erforderlich. Da das Drehen ein teurer Arbeitsgang ist, versuchen Teppichhersteller, den geringsten für den Vorgang notwendigen Grad anzuwenden, und durch ungleichmäßige Drehung bilden sich Bereiche mit unter dem Standard liegender Drehung. Diese Bereiche neigen dazu, sich zu trennen und zu verfilzen, und erscheinen als Fehler im Teppich.
Mit bisherigen Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn (ATP), z. B. dem in US-A-3434275, wurde ein Erzeugnis hergestellt, jedoch nur auf Kosten der Geschwindigkeit oder der Qualität oder beider im Vergleich zu einem kontinuierlich gedrehten Erzeugnis. Um ein Erzeugnis herzustellen, das auf dem Markt wettbewerbsfähig ist, sind Geschwindigkeiten von mehr als 200 yd/min (183 Meter pro Minute) wichtig. Wichtige Qualitätskriterien bei jeder Geschwindigkeit sind gleichmäßige Drehung, minimale Knotenlänge und geringe Knotenhäufigkeit pro Yard. Die Knoten sind vorzugsweise sehr kurz und liegen weit auseinander, und die Drehung ist bis hin zum Knoten gleichmäßig.
Bei den bevorzugten hohen Geschwindigkeiten sind diese Qualitätskriterien noch schwerer zustande zubringen. Bisher angewandte Verfahren waren ebenfalls nicht anpaßbar an rasche Änderungen der Einstellung bei unterschiedlichen Garnen oder Verarbeitungsbedingungen sowie an Änderungen der Anlagengeschwindigkeit und der Garnlänge zwischen den Knoten.
Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn mit "nicht gebundenen" Knoten umfassen das kontinuierliche Zuführen und Drehen der Stränge aus Einfachgarn und des gefachten Garns und das intermittierende Stoppen oder den Wechsel der Drehrichtung der Stränge aus Einfachgarn, ohne deren Zuführbewegung zu stoppen. An den Drehrichtungswechselstellen der Einfachgarne werden die Einfachgarne nur durch die Reibung zwischen den Filamenten aneinander befestigt. Es wurden lange Abstände zwischen den Knoten gebildet, der Verlust an Einfachgarnen und an Drehung beim Fachen sowie die mangelnde Gleichmäßigkeit der Drehung, insbesondere im Bereich des nicht gebundenen Knotens, bildeten ernstliche Qualitätsprobleme, und auch die Geschwindigkeiten waren geringer als erwünscht.
Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn mit "gebundenen" Knoten umfassen das kontinuierliche Zuführen und Drehen der Stränge aus Einfachgarn und des gefachten Garns und den intermittierende Richtungswechsel der gedrehten Stränge aus Einfachgarn, ohne die Zuführbewegung der Stränge zu stoppen. An den Richtungswechselstellen der Einfachgarne werden die Einfachgarne zusammengeführt und aneinander gebunden, bevor die Einfachgarne miteinander gefacht werden.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn mit "gebundenen" Knoten umfaßt das Stoppen der Zuführbewegung, das Klammern der Stränge an zwei Stellen, das Drehen der Einfachgarnstränge in der gleichen Richtung an einer Stelle zwischen den Klammern, das Binden der ausgerichteten Richtungswechselstellen der Einfachgarne aneinander an zwei Stellen, das Entklammern der Garne, damit sie gefacht werden können, und das Einbringen von zwei Richtungswechsel knoten, bevor die Schritte wiederholt werden. Mit einem solchen Verfahren läßt sich eine annehmbare Qualität erzielen, es erfordert jedoch ein präzises Stoppen an einem vorher gebundenen Richtungswechselknoten, und das ist ein langwieriges, mühevolles Verfahren.
Mit den bisher angewandten Verfahren wurden zwar Verfahren offenbart, um kurze Segmente aus gleichmäßig gedrehten Garnen mit häufigem Drehrichtungswechsel herzustellen, es liegen jedoch keine Offenbarungen vor, mit dem der Fachmann einen Prozeß mit einer Geschwindigkeit ausführen könnte, die gleich oder größer ist als die beim herkömmlichen echten Drehen beim Fachen, und dabei ein befriedigendes Erzeugnis mit einer sehr gleichmäßigen Drehung herzustellen. Bei dem Versuch, die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden die Garne, wenn sie kraftvoller gedreht werden, um sie rascher drehen zu können, auch fester, so daß sie einen ungeeigneten Bausch besitzen, wenn sie zu einem Teppich getuftet werden, und eine solche Verfestigung kann sehr stark über die Länge der gedrehten Bereiche schwanken und sogar zum Fadenbruch führen. Weiterhin nehmen die Drehrichtungswechelstellen in Garnen, die kurze Abstände zwischen den Drehrichtungswechselstellen aufweisen, einen wesentlichen prozentualen Anteil an der Garngesamtlänge ein und sind häufig an der Oberfläche eines Schnittflorteppichs zu erkennen. Flornoppen, die an einem gebundenen Knoten geschnitten werden, sind fester als diejenigen, die zwischen den Knoten geschnitten werden, und je häufiger sie auftreten, desto weniger gleichmäßig erscheint der Teppich. Daher ist es wünschenswert, die Abstände zwischen den Knoten so groß wie möglich anzulegen, damit sie nur minimal sichtbar sind.
Weiterhin müssen die Knoten, wenn sie befestigt sind, eine genügende Festigkeit besitzen, um sich unter Spannung und Abriebwirkung, die bei der anschließenden Verarbeitung und dem Tuften zu einem Teppich auftreten, nicht zu lösen. Wenn auch nur ein Knoten nicht hält, drehen sich die gefachten Fadenlagen auf einem Stück auf und bilden separate Bereiche, die sich in dem Teppich miteinander verfilzen und als Streifen oder Fehler auftreten. Deshalb ist es äußerst wichtig, jeden Knoten hinreichend fest anzubringen, damit fehlerfreie Teppichware entsteht.
In US-A-4173115 wird eine Vorrichtung zum Verbinden von Strängen aus synthetischem Garn offenbart, worin die Stränge einzeln gedreht werden, so daß sie falsch gedrehte Stränge mit in Längsrichtung beabstandeten Knoten bilden, an denen die Drehrichtung wechselt. Es gibt Einrichtungen, um die Stränge auszurichten und die Knoten der Stränge in Kontakt zu bringen. Die Stränge werden mittels Heizeinrichtungen an den Knoten miteinander verschweißt, wobei die Temperatur im wesentlichen an dem Erweichungspunkt der Stränge liegt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn, worin in einer Richtung gedrehte Einfachgarne miteinander gefacht werden, umfassend das Binden der beim Fachen gedrehten Garne aneinander, bevor die Drehrichtung der Garne gewechselt wird.
Ebenso umfaßt das Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn aus einer Vielzahl von Strängen gemäß der Erfindung die Schritte des Zuführens der Stränge nebeneinander unter Spannung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf einem Wege, des Drehens der Stränge in der gleichen Richtung, in der sie auf ihrem Wege laufen, des Fachens der gedrehten Stränge, des Stoppens der Vorwärtsbewegung der Stränge, des Bindens der beim Fachen gedrehten Stränge aneinander, so daß eine Bindung entsteht, des Stoppens des Drehens der Stränge und dann denjenigen des Wiederholens der Schritte, wobei die Stränge in einer anderen Weise gedreht werden, so daß ein Fachungswechselknoten nahe an der Bindung entsteht. Die Zuführungsgeschwindigkeit der Stränge wird vorzugsweise zwischen der Ausbildung der Knoten verringert, und bei dem Wiederholen der Schritte werden die Stränge in der Gegenrichtung gedreht, so daß benachbarte gedrehte Bereiche gleichmäßig stark gedreht werden.
Die Vorrichtung zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn mit einem festen Abstand zwischen den Knoten, die Bereiche mit wechselnder Drehrichtung in dem Garn begrenzen, umfaßt nacheinander eine Zuführungsquelle für die Stränge, eine Einrichtung zum Spannen der Stränge, eine Einrichtung zum Drehen der Stränge, eine Einrichtung, um das Garn zusammenzudrücken und an den Knoten aneinanderzubinden, und eine Einrichtung zum Zuführen des Garns. Das Verhältnis des Abstands zwischen der Spanneinrichtung und der Dreheinrichtung zu dem festen Abstand beträgt mindestens 2, das Verhältnis des Abstands zwischen der Dreheinrichtung und der Bindeeinrichtung zu dem festen Abstand beträgt mindestens 0,02, und das Verhältnis des Abstands zwischen der Bindeeinrichtung und der Beförderungseinrichtung zu dem festen Abstand beträgt mindestens 2.
Gemäß der Erfindung ist ein mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn eines, das hergestellt ist aus einer Vielzahl von gedrehten Strängen, worin das Garn mit wechselnden Richtungen in Längsabständen zwischen Richtungswechselknoten beim Fachen gedreht wird, wobei nahe an jedem Richtungswechselknoten eine Bindung gebildet wird, worin die Mitte der Bindung nicht mit der Mitte des Richtungswechselknotens ausgerichtet ist.
Ebenfalls gemäß der Erfindung ist ein mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn eines, das hergestellt ist aus einer Vielzahl von Strängen, die in wechselnden Drehrichtungen in Längsabständen zwischen gebundenen Richtungswechselknoten gedreht werden, wobei die Bindungen nahe an dem Richtungswechselknoten liegen und die durchschnittliche Bindungslänge der gebundenen Richtungswechselknoten kleiner ist als die durchschnittliche Länge einer Drehung bei der Drehung beim Fachen.
Ein weiteres mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn gemäß der Erfindung ist eines, das hergestellt ist aus einer Vielzahl von gedrehten Strängen, wobei das Garn beim Fachen in wechselnden Richtungen in Längsabständen in ersten Halbzyklen der Drehung beim Fachen gedreht wird, die gefolgt werden von zweiten Halbzyklen der Drehung beim Fachen zwischen den Richtungswechselknoten, wobei eine Bindung nahe an jedem Richtungswechelknoten gebildet wird, worin der erste Halbzyklus der Drehung beim Fachen innerhalb der Bindung liegt und der zweite Halbzyklus der Drehung beim Fachen an einem Ende der Bindung entsteht.
Weiterhin ist ein Garn gemäß der Erfindung eines, das hergestellt ist aus einer Vielzahl von Multifilamentsträngen, die in wechselnden Richtungen gedreht sind und in Längsabständen mit einer Bindung nahe an einem Richtungswechselknoten zusammengehalten werden, wobei die Bindung eine Querschnittsfläche aufweist, die von einem mittigen Bereich aus dicht geschlossenen Filamenten und von am Umfang angeordneten Bereichen von locker zusammengeführten Filamenten gebildet wird.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß dieser Erfindung können mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, wobei ein mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn von hoher Qualität hergestellt wird, und wobei dies überraschenderweise mit einer intermittierenden Zuführung der Stränge erfolgt. Ebenso ist das Bindungsverfahren einzigartig dadurch, daß die Bindung gebildet wird, nachdem die gedrehten Einfachgarne miteinander gefacht werden konnten, und bevor die Drehrichtung der Einfachgarne gewechselt wird. Der Richtungswechselknoten wird nahe an der Bindung gebildet, nachdem die Bindung erfolgt ist. Es erfolgt eine neuartige Abfolge der Schritte, mit denen das Problem der genauen Positionierung bei dem oben beschriebenen Start- und Stopp-Verfahren beseitigt wird. Durch die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Koordinierung der neuartigen Schritte kommt es zu einem mit hoher Geschwindigkeit laufenden Verfahren, mit dem ein früher nicht zustandezubringendes, mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn von hoher Qualität hergestellt wird. Die Koordinierung zwischen den Stufen läßt sich rasch und leicht ändern, indem der Zeittakt der Maschinenfunktionen, vorzugsweise durch eine einfache Eingabe auf der Tastatur an einem programmierbaren Regler, geregelt wird.
Das Erzeugnis gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn, bestehend aus einer Vielzahl von Strängen, die in wechselnden Richtungen in Längsabständen zwischen den Richtungswechselknoten gedreht werden, wobei ein Abstand von mindestens 100 Drehungen des gefachten Garns zwischen jedem Knoten vorhanden ist, wobei eine Knotenlänge weniger als zwei Durchmesser des Strangs oder, als Alternative, weniger als eine Vierteldrehung des gefachten Garns beträgt. In dem gefachten Garn wird, bevor der Richtungswechselknoten gebildet wird, eine Bindung hergestellt, worin die Mitte der Bindung nicht mit der Mitte des Richtungswechselknotens ausgerichtet ist und die Stränge an dem Knoten in einem unregelmäßigen Verhältnis zueinander aneinander gebunden werden. Die Knotenlänge ist kleiner als die Länge der Bindung. Das Erzeugnis gemäß der Erfindung ist des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen ein quadratwellenartiges Drehungsprofil, eine sehr kurze Länge mit gestörter Drehung an dem Richtungswechselknoten und eine Knotenfestigkeit von mindestens 50% der Festigkeit des Einfachgarns aufweist.
Die Zuführgeschwindigkeit sollte mit dem Drehungszyklus in Einklang gebracht werden, damit einheitliche Drehungsgrade entstehen. Vorzugsweise sollte mindestens eine Drehung zwischen dem Ausgang der Dreheinrichtung und der Bindeeinrichtung vorhanden sein.
Die Vorrichtung zum Binden der gedrehten Garnstränge aneinander ist vorzugsweise ein mit Ultraschall erregtes Horn mit einer Erregungsfläche, die der das Garn erfassenden Fläche eines Ambosses gegenüberliegt, die in Kontakt mit dem Horn gebracht werden kann. Die das Garn erfassende Fläche des Ambosses ist so konfiguriert, daß sie die Garne nebeneinander in einer Ebene senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen des Horns und des Ambosses anordnet.
Ein Garn oder alle Garne, die beim Fachen gedreht werden sollen, werden vorzugsweise mit einem Plastifikator und/oder einem Material behandelt, das die Kohäsion vor dem Bindevorgang verbessert.
Außerdem kann das bei dem Zuführvorgang hergestellte Garn so angesammelt werden, daß es mit einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt werden kann, z. B. zu einem Wickler. Ebenso kann das Garn vor dem Aufwickeln einer kontinuierlichen Fixierung mit Dampf oder heißer Luft unterworfen werden. Die gefachten Garne können auch durch einen Einfachgarn- Kanal zu einer im Anschluß an die Ultraschallvorrichtung angeordneten Verstärkerzwirndüse geführt werden, wobei die Düse das gefachte Garn gleichzeitig mit den Einfachgarnen und vorzugsweise in einer Richtung dreht, die entweder die gleiche ist wie bei den Einfachgarnen oder die diesen vorzugsweise entgegengesetzte ist. Es kann ein Spannungswandler eingesetzt werden, der die augenblickliche Spannung in den gefachten Garnen überwacht, während diese gefacht werden, und der Ausgangswert kann als ein Element eines automatischen Prozeßsteuerungssystems genutzt werden. Wahlweise kann ein Garn oder können mehrere Garne zwischen den in Fachung befindlichen Garnen eingefügt werden, vorzugsweise dann, wenn diese aus der Zwirndüse austreten.
Wahlweise können die einzelnen Garne durch ein Druckfluid in nur einer einzigen Richtung gedreht werden, wobei die Garne bei einer Zuführbewegung gleichzeitig gedreht werden, wobei die Garne bei der nächsten Zuführbewegung miteinander beim Drehen gefacht werden können durch das entgegengesetzte Drehmoment, das sich in den Garnen entwickelt hat und von der Verstärkerdüse unterstützt werden kann, oder dem diese entgegenwirkt.
Die einzelnen Garnkomponenten besitzen vorzugsweise einen im wesentlichen gleichen Denier-Wert, und die Längen der Garnkomponenten sind im ungefachten Zustand im wesentlichen gleich. Die einzelnen Garnkomponenten sind vorzugsweise Stapelfasergarne oder Endlosfilament-Bauschgarne, die sich zur Verwendung für Teppiche eignen.
Das gefachte Garn besitzt vorzugsweise eine Einzelstrang-Restdrehung von weniger als einer Drehung pro cm, ein Verhältnis beim Fachen von der Mehrfachgarndrehung zur Einfachgarndrehung, das größer ist als 0,6, und eine Knotenfestigkeit von mindestens 50% der endgültigen Bruchfestigkeit der Filamente eines einzelnen Strangs.
Das Erzeugnis, das für die meisten Zwecke bevorzugt wird, weist zwar eine im wesentlichen gleichmäßige Einfachgarndrehung und Mehrfachgarndrehung in jedem gleichen S-Drehungs-oder Z-Drehungsbereich auf, die neuartigen Garne mit unterschiedlichen Drehungsgraden in Abschnitten der Bereiche, die eine veränderliche Länge aufweisen können, können jedoch durch geeignete Programmierung der primären Zwirndüse und/oder durch Aktivierung der Verstärkerdüse oder andere Funktionen hergestellt werden.
Obwohl die Vorlagegarne vorzugsweise aus gekräuselten Endlosfilamenten oder gekräuselten Stapelfasern zur Verwendung für Teppiche bestehen, können sie auch kleinere Anteile bis zu etwa 10% an ungekräuselten Fasern oder Filamenten enthalten, wie z. B. leitfähiges Material zur Regulierung der statischen Elektrizität, oder zur Schaffung von einigen visuellen Styling-Merkmalen. Gefachte Garne, entweder aus gekräuselten oder aus ungekräuselten Filamenten, können auch für Gewebe oder Gestricke, Seilerwaren oder Nähzwirn hergestellt werden.
Die Vorlagegarne können Denier-Werte im Bereich von 1000-3000 Denier, die gewöhnlich für Teppiche verwendet werden, bis zu 250-800 Denier besitzen, die sich für Bekleidung und Möbelstoffe eignen. Für Nähzwirn können noch niedrigere Denier-Werte zum Einsatz kommen. Der Grad der Drehung beim Fachen kann von einem Bereich von 3,0-3,5 Drehungen pro Zoll (1,2-2,2 Drehungen pro cm), die in herkömmlicher Weise für Teppiche verwendet werden, bis zu viel höheren Drehungsgraden reichen, die bei Bekleidung angewandt werden. Während das herkömmliche Drehen beim Fachen durch den Rückgang der Produktivität bei höheren Drehungsgraden stark eingeschränkt ist, unterliegt das vorliegende Erzeugnis einer Einschränkung vor allem durch den Verlust an Bausch, der gewöhnlich mit einem hohen Drehungsgrad einhergeht. Mit dem vorliegenden Verfahren lassen sich leicht Grade des Drehens beim Fachen von 5 tpi (1,8 Drehungen pro cm) oder mehr zustandebringen, wenn zum Beispiel Vorlagegarne von 1300 Denier verwendet werden, wobei die Verarbeitungsgeschwindigkeit wenig oder nicht sinkt, wodurch der Bereich der rentabel herstellbaren Erzeugnisse stark erweitert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 und Fig. 1A sind schematische Darstellungen der Vorrichtung bzw. der zugehörigen Steuerungselemente, die bei der Umsetzung des Verfahrens gemäß der Erfindung benutzt werden.
Fig. 2A-Fig. 2D sind schematische Darstellungen, die eine Drehdüse zeigen, die für die Umsetzung der Erfindung geeignet ist.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines mit Ultraschall erregten Horns und eines Ambosses zum Anbringen von Knoten.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf den Amboß von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine vergrößerte schematische Darstellung eines typischen gebundenen Knotens in einem Garn gemäß der Erfindung, die die Art der Drehung beim Fachen auf jeder Seite des Knotens zeigt.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte der die Richtung wechselnden Drehung zeigt.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die Einrichtungen zur Messung der Gleichmäßigkeit der Drehung beim Fachen an der Probe zeigt.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die einen Drehungszähler zur Messung der durchschnittlichen Drehung zeigt.
Fig. 9 und Fig. 9A sind Zeittaktdiagramme für das Verfahren gemäß der Erfindung, die einen vollständigen Zyklus bzw. einen vergrößerten Halbzyklus zeigen.
Fig. 10 ist ein Ablaufschema für ein Computer-Programm, mit dem die Verteilung der Drehungen gemäß der Erfindung erzielt wird.
Fig. 11, Fig. 12A, Fig. 12B und Fig. 13 sind Logikablaufpläne für das Steuerungssystem gemäß dieser Erfindung.
Fig. 14A, Fig. 14B und Fig. 14C sind Diagramme, die verschiedene Gleichmäßigkeitsgrade der Drehung in Garnen von Beispiel 1 zeigen.
Fig. 15A und Fig. 15B sind Diagramme, die die Drehung in Garnen von Beispiel 2 zeigen.
Fig. 16A, Fig. 16B und Fig. 16C sind Diagramme, die die Ergebnisse von Beispiel 5 zeigen.
Fig. 17 ist eine (100-fach) vergrößerte Aufnahme eines repräsentativen Querschnitts durch eine Bindung, die in dem mit wechselnder Drehrichtung gefachten Garn gemäß dieser Erfindung gebildet wird, längs der Linie C-C von Fig. 5.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In Fig. 1 werden gekräuselte Multifilamentgarnstränge 10 für Teppiche von Vorlagespulen 12 durch Bohrungen 14a in der Siebwand 14 über eine Appreturaufbringvorrichtung 17 zu Fadenspannern 16 geführt und laufen in die Zwirndüse 20 ein, die ausführlicher in Fig. 2A-Fig. 2D dargestellt ist. Durch pneumatische Ventile 22, die von dem Regler 24k programmiert werden, werden zwei Kanäle der Zwirndüse 20 mit Druckluft beaufschlagt. In der Zwirndüse 20 werden die Garne 10 in wechselnden Richtungen in dem Bereich zwischen den Fadenspannern 16 und der Zwirndüse 20 gedreht. Die Garne werden beim Fachen zusammengedreht, während sie aus der Zwirndüse 20 austreten, und werden durch das mit Ultraschall erregte Horn 26 und den zugehörigen Amboß 27 periodisch zusammengedrückt und aneinander gebunden, während ihre Vorwärtsbewegung gestoppt wird. Im Anschluß an das mit Ultraschall erregte Horn 26 ist eine einzelne Verstärker-Zwirndüse 28 angeordnet, deren Konstruktion ähnlich einer Hälfte der Zwirndüse 20 ist und die zur Drehung beim Fachen in einer Weise beiträgt, die im Britischen Patent Nr. 2,022,154 offenbart ist und im folgenden ausführlicher beschrieben wird. Dann laufen die gefachten Garne 30 zwischen Zugwalzen 40 hindurch, die die Garne 30 erfassen und sie in einem Zyklus beschleunigen und verlangsamen, der durch den Regler 24a gesteuert wird. Bei Bedarf kann zwischen der Verstärkerdüse 28 und den Zugwalzen 40 ein Spannungswandler 32 angeordnet werden, der eine augenblickliche Spannung in den gefachten Garnen 30 erkennt, und der Ausgangswert des Wandlers kann dazu dienen, zu der automatischen oder manuellen Steuerung des Zyklus beizutragen. Soll ein Garn, wie z. B. ein antistatisches Garn, eingefügt werden, kann es von der Spule 13 über einen zwischen den in Fachung befindlichen Garnen am Ausgang der Zwirndüse 20 angeordneten Fadenführer zugeführt werden.
Der mit L&sub1; bezeichnete Abstand zwischen den Fadenspannern 16 und der Zwirndüse 20 bildet eine Zone, der Abstand L&sub2; zwischen der Zwirndüse 20 und dem mit Ultraschall erregten Horn 26 bildet eine weitere Zone, und der Abstand L&sub3; zwischen dem mit Ultraschall erregten Horn 26 und den Aufwickelwalzen 40 bildet eine dritte Zone.
Die Garne 30 können dann entweder auf eine Spule gewickelt werden oder wahlweise direkt zu einer Ablegevorrichtung 50 laufen, die sie in einem Muster von sich überlappenden oder durchgehenden Garnspiralen 54 auf einem laufenden Band 52 ablegt. Das Band 52 führt dann die Garnspiralen 54 in einen Heiztunnel 56, der die Garne so aufheizt, daß sie in der beim Fachen gedrehten Konfiguration mit Sattdampf fixiert werden. Am Austrittsende 58 des Tunnels werden die Garne 30 von dem Band abgenommen und auf die Spule 60 gewickelt. Durch den Heiztunnel 56 kann mehr als eines der gefachten Garne 30 gleichzeitig laufen.
Da das Drehen und das Befestigen der Knoten intermittierend erfolgt und die nachfolgenden Arbeitsgänge kontinuierlich verlaufen, ist es wünschenswert, eine kurzzeitig wirkende Sammelvorrichtung vor der nächsten, mit konstanter Geschwindigkeit laufenden Vorrichtung vorzusehen. Das einfachste Mittel ist, lange freie Zwischenräume zwischen sich intermittierend bewegenden und sich kontinuierlich bewegenden Elementen vorzusehen. Da die wechselnde Drehung wie eine Feder wirkt, wirkt das Garn selbst als Sammelvorrichtung. Weitere kurzzeitig wirkende Sammelvorrichtungen könnten mechanische Tänzerwalzen oder Druckluftsysteme sein, die einen Luftstrom quer zu dem Garn zwischen zwei Seitenplatten herstellen und dadurch das Garn in Perioden einer geringen axialen Spannung ablenken und das Garn bei hoher axialer Spannung freigeben.
In Fig. 2A-Fig. 2D weist die Zwirndüse 20 zwei parallele Garnlaufkanäle 19 auf, die in Fig. 2A zu sehen sind und von denen jeder durch zwei Luftkanäle 21 und 21a aufgenommen wird, die tangential zu den Garnkanälen 19, jedoch an verschiedenen Stellen längs der Achse liegen, wie in Fig. 2b zu sehen ist. Wahlweise können die Garnkanäle 19 in Richtung zu ihren Austritt senden konvergieren. Fig. 2C und Fig. 2D sind Querschnitte der Düse 20 längs der Linie C-C bzw. D-D. Werden die Luftkanäle 21 oder 21a abwechselnd mit Druckluft beaufschlagt, werden die Garne zuerst in einer Richtung und dann in der Gegenrichtung gedreht.
Fig. 3 und Fig. 4 stellen das mit Ultraschall erregte Horn 26 und den zugehörigen Amboß von Fig. 1 etwas ausführlicher dar, worin das mit Ultraschall erregte Horn 26 mit dem Amboß 27 zusammengreift, wenn der Amboß vertikal bewegt wird. Zwischen dem Amboß 27 und dem Amboßkolben ist eine Feder (nicht dargestellt) angeordnet und reguliert den Druck. Die Feder besitzt vorzugsweise eine hohe Federkonstante, so daß sie die Schwingungen des Horns 26 aushält. Der Schlitz 31 in der Oberfläche des Ambosses 27 liegt der Erregungsfläche 26a des Horns 26 gegenüber. Die Vorder-, Hinter- und Zwischenflächen, die mit 31a bzw. 31b bzw. 31c bezeichnet sind, sind in Richtung zu der Längsachse des Schlitzes 31 abgewinkelt. Das gefachte Garn 30 läuft in die Ebene der Zeichnung hinein und liegt normalerweise direkt unter der Spitze 26a des Horns 26. Soll ein Knoten befestigt werden, hebt sich der Amboß 27 und erfaßt das beim Fachen gedrehte Garn 30. Das Breitenmaß 29 des Schlitzes 31 ist annähernd auf den Durchmesser von einer der Fachungen des gefachten Garns eingerichtet, so daß das gefachte Garn fest in den Schlitz 31 paßt, wenn die Stränge zwischen der Erregungsfläche des Horns und der Oberfläche des den Schlitz 31 enthaltenden Ambosses liegen. Der Schlitz 31 ist abgeschrägt, so daß das Garn in eine kontrollierte Ebene 29a n dem Schlitz gepreßt wird, wenn sich der Amboß 27 hebt und das Garn 30 erfaßt. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, liegt das Garn in einem von dem Horn und dem Schlitz gebildeten Kanal. Dadurch wird das gefachte Garn festgehalten und an einem gedrehten Bereich zusammengedrückt, wo sich die Stränge überschneiden. Der Amboß 27 bewegt sich weiter nach oben und preßt das Garn 30 gegen die Spitze 26a des Horns 26, das kontinuierlich erregt wird, die gefachten Garne aufheizt und eine thermische Bindung aneinander zwischen diesen herstellt.
Das Dickenmaß 28 des Horns 23 bildet eine Passung mit einem geringen Spielraum mit dem Maß 29 des Schlitzes 31. Das Horn besteht vorzugsweise aus einem Material, das einen geringen Klangverlust aufweist, und der Spielraum zwischen dem Horn 23 und dem Schlitz 31 des Ambosses beträgt nur wenig mehr als der Durchmesser von einem der einzelnen Filamente der Teppichgarnstränge 20. Zwei geeignete Materialien sind Titan und Aluminium. Der mit dem Garn in Berührung kommende Bereich des Ambosses sollte aus einem Material sein, das eine geringe thermische Leitfähigkeit, eine gute Abnutzungsbeständigkeit und Antiklebeeigenschaften aufweist. Polyimidharze und bestimmte keramische Stoffe sind geeignete Materialien. Ebenso wurde festgestellt, daß ein Amboßteil aus Messing gut funktioniert.
Der Ultraschallwandler kann entweder magnetostriktiv oder piezoelektrisch sein, obwohl ein piezoelektrischer Wandler auf Grund seiner hohen Umwandlungsfähigkeit von elektrischen Wirkungen in Schwingwirkungen bevorzugt wird, was besonders wichtig ist auf Grund seiner kontinuierlichen Arbeitsweise. Wahlweise können das durch Ultraschall erregte Horn und der Ultraschallwandler zu einer einstückigen Einheit geformt werden, um die Gesamtgröße zu verkleinern und eine kompaktere Bindungsanordnung zu schaffen.
Die von dem durch Ultraschall erregten Horn 26 erzeugte Schwingungsenergie kann im Frequenzbereich von 16-100 KHz liegen, der bevorzugte Resonanzfrequenzbereich beträgt jedoch 20-60 KHz, und die beste Bindeleistung wird bei etwa 40 KHz erzielt. Die Schwingungsamplitude an der Spitze des Horns 26 liegt im Bereich von 0,0015-0,0025 Zoll (0,038 - 0,064 Millimetern). Während des gesamten Ablaufes dieses Prozesses wird die Elektroenergie vorzugsweise kontinuierlich an den Wandler geleitet, um das beim Drehen gefachte Garn aneinander zu binden, und liegt im Bereich von 50-80 Watt, was eine Stromdichte von mehr als 1500 Watt/cm² an der Bindungsspitze ergibt. Diese hohe Stromdichte ist notwendig, damit die sehr kurzen Bindezeiten (< 50 ms) entstehen.
Der Kraftaufbringdruck auf das Garn zwischen dem Amboß und dem Horn ist ein wichtiger Parameter, um eine gute Bindung zu erzielen. Die Kraft wird reguliert von der Feder zwischen der Betätigungsvorrichtung für den Amboß und dem Amboß. Der Amboß ist in bezug auf die Betätigungsvorrichtung axial beweglich und wird von der Feder bis zum Ende dieser Bewegungsbahn gedrückt. Die Betätigungsvorrichtung wird so eingestellt, daß die Basis des Schlitzes im Amboß gerade noch das Ende des Horns freigibt, wenn kein Garn an der ausgefahrenen Position der Betätigungsvorrichtung vorhanden ist. Ist Garn vorhanden, verschiebt diese den Amboß nach unten in bezug auf die Betätigungsvorrichtung und drückt dabei die Feder zusammen, die eine vorbestimmte Kraft ausübt. Auf diese Weise kann eine große Betätigungskraft dazu dienen, den Amboß schnell zu bewegen, während die Zusammendrückkraft geringer ist als die von der zusammengedrückten Feder ausgeübte. Wie festgestellt wurde, wirkt eine Zusammendrückkraft von etwa 5-10 Pounds gut. Eine solche Anordnung aus Feder und Amboß ist offenbart in U.S. 3,184,363, das hiermit durch Bezugnahme auf diese Offenbarung einbegriffen wird. Bei Betrieb beginnt und endet der Bindevorgang, indem auf die zwischen dem Horn und dem Amboß eingeklemmten Garne ein Druck aufgebracht und von ihnen weggenommen wird. Das Horn wird kontinuierlich erregt, und seine Energie wird nur während des Zeitraums an das Garn angelegt, in dem der Druck aufgebracht wird.
Überraschenderweise benötigt die Bindung keine gesonderte Kühlzeit unter Druck, bevor sich die Bindung über den Prozeß fortsetzt und feste Bindungen entstehen. Die während des Bindens aneinander auf die Garne aufgebrachte Spannung trägt dazu bei, die Filamente zu verfestigen, und hilft beim Einführen der gefachten Stränge in den Amboßschlitz, während die Winkelorientierung der gefachten Stränge aufrechterhalten wird, die beim Binden aneinander im wesentlichen erhalten bleibt.
Fig. 5 ist eine vergrößerte schematische Darstellung eines gefachten Garns 30 gemäß der Erfindung nahe an einem Richtungswechselknoten 50, der mit dem durch Ultraschall erregten Horn 25 gebunden wurde und eine Bindung 51 mit einer mit 51a bezeichneten Länge aufweist, die geringer ist als die Länge einer Drehung, d. h. die Länge 30a. Die Länge der Bindung 51- ist vorzugsweise ebenfalls kleiner als das 2,0-fache des Durchmessers der gefachten Garne. Die Zone 53 rechts von dem Richtungswechselknoten 50 ist beim Fachen in einer Richtung gedreht (Z-Drehung), und die Zone 55 links von dem Richtungswechselknoten ist in der Gegenrichtung gedreht (S-Drehung). Der Drehungsgrad in der Zone 53 ist annähernd gleich demjenigen in der Zone 55, und der Drehungsgrad ist in jeder der Zonen annähernd konstant.
Wie in Fig. 5 zu sehen ist, sind die Mitte der Bindung 51, die mit der Linie 51b bezeichnet ist, und die Mitte des Richtungswechselknotens 50, die mit der Linie 51c bezeichnet ist, nicht miteinander ausgerichtet, und die Stränge 10 werden in einem Winkelverhältnis zueinander aneinander gebunden, das durch den Winkel A dargestellt wird, der zwischen den Linien 10a und 10b eingeschlossen ist, die die Längsachsen des Strangs 10 an dieser Stelle darstellen. Der Winkel A ist im allgemeinen etwa der gleiche wie der Winkel der benachbarten ungebundenen, beim Fachen gedrehten Stränge. Die Lage der gedrehten Stränge im Querschnitt der Bindung 51 richtet sich nach dem augenblicklichen Verhältnis der Stränge 10 zueinander, wenn sie in den Schlitz 31 in dem Amboß 27 eingedrückt werden.
Der Querschnitt kann ebenfalls über die Länge der Bindung unterschiedlich sein. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der spezielle Spielraum zwischen dem Amboß und dem Horn etwas größer als der Durchmesser der einzelnen Filamente eines Strangs. Der Querschnitt der Bindung, die allgemein mit 34 bezeichnet ist und mit diesem Spielraum hergestellt wird, besitzt eine im allgemeinen "U"-förmige Konfiguration, wie in Fig. 17 zu sehen ist. Dieser Querschnitt wurde an einer im allgemeinen mittigen Stelle in der Bindung aufgenommen, wie z. B. an der Linie C-C in Fig. 5. Die Schenkel 34a, 34b des "U"s weisen kleine Gruppen von Filamenten 34c auf, die ihren Weg in die Spielraumlücke zwischen der Seite des Horns und den Seitenwänden des Amboßschlitzes finden. Diese sind im allgemeinen locker zusammengefaßt und entfernt von dem Mittelbereich 35 aus dicht gepackten Filamenten am Umfang angeordnet. Außerdem sind die Filamente 34c in anderen Bereichen des Umfangs, wie zum Beispiel in den Bereichen 37, 38 des Querschnitts, im allgemeinen locker zusammengefaßt und entfernt von dem Mittelbereich 35 aus dicht gepackten Filamenten angeordnet, sind manchmal davon getrennt oder berühren ihn gerade noch. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn der Bindungsbereich für einen Endzweck, wie zum Beispiel einen Teppich oder ein Gewebe, verborgen werden soll. Überraschenderweise sind diese Bindungen in Teppichen, die aus dem Garn gemäß der Erfindung gefertigt sind, unter benachbarten Flornoppen nicht ohne weiteres erkennbar, und die Farbeigenschaften des Garns in der Bindung bleiben im wesentlichen unverändert gegenüber dem ungebundenen Garn. Für manche andere Endzwecke, wo ein gleichmäßigerer oder kompakterer Bindungsbereich erwünscht ist, läßt sich der Spielraum zwischen dem Horn und dem Amboßschlitz so sehr verringern, daß alle Filamente fest in die Bindung eingebunden würden und der Querschnitt eine rechteckige Form hätte. Weitere Formen sind ebenfalls möglich, wie zum Beispiel die runden oder ovalen Formen, die in dem oben erwähnten U.S. 3,184,363 offenbart sind.
Der Richtungswechselknoten 50 besitzt die ungewöhnliche Eigenschaft einer außergewöhnlich kleinen Länge 50a. Da die Bindung in den beim Fachen gedrehten Strängen hergestellt wird, bevor die Drehung beim Fachen die Richtung wechselt, ist der erste Halbzyklus des Drehens beim Fachen in die Bindung eingeschlossen. Wenn die Drehung beim Fachen in dem zweiten Halbzyklus des Drehens beim Fachen die Richtung wechselt, entsteht sie an einem Ende der Bindestelle ohne größeres Aufdrehen des ersten, eingeschlossenen Halbzyklus. Das führt zu einer plötzlichen Änderung des Winkels in den Strängen an dem Richtungswechselknoten, der sich sehr stark von herkömmlichen Richtungswechselknoten unterscheidet, die eine sinusartige Änderung des Strangwinkels an einer Richtungswechselstelle aufweisen. Bei dem Erzeugnis gemäß der Erfindung ist die Länge des Richtungswechselknotens überraschenderweise kürzer als die Länge der Bindung. Die Länge 50- des Richtungswechselknotens, das heißt die Länge (gemessen längs der Mittellinie des gedrehten Garns), die zur Änderung eines Strangwinkels von dem einer Drehungsrichtung zu einem anderen erforderlich ist, liegt in der Größenordnung von weniger als einem Millimeter bei einem typischen Teppichgarn mit etwa 1300 Denier pro Strang. Das heißt, sie beträgt wahlweise weniger als etwa einen Durchmesser eines gedrehten Strangs mit der Länge von etwa einer Vierteldrehung pro Drehung des gefachten Garns.
In Fig. 6 sind aufeinanderfolgende Zonen einer die Richtung wechselnden S-Drehung und einer ebensolchen Z-Drehung zu sehen. Die Länge LR des Drehrichtungswechsels ist der Abstand zwischen den Richtungswechselknoten 50.
Wiederum in Fig. 1 werden die Vorlagegarne 10, während sie gemäß dem Fachungs- und Knotenbindungszyklus rasch beschleunigt und verlangsamt werden, durch ihr eigenes Bewegungsmoment weiter von den Vorlagespulen 12 zugeführt, während die gefachten Garne 30 während des Bindens der Knoten angehalten werden. Die Siebplatte 14 bildet eine Fläche, an der die Garne auftreffen und sich ansammeln können, bis die nächste Zuführbewegung erfolgt, wobei die Schwerkraft zu der Ansammlung beiträgt.
Die Bohrungen 14a in der Siebplatte 14 liegen vorzugsweise mindestens 7 cm auseinander, um zu verhindern, daß sich benachbarte Garne verwickeln, während das Garn stillsteht, und dennoch so eng aneinander, daß jeder Fadenbruchwinkel minimiert wird, wenn die Garne an der Düse 20 zusammenlaufen, die als ein Drehungsfänger wirkt. Verwicklungen und Spannungsschwankungen lassen sich weiter minimieren, wenn langgestreckte, röhrchenförmige Fadenführer zum Einsatz kommen, die an der Siebwand zwischen der Wand und der Vorlagespule befestigt sind.
Die Spannung an den Garnen wird von Fadenspannern 16 reguliert, die auch als Drehungsfänger wirken und die von den Zwirndüsen auf die Bereiche unterhalb von den Spanneinrichtungen auferlegte Drehung lokalisieren. Sie können von jeder beliebigen Art sein, sind jedoch vorzugsweise solche, die eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen, leicht einstellbar sind und einheitliche Spannungswerte aufrechterhalten und die Möglichkeit minimieren, daß Garne aus dem richtigen Weg heraus springen und/oder am Einlaß zu den Fadenspannern Zieher bilden. Fingerartige Fadenspanner, wie zum Beispiel Steel Heddle Nr. 2003, sind eine geeignete Art. Vorzugsweise können zwei Fadenspanner hintereinander verwendet werden, die ein allmähliches Aufbringen der Spannung gewährleisten und dabei vermeiden, daß das Garn Schlingen oder Zieher bildet. Automatisch regulierbare Fadenspanner können ebenfalls verwendet werden.
Die parallelen Garnlaufkanäle 19 der Zwirndüse 20, die in Fig. 2A - Fig. 2D zu sehen sind, sind vorzugsweise so weit voneinander getrennt, daß sich die Garnkomponenten nicht miteinander verwickeln, wenn sie zu den Düseneintrittsöffnungen laufen, und daß sich die Garne frei auf der Austrittsseite fachen und sich trotzdem nicht so weit voneinander lösen sollten, daß das Fachen behindert wird. Die Mittenabstände sollten am Austrittsende vorzugsweise nicht größer sein als etwa 5 mm. Wahlweise können die Garnlaufkanäle an ihren Eintritt senden weiter auseinanderstehen. Auch kann oberhalb der Düsen eine Trennplatte vorgesehen werden, die dazu beiträgt, daß die Trennung am Düseneintritt erhalten bleibt. Die Düsen sind in horizontaler Orientierung dargestellt, jedoch funktioniert eine vertikale Orientierung ebenfalls.
Es werden bestimmte Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Prozeßelementen bevorzugt. Die Minimalabstände werden bestimmt von dem gewünschten Abstand zwischen den Richtungswechselknoten in dem Garn. Vom Gesichtspunkt des Erzeugnisses aus sind die Knoten weniger wahrnehmbar, wenn sie weit aufeinanderliegen, und das Garn erscheint einheitlicher, wenn große Längen des Drehens beim Fachen in der gleichen Richtung vorhanden sind. Die Abstände zwischen den Prozeßelementen beeinflussen direkt die Drehungseigenschaften des Garns zwischen den Richtungswechselknoten. Gemäß Fig. 1 wurde festgestellt, daß die Länge L&sub1;, der Abstand zwischen dem Fadenspanner (16) und der Zwirndüse (20), mindestens zweimal so groß sein sollte wie die gewünschte Länge LR des Drehungswechsels (Fig. 6) in dem Garn. Das Garn wird auf dieser Länge in Gegenrichtung zu der Drehung gedreht, die aus der Zwirndüse 20 austritt, und behindert, wenn sie zu kurz ist, stark die Ausbildung einer gleichmäßigen Drehung zwischen den Richtungswechselknoten. Die in L&sub1; gespeicherte Drehung eignet sich dazu, eine rasche Umkehrung der Drehung herbeizuführen, wenn ein gebundener Knoten gebildet ist. Die maximale Abstandslänge L&sub1; wird durch die Arbeitsfähigkeit des Systems bestimmt. Größere Längen führen zu mehr unreguliertem Garn bei den Stopps zum Binden der Knoten. Mit einem Verhältnis von L&sub1; : LR = 3 wird ein gutes Gleichgewicht zwischen der Einheitlichkeit der Drehung und der Arbeitsfähigkeit geschaffen.
Ebenso wurde festgestellt, daß L&sub2;, der Abstand zwischen dem Ausgang der Zwirndüse 20 und dem mit Ultraschall erregten Horn 26, maximal das 0,02-fache von LR betragen sollte. Die Garne werden innerhalb von L&sub2; gefacht. Dieser Abstand beeinflußt die Gleichmäßigkeit der Drehung in dem Bereich unmittelbar angrenzend an die Drehrichtungswechselstelle (den Knoten). Ist L&sub2; zu groß, ist die Drehung um den Richtungswechselknoten herum normalerweise geringer als im Rest von LR, da eine Drehung, die in dem Garn zwischen der Zwirndüse und einem gebundenen Knoten vorhanden ist, im ersten Abschnitt des nächsten Drehungszyklus beseitigt und umgekehrt werden muß. Ein großer Abstand L&sub2; bewirkt, daß viele Drehungen beseitigt werden und der Konvergenzwinkei zwischen den beiden Fachungen klein wird und den Richtungswechsel behindert. Der Mindestabstand für L&sub2; hängt ab von den physischen Begrenzungen des Raumes, dem gewünschten Drehungsgrad und der Garnspannung sowie der Garntrennung am Ausgang der Zwirndüse, sollte jedoch mindestens eine Drehung zwischen dem Amboß 27 und dem Ausgang der Zwirndüse 20 zulassen, damit die Garne von dem Amboß besser erfaßt werden.
Ebenso wurde festgestellt, daß L&sub3;, der Abstand zwischen dem mit Ultraschall erregten Horn 26 und den Aufwickelwalzen 40, mindestens zweimal so groß wie die Länge des Drehrichtungswechselknotens sein sollte. Wenn die Garne am Ausgang der Zwirndüsen miteinander gefacht werden, erzeugt die Garnlänge in L&sub3; ein geringes Drehmoment, wenn das gefachte Garn kontinuierlich bei der Fachung gedreht wird. Durch diese Umdrehung entsteht ein gefachtes Garn mit sehr geringer Intensität des Drehmomentes im Anschluß an die Aufwickelwalzen 40. Die maximale Länge L&sub3; wird bestimmt durch das Vermögen, das an den Aufwickelwalzen 40 in das Garn eingebrachte Geschwindigkeitsprofil rasch zurückzuleiten zu den Zwirndüsen 20 und dem mit Ultraschall erregten Horn 26. Es wurde festgestellt, daß mit einem annähernden Verhältnis L&sub3; : LR = 3 ein Gleichgewicht zur Minimierung der Intensität der Garndrehung und zur Regulierung der Garnlaufgeschwindigkeit an den Zwirndüsen und der Bindevorrichtung erzielt wird.
Ein weiterer Grund dafür, daß ein großer Abstand in der durch L&sub3; begrenzten Zone bevorzugt wird, besteht darin, daß die Fachung mit wechselnder Drehrichtung dem Garn unter den Beschleunigungskräften eine starke Dehnung verleiht, die die damit einhergehende Spannungszunahme minimiert. Da die Drehung beim Fachen auf jeder Seite eines Richtungswechselknotens in einander entgegengesetzten Richtungen abläuft, wenn ein Bereich des einen Richtungswechselknoten enthaltenden Garns gespannt wird, dreht sich der gebundene Knoten und minimiert die Entstehung von Spannung. Die Kräuselung in Bauschgarnen trägt ebenfalls zur Dehnung bei. Diese "Elastizität" trägt ebenfalls dazu bei, zu verhindern, daß die Garne bei der Verlängsamung und dem Binden von Knoten schlaff werden. In der Praxis kann der in Fig. 1 dargestellte kurzzeitig wirkende Sammler 45 entfallen, wenn ein ausreichender Abstand zwischen den Zugwalzen 40 und der nächsten Zuführ- oder Wickelvorrichtung vorhanden ist.
Um auf beiden Seiten eines gebundenen Knotens eine optimale Gleichmäßigkeit der Drehung beim Fachen zu gewährleisten, ist es wichtig, daß das Garn nicht in Längsrichtung rutscht, während es bei dem Binden aneinander zwischen dem Amboß und dem Horn erfaßt wird. Obwohl die Zugwalzen 40 in dem Bindungsabschnitt des Zyklus angehalten werden, kann die Trägheit des Garns dazu führen, daß dieses weiterläuft, wenn es der Amboß erfaßt und bevor der Amboß in Berührung mit dem Horn kommt. Ein solcher Schlupf vermindert die Drehung auf einer Seite des Ambosses und erhöht sie auf der anderen, und wird wahrscheinlicher, wenn die durchschnittliche Garnlaufgeschwindigkeit hoch ist oder wenn der Amboß oder das Horn verschleißen. Normalerweise wird die Bewegung des Ambosses so eingestellt, daß dieser das Garn so fest gegen das Horn preßt, daß das Garn nicht rutscht, während die thermoplastischen Filamente durch die Energie des Ultraschalls so sehr aufgeheizt werden, daß sie miteinander verschmelzen, sie sollte jedoch nicht so groß sein, daß sie die Schwingung des Horns behindert oder das Garn an dem Knoten schwächt.
Reichen die Erfassungsbewegung des Ambosses und der Druck gegen das Horn nicht aus, um ein Rutschen des Garns zu verhindern, kann eine Klammer vorgesehen werden, die das Garn auf der Seite oberhalb oder unterhalb des Ambosses oder auf beiden erfaßt, entweder zur gleichen Zeit, zu der der Amboß das Garn berührt, oder etwas früher, wobei die Klammer das Garn freigibt, wenn sich der Amboß zurückzieht. Eine solche Klammer kann entweder am Abboßmechanismus befestigt werden oder selbständig wirken.
Der Antriebsmotor oder die Antriebsmotoren für die Zugwalzen 40 müssen diese mit genau geregelten Geschwindigkeiten sehr schnell beschleunigen oder verlangsamen können.
Die Regler 24a und 24b müssen alle Funktionen programmieren können.

Steuerungssystem

In Fig. 1A besteht der Regler aus zwei handelsüblichen programmierbaren Logiksteuereinheiten 24a und 24b. Die Logik-Hauptsteuereinheit 24a empfängt Bediener-Interface-Befehle von dem Bediener-Interface- Terminal 100, den Bedienertastern am Bedienungspult und den Bedienertastern an dem Walzenständer 102, sowie Informationen zum Anlagenzustand von den verschiedenen die Positionen abfühlenden Näherungsendschaltern 103, 104A, 104B, 104C und 105. Die Logik-Hauptsteuereinheit 24a steuert und sperrt die Maschine im eigentlichen Sinne, startet und stoppt die Maschine, überwacht Alarm- und Betriebsstörungsinformationen von der Stromquelle 106 für den Ultraschall (Modell P1M15-2.80 DCR 80-331B von Sörensen, Manchester, NH) und von dem Servoantrieb 107 und bedient die nicht an dem Hochgeschwindigkeitszyklus beteiligten Vorrichtungen, und aktiviert zum Beispiel die Stromquelle 106 für den Ultraschall 106, den Servoantrieb 107, die sich öffnenden und schließenden Magnetventile 108 für die Zugwalzen 40 mit profilierter Geschwindigkeit sowie den Start und Stopp der Sammlerzugwalzen 109. Sie empfängt auch die gewünschten Betriebsparameter von dem Bediener-Interface-Terminal 100, wandelt diese Parameter ab in das gewünschte Format und leitet sie weiter zu einer Logik-Hilfssteuereinheit 24b und zu dem Servoantrieb 107. Die Logik- Hilfssteuereinheit 24b empfängt die Zeittaktinformationen zur Betätigung der elektropneumatischen Ventile 22 für die primären Zwirndüsen 20, die elektropneumatischen Ventile 110 für die sekundären, die Verstärker- Zwirndüsen 28, das lineare Betätigungselement 11, das den Amboß in Richtung zu dem und weg von dem mit Ultraschall erregten Wandlerhorn 26 bewegt, und für den Start und den Stopp der Zugwalzen 40 mit profilierter Geschwindigkeit. Die von der Logik-Hauptsteuereinheit 24a zu dem Servoantrieb 107 weitergeleiteten Parameter bestehen aus den Informationen über Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verlangsamung, die das gewünschte Geschwindigkeits- und Zeitprofil des Zyklus an den Zugwalzen bestimmen. Die Logik-Hilfssteuereinheit 24b wird in einer solchen Weise betätigt, daß sie die zeitgetaktete Betätigung der oben genannten Elemente mit einer Auflösung von einer (1) Millisekunde steuert. Der Servoantrieb 107 kann die Zugwalzen 40 sehr rasch beschleunigen und verlangsamen. Das lineare Betätigungselement 111 macht elektrische Übererregungsregelelemente 112 erforderlich, damit sehr schnelle lineare Bewegungen entstehen. Diese Übererregungsregelelemente 112 legen zu Anfang eine höhere Spannung als normal an die einstückigen elektropneumatischen Ventile in dem linearen Betätigungselement an, um eine raschere Reaktion als normal zustandezubringen, und dann wird die Spannung auf Normalmaß vermindert, um das elektropneumatische Ventil nicht zu beschädigen. Das gefachte Garn 30 kann von den Zugwalzen 109 direkt zu einer Aufwickelspule 60 oder wahlweise zu einer Ablegevorrichtung 50 laufen, die dieses auf einem laufenden Band 52 ablegt, das die Garne durch einen Aufheiztunnel 56 zu der Aufwickelspule 60 befördert. Ein lichtelektrischer Sensor 114 fühlt die Garnmenge 30 in dem Langzeitsammler 45 ab und reguliert diese Menge, indem er die Geschwindigkeit der Ablegevorrichtung 50 am Eingang des Aufheiztunnels 56 verändert. Die Steuerelemente für den Aufheiztunnel und die Aufwickelvorrichtung verändern die Geschwindigkeit des laufenden Bandes 52, so daß sich diese in einem Verhältnis an die Geschwindigkeit der Ablegevorrichtung anpaßt. Das Verhältnis kann vom Bediener eingestellt werden, um die Ablegedichte zu optimieren.
Da die aus den Zugwalzen 40 austretenden Garne 30 ein pulsierendes "Lauf- und Stopp"-Muster aufweisen und die nachfolgenden Arbeitsgänge kontinuierlich ablaufen, ist ein Kurzzeit-Ansammelverfahren wünschenswert. Eine sehr lange, freie Kettenlinie aus den gefachten Garnen 30 ist eine Weise, die kurzzeitige Ansammlung herbeizuführen. Eine alternative Weise ist es, einen Tänzerarm für den Sammler 45 vorzusehen. Wird dieser Sammler benutzt, läuft der Prozeß nur dann an, wenn alle weiteren Bedingungen geschaffen sind, und der Tänzerarm 115 ist in seiner unteren Position, wenn er von dem Näherungsschalter 104b erkannt wird. Wird der Startbefehl durch Betätigung eines Tasters entweder an dem Pult 101 oder an dem Walzenstand 102 erteilt, laufen zuerst die Zugwalzen 109 des Langzeitsammlers an. Dadurch wird der Tänzerarm 115 nach oben bewegt. Wird der Arm von dem Näherungsschalter 104c erkannt, fühlt die Logik- Hauptsteuereinheit diesen ab und befiehlt der Logik-Hilfssteuereinheit 24b, die Einrichtungen zum Drehen, zum Befestigen der Knoten und zum Ziehen des Garns in Gang zu setzen. Die Winkelposition des Tänzerarms 115 wird von einem Drehwandler 116 abgefühlt, der diese Information über einen Tänzerwalzenregler 117 zu einem drehzahlveränderlichen Antrieb 118 weiterleitet. Der Antrieb 118 reguliert die Geschwindigkeit der Zugwalzen 109 des Langzeitsammlers so, daß die Geschwindigkeit des Garnlaufes in den Sammler 109 gleich der durchschnittlichen Geschwindigkeit des Garns am Ausgang aus den Zugwalzen 105 mit profilierter Geschwindigkeit ist, wodurch der Tänzerarm zwischen dem Näherungsschalter 104a in der oberen Position und dem Näherungsschalter 104k in der unteren Position in Gang gehalten wird, diese jedoch nicht betätigt. Wird einer dieser beiden Näherungsschalter 104a, 104b betätigt, befindet sich der Tänzerarm 115 außerhalb von dessen Kontrollbereich, und der Prozeß wird gestoppt. Andere größere Funktionsstörungen sind der Ausfall der Stromversorgung 106 für den Ultraschall oder der Ausfall des Servoantriebes 107. Fällt die Stromversorgung 106 für den Ultraschall aus, stoppt die Logik-Hauptsteuereinheit das Binden von Knoten, indem sie die Stromversorgung 106 für den Ultraschall aus schaltet und den Betrieb des linearen Betätigungselementes 111 stoppt, um den Amboß 27 nicht zu beschädigen. Fällt der Servoantrieb für die Zugwalzen 40 aus, richtet sich die zu treffende Maßnahme nach der Prozeßkonfiguration. Bei einer Konfiguration, die eine Zugwalze 40 für jeden Fadenlauf aufweist, würde das Binden von Knoten in jedem betroffenen Fadenlauf gestoppt werden, wenn dessen Zugwalzen 40 ausfallen. Bei einer Konfiguration, die mehr als einen Fadenlauf durch die Zugwalzen 40 aufweist, würden die Drehung und das Binden von Knoten in allen diesen Fadenläufen gestoppt, wenn die Zugwalzen 40 ausfallen. Als ein Mittel, um einen Fadenlauf zu stoppen, könnte eine Fadenschere oder könnten Fadenscheren für den Fadenlauf in Gang gesetzt werden. Bei einer Maschine mit mehreren Fadenläufen würden nur die von einem Ausfall betroffenen Fadenläufe gestoppt, und die nicht betroffenen Fadenläufe könnten weiterproduzieren. Es ist ein Datenerfassungssystem 120 zur Entwicklung des Prozesses und zur Regulierung, Optimierung und Überwachung der Betriebsbedingungen in den Fadenläufen wünschenswert. Das Datenerfassungssystem 120 registriert Daten mit einer hohen Eingabegeschwindigkeit von einer Vielzahl von längs eines Fadenlaufs angeordneten Sensoren und Vorrichtungen. Diese Daten werden anschließend grafisch auf Papier dargestellt und zeigen die registrierten Daten als Funktion der Zeit mit einer Auflösung in Zeitstufen von einer Millisekunde. Mit dieser Auflösung können die Betriebsparameter (Betätigungszeit, Luftdrücke, Garnlaufgeschwindigkeit und Zeitprofil, Ultraschallenergie usw.) sowie deren Einfluß auf die Qualität der Erzeugnisse analysiert werden.
Der Servoantrieb 107 umfaßt die folgenden Elemente: Gattungsname Modell-Nr. Hersteller Stadt Staat Servomotor PMI Motion Commack NY Technologies Servoverstärker Drosselspule Transformator Logik-Stromversorgung Creonics Inc. Lebenon Bewegungssteuertafel
Weitere Elemente des Steuerungssystems sind folgende: Element Gattungsname Modell-Nr. Hersteller Stadt Staat Nr. Fadenspanner Steel Heddle Greenville SC Primärdüsen Mac. Valve Wixom MI Luftdruckventile Logiksteuereinheit Allen-Bradley Cleveland OH Interface-Terminal Endschalter Veeder-Rot Hartford CT Röhrenförmiger Endschalter NIP-Öffn./-Schließ.-Magnetventil Mac. Valve Wixom MT Sek.-Düsen Elektropneumat. Ventile Linear. Betät.-Elem. Foret Modifiziert Foret Systems Falmouth MA Übererreg.regler Foret Drehwandler Omnisensor/Bitronic Saddlebrook NJ Tänzerwalzensteuerung Reflex Providence RI Drehzahlveränd. Antr. Toshiba Tokio JAP Regler für Aufw.-vorr. u. Heiztunn. Superba Mulhouse FRANKR.
Fig. 11, Fig. 12 und Fig. 13 zeigen die allgemeine Logik für das Verfahren. In Fig. 11, der Logik des Bediener-Interface-Terminals, gibt ein Bediener entweder neue Betriebsparameter (Zeittakt der Betätigung, Geschwindigkeit der Zugwalze 40 im Zeitprofil, Produktkode usw.) ein oder wählt vorher eingegebene und gespeicherte Parameter über Eingabebefehle 150 auf der Tastatur aus. Wenn die gewünschten Parameter auf dem Grafikterminal angezeigt werden, bewirkt eine Eingabe 151 über die Tastatur, daß diese Parameter zu der Logik-Hauptsteuereinheit geleitet und anschließend an das letzte Reglerelement weitergegeben werden. In Fig. 12, der Logik-Hauptsteuereinheit, werden die gewünschten Betriebsparameter von dem Bediener-Interface-Terminal (152) aufgenommen. Sind alle diese Parameter aufgenommen, bearbeitet die Logik-Hauptsteuereinheit diese Parameter mathematisch so, daß sie zu der Logik-Hilfssteuereinheit weitergeleitet werden. Die auf die Zugwalzen bezogenen Parameter werden mathematisch bearbeitet, in ein ASCII-Dateiformat übergeführt und dann in den Servoantrieb 107 eingegeben. Ist die Eingabe abgeschlossen (155) und sind die Prozeßsperren fertig, so daß die Maschine anlaufen kann (156), und ist kein Stoppsignal vorhanden (157), sendet die Logik-Hauptsteuereinheit ein Startsignal an die Logik-Hilfssteuereinheit (158), wenn der "Start"-Taster betätigt wurde (157). Zur gleichen Zeit, zu der die Logik-Hauptsteuereinheit das "Start"-Signal an die Logik-Hilfsteuereinheit sendet, aktiviert sie die Stromversorgung(en) für den Ultraschall, durch die der Ultronics-Wandler 26 immer dann bereitgemacht wird zum Befestigen der Knoten, wenn der Amboß 27 die Garne 30 gegen das Horn drückt. Die Logik-Hauptsteuereinheit beginnt auch mit der Überwachung der Maschinensperren (163) und des Stopptasters (161). Wird der Stopptaster betätigt (162), wird durch ein Stoppsignal (157) die Maschine außer Betrieb gesetzt (158). Wird ein Maschinensperrsignal empfangen (164), wird durch die Art des Sperrsignals bestimmt, ob die ganze Maschine mit Hilfe von (157) und (158) gestoppt wird (165) oder ob nur ausgewählte Anlagen gestoppt werden (165) und (167). Wahlweise gestoppte Anlagen wären die betroffene Knotenbindungseinrichtung, die Zugwalze(n) und die Fadenscheren, je nachdem, welche Einrichtungen in einer Maschine mit mehreren Fadenläufen benutzt werden. Bei Eingang eines Startsignals von der Logik-Hauptsteuereinheit betätigt die Logik-Hilfssteuereinheit die primären und die sekundären Zwirndüsen, die Knotenbindeeinrichtung, einen Zeittaktimpuls an das Datenerfassungssystem und die Beschleunigung, die konstante Geschwindigkeit, die Verlangsamung und den Stopp der Zugwalzen (168). Alle diese Vorgänge werden in einem zyklischen Muster in bezug auf die Zeit wiederholt, wie sie von den Weitergabepararametern von dem Bediener-Interface-Terminal (152) eingestellt wird. Wird das Start-Signal von der Logik-Hauptsteuereinheit weggenommen, setzt sich der Zyklus fort bis zum Ende des nächsten Knotenbindens, wobei zu dieser Zeit alle Vorgänge gestoppt werden. Dadurch kann ein etwaiger Drehvorgang fertiggestellt und festgeschrieben werden, wodurch ein Wiederanlauf mit guter Qualität der Erzeugnisse möglich wird.
Vorzugsweise sind zwar aneinandergrenzende Bereiche mit S- und mit Z-Drehung beim Fachen annähernd gleich lang, die Längen können jedoch wegen des Aussehens von neuen Erzeugnissen variiert werden. Bei diesen Erzeugnissen muß eine insgesamt ausgeglichene Drehungskonfiguration bewahrt bleiben. Deshalb müssen Veränderungen der Länge paarweise erfolgen, z. B. zwei lange, denen zwei kurze folgen usw., oder in jeder beliebigen Kombination, die den Gesamtgrad der Drehung über eine angemessene Garnlänge ausgleicht.
Die in Fig. 1 dargestellte Zwirndüse 20 ist die primäre Einrichtung, um die Einfachgarnkomponenten so zu drehen, daß sie sich miteinander an einem Konvergenzpunkt unterhalb der Zwirndüse in der Zone L&sub2; fachen. Wenn die Produktionsgeschwindigkeit zunimmt, wird die Trägheit der Garne größer, und die Garne können zu stark gedreht werden bis zu der Stelle, an der das Garnbündel durch die Drehung der Einfachgarne übermäßig fest wird und die Garne nicht ihren gewöhnlichen Bauschgrad entfalten können. Dieses Problem läßt sich insbesondere erkennen an Endlosfilament-Bauschgarnen (BCF), die gewöhnlich nach einer Entspannungsbehandlung in heißem Wasser oder heißer Farbe einen höheren Bauschgrad aufweisen als Stapelfasergarne, die gewöhnlich schon durch die echte Drehung verfestigt werden, die notwendig ist, um ihre Fasern zusammenzuhalten und zur Festigkeit in Längsrichtung beizutragen.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine sorgfältige Koordinierung der Zuführungseinrichtungen (d. h. der Garnlaufgeschwindigkeit) und der Zwirndüsen (d. h. der Rotationsgeschwindigkeit) notwendig, um eine gleichmäßige Drehung beim Fachen mit einer gewünschten Verteilung der Drehungen zu erzielen und gleichzeitig eine übe= näßige Drehung der Einfachgarne in Endlosfilament-Bauschgarnen zu vermeiden. Der Grund dafür ist, daß die Einfachgarne, sobald sie sich miteinander fachen, in der gleichen Position zueinander verbleiben. Dadurch gleicht sich die Drehung beim Fachen nicht wie beim Drehen von Einfachgarnen auf einer Länge aus, wie z. B. auf L&sub3;, und die Drehung beim Fachen, die sich ungleichmäßig ausbildet, bleibt ungleichmäßig.
Die durch die Zwirndüse in die Vorlagegarne eingebrachte Einfachgarndrehung wird von dem Selbstfachungsvorgang in hohem Maße in eine Drehung beim Fachen umgewandelt, jedoch bleibt gewöhnlich etwas von der Drehung von Einfachgarnen zurück, selbst wenn eine Verstärkerdüse benutzt wird, um zur Drehung beim Fachen beizutragen. Der Anteil der verbleibenden Einfachgarndrehung in einem typischen Teppichgarn beträgt weniger als eine Drehung pro cm, wodurch sich nur eine geringe Verminderung des Bauschs in dem Garn einstellt.
Insoweit Stapelfaserfarne schon einen wesentlichen Grad an echter, einseitig gerichteter Drehung aufweisen, können sie sich in dem Verfahren gemäß der Erfindung etwas anders verhalten als die Endlosfilament- Bauschgarne. Wenn zum Beispiel eine Zwirndüse eine Drehung in ein Stapelfasergarn einbringt, neigt dieses dazu, auf einer Seite der Düse fester zu werden und sich auf der anderen Seite aufzudrehen oder zu öffnen. Deshalb braucht die Zyklussteuerung nicht ausgeglichen zu werden, um auf das Garn unterschiedliche Kräfte in der einen oder der anderen Richtung aufzubringen. Die Betriebsweise, in der die Zwirndüsen nur in einer Richtung drehen und während des Richtungswechselabschnitt in dem Zyklus abgeschaltet sind, kann besonders gut geeignet sein für die Stapelfasergarne.

VERFAHREN ZUR BESCHREIBUNG DER DREHUNG

Die grundlegenden Differentialgleichungen, die das Drehen mit wechselnder Richtung beim Fachen beschreiben, sind gegeben durch:
L&sub1; d&sub1;/dt VT&sub1; = ω (1-a)
L&sub2; d&sub2;/dt VT&sub2; = -ω + VT&sub1; (1-ba)
worin T&sub1; und T&sub2; die Drehungsgrade in der ersten bzw. der zweiten Zone der Zwirndüse sind, L&sub1; und L&sub2; die entsprechenden Zonenlängen sind (Fig. 1), t die Zeit ist, V(t) die periodische lineare Veränderung der Prozeßgeschwindigkeit ist und ω(t) die periodische Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit der Zwirndüse (in Drehungen pro Zeiteinheit) ist. Wendet man Standardverfahren zum Lösen von Differentialgleichungen an, stellt man fest, daß die analytische Lösung für diese Gleichungen für lange Zeiträume (periodische dauerhafte Zustände) lautet:
worin tr die Zykluswiederholungszeit für das Verfahren ist (d. h. der Zeitraum der auferlegten Veränderungen), s und e Scheinvariable zur Integration sind und V die durchschnittliche lineare Geschwindigkeit in einem Zyklus ist.
Die Länge des zwischen dem Beginn eines Zyklus und einer willkürlichen Zeit t im gesamten Zyklus aus der Vorrichtung ausgebrachten Garns ist gegeben durch:
Eine grafische Darstellung von T&sub2;(t) als Funktion von X(t) mit der Zeit t als Parameter ergibt die Veränderungen der Drehung längs des Garns als Funktion der Raumposition, gemessen am Ausgang der Vorrichtung. (Dabei wird angenommen, daß die Drehung an dem Ausgang verriegelt ist, eine Bedingung, die in der Praxis stark genähert ist). Es sei angemerkt, daß unter der Annahme, daß das Garn von links nach rechts läuft, die mit diesem Verfahren gewonnen Veränderungen der Drehung dann rückwärts eingezeichnet werden müssen, (d. h. T&sub2;(t) gegen Lr = X(t)), wobei Lr die Länge des Richtungswechsels ist, um zu einer korrekten Vorstellung vom Richtungscharakter bei den von links nach rechts vorhandenen Veränderungen der Drehung zu kommen.
Die obigen Gleichungen können durch Einsetzen der folgenden dimensionslosen Variablen auf eine dimensionslose Form reduziert werden:
mit
Lr = tr (6)
und
wobei L&sub1; und L&sub2; die Verhältnisse von jeder der beiden Zonenlängen zu der Richtungswechsellänge sind, X* die dimensionslose Position längs des Garnendes ist, die als Länge eines Wiederholungszyklus genormt ist, und T&sub1;* und T&sub2;* die dimensionslosen Drehungsgrade in den beiden Zonen sind.
Durch Einsetzen der Gleichungen 5 bis 7 in die Gleichung 2 ergibt sich
Die Gleichungen 8 und 9 stellen die Hauptergebnisse der vorliegenden Analyse dar.
Gemäß dieser Analyse läßt sich eine annähernd quadratwellenartige Verteilung der Drehung erreichen, indem die Geschwindigkeits-Zeit-Funktion mit einer Drehungsfunktion der Stränge und den Zonenlängen L&sub1;, L&sub2; und der Richtungswechsellänge LR koordiniert wird.
Eine Analyse der mit dieser Formulierung erzielten Ergebnisse zeigt, daß:
a. weniger Veränderungen der Geschwindigkeit notwendig sind, um eine quadratwellenartige Drehung zu erreichen, wenn L&sub2;/L&sub2; » 1 und L&sub2;/LR « 1;
b. die Geschwindigkeits-Zeit-Funktion für quadratwellenartige Drehung aus zwei wichtigen Elementen besteht. Im Bereiche nahe an dem Richtungswechselknoten muß die Garnlaufgeschwindigkeit abnehmen und dann plötzlich zunehmen, damit eine plötzlicher Wechsel der Drehrichtung erfolgen kann. Im Rest des Zyklus muß die Geschwindigkeit etwas abnehmen, um eine Abnahme der Drehung zu verhindern.
In einem aktuellen Verfahren kann die Garnlaufgeschwindigkeit an dem Konvergenzpunkt mit zwei Elementen der Maschine reguliert werden: dem Zusammendrücken durch die Bindevorrichtung (die eine Einrichtung zur raschen Änderung der Geschwindigkeit darstellt) und und einer drehzahlveränderlichen Walze am Ende der Zonenlänge L&sub3;. Mit der Bewegung dieser Elemente kann die Garnlaufgeschwindigkeit reguliert werden, es muß jedoch ein Spielraum eingeräumt werden für solche Faktoren wie Garnschlupf, Garndehnung und Zeitverzögerung infolge der Verzögerung der Wellenausbreitung.
Das Computerprogramm zur Voraussage dieser Verteilung der Drehung ist in Fig. 10 dargestellt, worin die Axialgeschwindigkeit V(t) des Garns, die Drehungsgeschwindigkeit ω(t) des Garns, die Länge der Zone 1 (L&sub1;) die Länge der Zone 2 (L&sub2;) und die Zeit zum Richtungswechsel der Drehung von einer Richtung in die andere als Eingaben in Schritt 200 benutzt werden, indem die Gleichungen (3), (6) und (7) für die durchschnittliche Garnlaufgeschwindigkeit, die durchschnittliche absolute Drehungsgeschwindigkeit des Garns und die Drehrichtungswechsellänge LR gelöst werden. Dann wird die Gleichung (8-a) in Schritt 202 integriert, um die Drehungsfunktion T&sub1;(t) für die Zone 1 zu berechnen. Die Gleichung (8-b) wird in Schritt 204 integriert, um die Drehungsfunktion T&sub2;(t) für die Zone 2 zu berechnen. Dann wird die Gleichung (9) integriert, um die Funktion X(t) für die Garnposition zu errechnen. Die obigen Ergebnisse werden in Schritt 208 kombiniert, damit sich die Drehung in der Zone 2 als Funktion der Position längs des Garns und das Verhältnis der Zonenlänge zu der Länge des Drehrichtungswechsels ergibt.

COMPUTERPROGRAMM

Es wurde ein Computerprogramm erarbeitet, um die in den Gleichungen 8a, 8b und 9 erforderlichen numerischen Integrationen ausführen, um die Drehungsgrade und Auslauflängen in jedem Zyklus für willkürlich auf erlegte zyklische Veränderungen der linearen Prozeßgeschwindigkeit und der Rotationsgeschwindigkeit errechnen zu können. Die in dem Programm zur Anwendung kommenden numerischen Verfahren sind in dem Ablaufschema in Fig. 10 dargestellt. Die Testergebnisse stimmen im allgemeinen mit den Voraussagen im Computerprogramm überein.

TESTVERFAHREN

LÄNGE DER RICHTUNGSWECHSEL UND VERTEILUNG DER DREHUNG BEIM FACHEN AN DER PROBE

Die Verteilung der Drehung beim Fachen längs der Länge einer Garnprobe zwischen Richtungswechselknoten wird mit den in Fig. 7 dargestellten Einrichtungen gemessen. Es wird eine Garnprobe, die länger ist als der Abstand zwischen drei Drehrichtungswechselknoten, von einer Spule abgewickelt und abgeschnitten, wobei das Ende festgelegt wird, das zuerst von der Spule abläuft. Dieses Ende wird an einem Ende einer Meterskala 62 in eine Klammer 61 eingelegt, wobei die Mitte des Drehrichtungswechselknotens auf dem Nullstrich positioniert wird. Dann wird das Garn längs der Länge der Skala 62 (mit Zentimeterteilung) und auf die Walze 63 aufgelegt. An die Probe wird unterhalb der Walze das Gewicht 64 angehängt, das ausreicht, um das Garn gerade zu spannen, jedoch nicht, um die Drehrichtung zu ändern, wobei man das überschüssige Stück der Probe darunter auflegt. Es wird die Anzahl der Drehungen in jedem Abschnitt von 5 cm gezählt, in Drehungen pro cm umgerechnet und für den vollständigen Drehungsbereich von dem geklammerten Ende bis zum nächsten Richtungswechselknoten und von dieser Stelle über einen Bereich der Gegendrehung bis zum nächsten Richtungswechselknoten registriert. Bereiche mit einer Länge von mehr als einem Meter werden markiert und zum Ende der Klammer bewegt. Die Abstände zwischen den Richtungswechselknoten werden registriert.
Nahe an einem Richtungswechselknoten, wo weniger als 5 cm Garn übrigbleiben können, wird der Durchschnitt aus den Drehungen auf diesem kürzeren Stück genommen. Diese registrierten Werte werden dann grafisch dargestellt, wie in Fig. 14, Fig. 15 und Fig. 16. Dadurch kann man die Gleichmäßigkeit der Drehungsverteilung in den "S" und den "Z"-Drehungsbereichen des Garns zwischen den Richtungswechselknoten visuell auswerten. Wenn die Drehung in dieser Weise gemessen und grafisch dargestellt wird, wird die quadratwellenartige Form der Garndrehungsverteilung gemäß der Erfindung offensichtlich.

VERTEILUNG DER DREHUNG NAHE AM RICHTUNGSWECHSELKNOTEN

Zur Untersuchung der Drehungsverteilung um die Richtungswechselstelle herum (± 15 cm) ist es notwendig, die Drehung beim Fachen auf jedem Zentimeter des Garnstücks zu registrieren und in Drehungen pro cm umzurechnen. Es wird die gleiche Anordnung benutzt, die in dem Testverfahren "Länge der Richtungswechselknoten und Verteilung der Drehung an der Probe" beschrieben ist.

DURCHSCHNITTLICHE DREHUNGSVERTEILUNG ZWISCHEN DEN PROBEN

Bei der industriemäßigen Drehung von Garnen stellt sich oft ein Grad von Drehungsveränderungen über einen langen Zeitraum oder Produktionslauf ein, wenn Proben von einer oder von mehreren Spulen genommen werden und ein durchschnittlicher Drehungsgrad errechnet wird. Das ist vorteilhaft, wenn bestimmt wird, ob langzeitige Drehungsveränderungen auftreten, ist aber unvorteilhaft, wenn die Drehungsverteilung zwischen Richtungswechelknoten bestimmt wird.
Ist eine Messung der durchschnittlichen Drehung erwünscht, wird eine Garnprobe zwischen den Knoten geschnitten, die wesentlich länger ist als 23 cm, und ein Ende wird in eine drehbare Klammer 65 eines Präzisionstestgerätes für die Drehung eingelegt, das von der Alfred Suter Co., Inc., Orangeburg, N.Y., USA hergestellt wird und in Fig. 8 zu sehen ist. Die Klammer 66 wird an dem anderen Ende der Probe befestigt, 25,4 cm von der Klammer 65 entfernt. Die Klammer 66 wird durch ein Gewicht 67 von 20 g gespannt und kann frei in Axialrichtung gleiten, wobei sie sich nicht verdrehen kann. Dann wird der Kurbelgriff 68 in einer Richtung gedreht, um die Drehung beim Fachen aufzudrehen, bis die gesamte Drehung beseitigt ist. An einem Zähler wird die Anzahl der Drehungen registriert, die zum Erreichen dieses Zustandes notwendig ist.
Mit dem Verfahren für das mit wechselnder Drehrichtung gefachte Garn gemäß der Erfindung sollten Veränderungen der Drehung mit einem niedrigen Durchschnitt erzielt werden, denn es ist ein präzis gesteuertes Verfahren, bei dem einfache Vorrichtungselemente mit keinen schnell verschleißenden Elementen benutzt werden.

RESTDREHUNG

Die Intensität der Drehung des gefachten Garns wird bestimmt, indem:
1. das Verfahren gestoppt wird, um ein Stück gefachten Garns in der Zone L&sub3; festzuhalten;
2. ein 48 Zoll langes Stück gefachten Garns in L&sub3; gemessen wird, jedes Ende so eingespannt wird, daß sich das gefachte Garn nicht relativ zueinander drehen kann, und vom Rest des Garns getrennt wird;
3. ein Ende an einer festen Stelle aufgehängt wird und an das gegenüberliegende Ende ein Gewicht von 20 g angehängt wird, wobei jede relative Drehung von Ende zu Ende verhindert wird;
4. das Ende mit freiem Gewicht in Drehung versetzt wird und die Drehungen gezählt werden, wodurch eine Anzeige der in dem gefachten Garn gespeicherten Verdrehungsenergie erfolgt. Eine große Anzahl von Drehungen deutet auf eine große Restdrehung hin, die im allgemeinen unerwünscht ist.
In Beispiel 3 wurden fünf Tests für jedes Verhältnis von L&sub3; zu LR ausgeführt, und aus allen fünf Tests wurde der Durchschnitt errechnet.

ZUGFESTIGKEIT DES BINDUNGEN ENTHALTENDEN GARNS

Es wurde eine Garnprobe, die eine mit Ultraschall erzeugte Bindung enthielt, mehrere Zoll von der Bindung entfernt auf beiden Seiten abgeschnitten. Beide Garnlagen an einem Ende wurden in eine Klaue eines Zugfestigkeitstestgerätes eingespannt, und beide Garnlagen an dem anderen Ende wurden in die andere Klaue eingespannt. Als die Probe gestreckt wurde, drehte sich der gebundene Knoten, und bei einer Belastung, die gewöhnlich geringer ist als die Reißfestigkeit des Garns, dehnten sich die Garnstrange, und die Bindung zwischen den beiden Garnen löste sich, was als plötzlicher Abfall in der grafischen Darstellung der Belastungs- Dehnungskurve zu sehen ist. Die Probe wurde mit einer Geschwindigkeit von zwanzig (20) Zoll pro Minute gezogen, und es wurde die Kraft bei der Auflösung der Bindung bestimmt. Die Festigkeit eines einzelnen Strangs des gefachten Garns, der keine Bindung enthielt, wurde auf Bruch getestet, und es wurde die Reißfestigkeit der Bindung in Prozent der Reißfestigkeit des gefachten Garns und des einzelnen Strangs errechnet.

MASCHINENZYKLUS

Die Funktionsweise und der Zeittakt der Maschinenelemente zur Ausführung eines typischen Arbeitszyklus sind in Fig. 9 und Fig. 9A dargestellt, worin die Linie 80 die Kurve der Umfangsgeschwindigkeit der Zugwalze 40 als Funktion der Zeit zeigt. Die vertikale Achse zeigt die Walzengeschwindigkeit in Yard pro Minute. Diese Kurve ist zum besseren Verständnis der wichtigen Merkmale der Steuerung der Zugwalze 40 in mehrere Abschnitte unterteilt. Die Abschnitte stellen den Vorwärtslauf 80a der Walzen, das Stoppen 80b der Walzen, die Stillstandsdauer 80c der gestoppten Walzen und den Anlauf 80d der Walzen dar. Da die Walzen jederzeit in Reibschluß mit dem Garn stehen, wird das Garn an den Walzen in allen Abschnitten im Zyklus mit Ausnahme der Stillstandsdauer der gestoppten Walzen von den Walzen vorwärtsbewegt. Die Zuführung des Garns oberhalb der Walzen entspricht etwa der Bewegung der Walzen mit einiger Zeitverschiebung auf Grund der elastischen Schwingungen des Garns und des Zusammenwirkens mit anderen Maschinenelementen.
Die Linie 82 auf einer beliebigen Ebene über der horizontalen Achse 100 ist eine Kurve der Drehungsrichtung der Einfachgarnstränge und der relativen Geschwindigkeit als Funktion der Zeit, die durch die Zwirndüse 20 erzeugt wird. Für die vertikale Achse gibt es keine Einheiten der Drehungsgeschwindigkeit. Oberhalb der Achse ist die "S"-Drehung dargestellt, und unterhalb der Achse ist die "Z"-Drehung der Einfachgarnstränge dargestellt. Dort, wo die Kurve mit der horizontalen Achse zusammenfällt, ist die Zwirndüse 20 abgestellt. Diese Kurve stellt auch die Funktionsweise der Verstärker-Zwirndüse 28 dar, die gleichzeitig mit den Zwirndüsen betätigt wird. Die Anlage kann ohne die Verstärkerdüse betrieben werden, diese bringt jedoch im allgemeinen eine meßbare Verbesserung des Grades der Drehung beim Fachen und der Gleichmäßigkeit hervor. Die Kurven schrägen sich in Richtung zu der Achse und von dieser weg ab, da eine Verzögerung besteht beim Ablassen und bei der Entstehung eines Drucks in der Zwirndüsen. Diese Verzögerung beträgt bei der beschriebenen Ausführung im allgemeinen etwa 15 ms.
Die Linie 81 auf einer beliebigen Ebene über der horizontalen Achse 100 stellt eine Kurve für die Position des zusammendrückenden und bindenden Ambosses als Funktion der Zeit dar, wobei die obere horizontale Ebene die voll ausgefahrene Zusammendrückposition darstellt und die Ebene an der horizontalen Achse die eingefahrene Freigabeposition darstellt. Die sich abschrägenden Seiten der Kurve stellen die Verzögerung beim Bewegen des Horns aus einer Position in eine andere dar. Diese Verzögerung beträgt im allgemeinen etwa 6 ms, wobei das schnell ansprechende Luftbetätigungselement in der beschriebenen Ausführungsform benutzt wird. An einer Position innerhalb von einigen Millisekunden auf der ausgefahrenen Ebene wird angenommen, daß die Stränge zum Zwecke des Bindens aneinander miteinander zusammengedrückt und gestoppt werden. Dies wurde bestätigt durch die Überwachung der Ultraschallenergie, die rasch zunahm, als das Garn zusammengedrückt und aneinander gebunden wurde. Wichtig ist, daß während des Bindens keine relative Bewegung zwischen dem Garn und der Bindevorrichtung stattfindet.
In Fig. 9 und Fig. 9A sind vier wichtige Merkmale der Erfindung veranschaulicht. Das erste ist das Verhältnis zwischen der Stillstandszeit 80c der gestoppten Walzen und der ausgefahrenen Zusammendrückposition des bindenden Ambosses. Vorzugsweise werden die Zugwalzen während der Zeit angehalten, wo der Amboß ausgefahren ist und die Stränge aneinander bindet. Dies ist wichtig, da die Stränge beim Binden weich werden und die Spannung größer würde, wenn die Walzen die Stränge gleichzeitig um ein größeres Stück vorwärtsbewegten, und die erweichte Bindung bestenfalls schwächer würde und die weichgewordenen Stränge schlimmstenfalls an der Bindung reißen wurden. Es ist jedoch ein Spielraum vorhanden, inwieweit ein vollständiger Stopp eintritt. Werden die Walzen so sehr abgebremst, daß ein Ende des Garns nur um ein kurzes Stück (weniger als 1/2%) gestreckt wird, während das andere Ende gestoppt wird, dann wird eine zu große Spannung vermieden, und ein vollständiger Stopp ist nicht notwendig. Durch den Betrieb unter diesen Bedingungen kann sich die Sicherheit der Bindung etwas verringern, jedoch zum Vorteil der höheren Anlagengeschwindigkeit. Dies kann bei bestimmten Bedingungen und Erzeugnissen zu bevorzugen sein.
Das zweite wichtige Merkmal ist das Verhältnis zwischen dem Beginn der Drehung und dem Anlaufen 80d der Walzen. Vorzugsweise sollten die Walzen fast vollständig angelaufen sein, ehe mit der Drehung begonnen wird. Wenn der Abboß eingefahren wird und die Stränge freigegeben werden, ist die Drehvorrichtung abgeschaltet, so daß sich die Gegendrehung oberhalb der Drehvorrichtung in der Zone L&sub1;&sub1; als die nächste erforderliche Drehung darstellt, bis zu dem gebundenen Knoten fortsetzt, und der gewünschte Drehungsgrad direkt neben der oberhalb befindlichen Seite des Knotens entsteht. Wird dann die Drehvorrichtung eingeschaltet, bevor sich der Knoten von der Drehvorrichtung wegzubewegen beginnt, kann die Drehung rechts von dem Knoten zu stark sein, und es können feste Überzwirnungen auftreten, die in den gefachten Strängen verbleiben und dadurch zu einem nicht zu akzeptierenden Erzeugnis führen.
Ein drittes wichtiges Merkmal ist das Verhältnis zwischen dem Stopp der Drehung und dem Zusammendrücken des Garns. Der Drehvorgang setzt sich vorzugsweise fort, bis der Amboß ausgefahren ist und die Stränge gestoppt hat. Dadurch entsteht der gewünschte Drehungsgrad unmittelbar neben der oberhalb gelegenen Seite des Knotens. Wird die Drehvorrichtung angehalten, ehe das Garn bis zum Stopp zusammengedrückt ist, breitet sich die Gegendrehung oberhalb der Drehvorrichtung durch die Drehvorrichtung hindurch aus und führt zu einer Änderung der Drehrichtung beim Fachen, die sich bis unterhalb der Garnzusammendrückvorrichtung und der Bindevorrichtung ausbreitet. Dann entsteht die Bindung oberhalb dieses Richtungswechselknotens. Dieser ungebundene Richtungswechselknoten ist instabil und dreht sich leicht auf und hinterläßt ein Garnstück ohne Drehung beim Fachen, das im allgemeinen unerwünscht ist.
Ein viertes wichtiges Merkmal ist die sinkende Zuführungsgeschwindigkeit der Walzen beim Vorwärtslauf 80a der Walzen, ehe die Walzen anhalten. Beim Anlaufen der Walzen werden die Walzen rasch bis zur maximalen Zuführgeschwindigkeit beschleunigt. Vor dem Anhalten der Walzen vermindert sich-diese maximale Geschwindigkeit progressiv oder stufenweise, wodurch eine Abnahme im Grad der Drehung beim Fachen, zu der es auf der Seite unterhalb des Knotens kommt, vermieden wird, wie festgestellt wurde, wobei die meisten Stränge mit dem Verfahren gedreht werden. Dadurch ergibt sich eine meßbare Verbesserung des durchschnittlichen Drehungsgrades und der Gleichmäßigkeit des beim Drehen gefachten Garnerzeugnisses.
Die gesamte Halbzyklus-Zeit in Fig. 9 und Fig. 9A, z. B. von a nach a', beträgt in der ersten Richtung des Drehens beim Fachen etwa 413 Millisekunden. Bei der zweiten Halbzyklus-Zeit von 413 ms, z. B. von a' nach a'', bleibt der Zeittakt der Elemente der gleiche, nur daß das entgegengesetzte Zwirndüsenventil für die andere Richtung der Drehung beim Fachen betätigt wird.
In Fig. 9, zu einer beliebig gewählten Zeit "a",
- haben die Zuführwalzen eine Umfangsgeschwindigkeit von 280 yd/m;
- steht die "S"-Zwirndüsenleitung unter einem Druck von 80 psig, 30 wodurch das Garn in "S"-Richtung gefacht wird;
- steht die "Z"-Zwirndüsenleitung nicht unter Druck;
zu der Zeit "b"
- beginnen die Zuführwalzen allmählich langsamer zu laufen;
- verbleiben die "S" und die "Z"-Zwirndüsen wie in "a";
zu der Zeit "c"
- erreichen die Zuführwalzen eine Geschwindigkeit von 160 yd/m;
- verbleiben die "S"- und die "Z"-Zwirndüsen wie in "a";
zu der Zeit "d"
- beginnen die Zuführwalzen rasch langsamer zu laufen;
-verbleiben die "S" und die "Z"-Zwirndüsen wie in "a";
zu der Zeit "e"
- haben die Zuführwalzen gestoppt;
- verbleiben die "S"- und die "Z"-Zwirndüsen wie in "a";
zu der Zeit "f"
- ist der Amboß in Richtung zu dem Horn ausgefahren, hat das gefachte Garn zusammengedrückt, so daß es an der Bindevorrichtung gestoppt hat, und geht die Bindungsenergie in das Garn ein;
- verbleiben die "S"- und die "Z"-Zwirndüsen wie in "a"
- haben die Zuführwalzen gestoppt;
zu der Zeit "g"
- ist der Amboß noch ausgefahren, hat das Garn an der Bindevorrichtung angehalten, und geht die Bindungsenergie in das Garn ein;
- wurde der Druck zu der "S"-Zwirndüse abgeschaltet und wird abgelassen;
- steht die "Z"-Zwirndüsenleitung nicht unter Druck;
- haben die Zuführwalzen gestoppt;
zu der Zeit "h"
- ist der Amboß soweit eingefahren, daß er das Garn freigibt und den Bindungsvorgang stoppt;
- stehen die "S"- und die "Z"-Zwirndüsenleitungen im wesentlichen nicht unter Druck und bewirken dadurch, daß sich die "Z"-Drehung oberhalb der "S"-Zwirndüse nach unten bis der Bindung ausbreitet, so daß eine "Z"-Einfachgarndrehung und eine "S"-Drehung beim Fachen oberhalb der Bindung entstehen;
-haben die Zuführwalzen gestoppt;
zu der Zeit "i"
- beginnen die Zuführwalzen rasch schneller zu laufen;
- ist der Amboß fast eingefahren;
- stehen die "S"- und die "Z"-Düsenleitungen im wesentlichen nicht 35 unter Druck und bewirken dadurch, daß sich durch die gespeicherte "Z"-Einfachgarndrehung oberhalb Zwirndüsen die Einfachgarne in "Z"-Richtung drehen und das Garn in "S"-Richtung gefacht wird;
zu der Zeit "j"
- beschleunigen sich die Zuführwalzen noch immer mit einer hohen Geschwindigkeit;
- steigt der Druck in der "Z"-Düsenlinie bis zu einem Druck 80 psig an, so daß das Garn gefacht wird;
- steht die "S" - Düsenleitung nicht unter Druck;
zu der Zeit "a'"
- haben die Zuführwalzen eine Umfangsgeschwindigkeit von 280 yd/m;
- steht die "Z"-Zwirndüsenleitung unter einem Druck von 80 psig, so daß das Garn in "S"-Richtung gefacht wird;
- steht die "S"-Zwirndüsenleitung nicht unter Druck;
- wiederholt sich der erste Halbzyklus zwischen a' und a'', nur daß die entgegengesetzten Düsen betätigt werden.

BEISPIELE

Für die folgenden Beispiele wurden zwei Endlosfilament-Bauschgarne aus Nylon für Teppiche mit 1330 Denier und 68 Filamenten als Vorlagegarn von den Spulen 12 in Fig. 1 verwendet.

BEISPIEL 1

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß verschiedener Maschinenstrecken L&sub1; auf die Gleichmaßigkeit der Drehungsverteilung. Es wurden drei verschiedene Verhältnisse von L&sub1; : LR getestet, wobei die Testbedingungen zur Anwendung kamen, die im allgemeinen ähnlich den in Fig. 9 dargestellten waren, nur daß die Zuführgeschwindigkeit 80a der Walzen konstant war:
L&sub1; : LR = 1,04 (Fig. 14A)
L&sub1; : LR = 2,13 (Fig. 14B)
L&sub1; : LR = 2,96 (Fig. 14C)
Der Test wurde bei einer Geschwindigkeit der Zugwalzen gleich 76,2, 91,4 und 152 in/min wiederholt. In allen Fällen sind die Tendenzen bei L&sub1; die gleichen wie in Beispiel 1. Die Schlußfolgerung aus diesen Tests lautet, daß L&sub1; : LR > 2 für die Gleichmäßigkeit der Drehung zu wünschen ist, jedoch nicht ausreicht.
L&sub2; = 12,7 cm
L&sub3; = 9,14 m

BEISPIEL 2

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß verschiedener Maschinenstrecken L&sub2; auf den kurzzeitigen Drehungsgrad und die Gleichmäßigkeit (15,2 cm um den Richtungswechselpunkt herum). Wiederum wurden zwei verschiedene Verhältnisse L&sub2; : LR getestet, wobei die Zeittaktbedingungen ähnlich denen in Beispiel 1 waren:
L&sub2; : LR = 0,0064 (Fig. 15A)
L&sub2; : LR = 0,0105 (Fig. 15B)
Bei diesem Beispiel wurde L&sub1; auf 4,6 in festgelegt, und L&sub3; wurde auf 9,14 m festgelegt. Wiederum wurde dieser Vergleich bei einer Geschwindigkeit der Zugwalzen von 74,2; 91,4 und 152 in/min mit vergleichbaren Ergebnissen vorgenommen. Die Schlußfolgerung lautet, daß L&sub2; den Drehungsgrad um den Richtungswechselpunkt herum beeinflußt und ein kleines Verhältnis L&sub2; : LR bevorzugt wird.
Die Messungen der Drehungsverteilung wurden unter Anwendung des früher beschriebenen Verfahrens "nahe an dem Richtungswechselknoten" vorgenommen.

BEISPIEL 3

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß verschiedener Maschinenstrecken L&sub3; auf die endgültige Drehungsintensität des gefachten Garns. Wiederum wurden drei verschiedene Verhältnisse L&sub3; : LR getestet, wobei die Zeittaktbedingungen ähnlich denen in Beispiel 1 waren. LR = 108'' Test Restdrehung Nr. Anzahl der Drehungen Durchschnitt

BEISPIEL 4

Dieses Beispiel zeigt die mit Ultraschall erzeugte Bindungsfestigkeit des gefachten Garns im Bereich des Richtungswechselknotens. Es wurden die Zeittaktbedingungen ähnlich denen von Beispiel 1 angewandt, um diese Proben herzustellen - L&sub1; wurde auf 4,6 in, L&sub2; wurde auf 1,27 cm und L&sub3; wurde auf 9,14 eingestellt. Das zur Bestimmung der Bindungsfestigkeit angewandte Testverfahren ist oben beschrieben. Garn Bindungsfestigkeit Endgültige Reißfestigkeit des einzelnen Strongs Festigkeit des gefachten Kontrollgarns
Bei Betrieb muß die Bindung zumindest in der Thermofixierungsphase, in der dem Garn ein "Gedächtnis" auferlegt wird, alle Spannungen in dem Verfahren aushalten. Die maximale Prozeßspannung beträgt 140 g.

BEISPIEL 5

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß der Veränderung des Profils der linearen Garnlaufgeschwindigkeit beim Vorwärtslauf 80a der Walzen bei Aufrechterhaltung von konstanten Maschinenlängen. Es werden die Zeittaktbedingungen ähnlich denen von Fig. 9 aufrechterhalten, während die unterschiedlichen Profile der Zugwalzengeschwindigkeit demonstriert werden. Die Maschinenlängen sind:
In Fig. 16A wird die Garnlaufgeschwindigkeit auf eine konstante Geschwindigkeit erhöht, wie in Fig. 9 beschrieben, die Geschwindigkeit beim Zuführen durch die Walzen wird jedoch nicht erhöht - das Drehungsprofil zeigt eine leichte Vergrößerung längs der Garnlänge. In Fig. 16B wird die Garnlaufgeschwindigkeit in dem Walzenzuführabschnitt des Zyklus (ca. 50%) allmählich bis zur Maxiinalgeschwindigkeit erhöht. Das führt zu einer stärkeren Drehungsverminderung längs der Garnlänge. In Fig. 16C wird die Garnlaufgeschwindigkeit wie in Fig. 16A erhöht, wird dann jedoch in dem Walzenvorwärtslaufabschnitt des Zyklus allmählich in einer Weise ähnlich der in Fig. 9 dargestellten allmählich verringert.
Das führt zu einem gleichmäßigeren Drehungsgrad und führt die gewünschte quadratwellenartige Drehungsverteilung herbei.

BEISPIEL 6

Bei Prozeßbedingungen ähnlich denen von Beispiel 5, worin die Gesamtzeit des Zyklus 413 ins beträgt, und worin die Vorlagegarne einen Denier-Wert von 1245 mit einem Denier-Wert von 19 pro Filament und einen quadratischen Querschnitt mit gerundeten Ecken und vier durchgehenden Hohlräumen aufweisen, beträgt der prozentuale Anteil der befriedigend gebundenen Knoten 98,6% bis 99,3%. Auf beide Garne wird nach den Fadenspannern mit Hilfe einer Appreturaufbringvorrichtung 17 (Fig. 1) Wasser aufgebracht, so daß sich das Garn beim Anfassen feucht anfühlt. Der prozentuale Anteil von befriedigend gebundenen Knoten steigt auf 99,8%.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich zur Herstellung von großen Drehrichtungswechsellängen, was besonders wünschenswert ist bei mit wechselnder Drehrichtung gefachten Teppichgarnen. In Beispiel 1 betrug die Anzahl der Drehungen bei der Drehung beim Fachen zum Beispiel durchschnittlich etwa 200 - 230, und in Beispiel 5 betrug sie durchschnittlich etwa 250 - 260. Durch den Start-und Stopp-Charakter des Verfahrens wird auch eine große Drehrichtungswechsellänge begünstigt, so daß die Garnlaufgeschwindigkeit über einen längeren Abschnitt des Maschinenzyklus hoch ist und die Start-Stopp-Frequenz der Elemente der Vorrichtung niedrig ist, so daß Verschleiß und Abnutzung geringer werden. Dann beträgt die Drehrichtungswechsellänge bevorzugt mindestens etwa 100 Drehungen und mehr bevorzugt 200 Drehungen.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wurde zwar beschrieben hinsichtlich der Drehung einer Vielzahl von Strängen in der gleichen Richtung, des Fachens der gedrehten Stränge, des Klammerns und des Bindens der beim Drehen gefachten Stränge aneinander und dann des Wiederholens der Schritte, wobei die Stränge in der Gegenrichtung gedreht werden, es wurde jedoch beobachtet, daß sich die Garne, solange die Drehung in den Einfachgarnsträngen in bestimmter Weise von einem Knoten (oder Halbzyklus der Maschine) zum nächsten verändert wird, miteinander fachen und dabei ein mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn ergeben. Die Strangdrehung in dem ersten Halbzyklus kann zum Beispiel eine hohe "S"- Drehung sein, die in dem zweiten Halbzyklus von einer geringen "S"-Drehung gefolgt wird, wodurch in dem Garn ein geringer Drehungsgrad beim Fachen entsteht; die Strangdrehung kann eine hohe "S"-Drehung sein, die von einer Nulldrehung gefolgt wird, wodurch in dem Garn eine geringe bis mittelgroße Drehung beim Fachen entsteht, oder die Strangdrehung kann eine geringe "S"-Drehung sein, die von einer hohen "Z"-Drehung gefolgt wird, wodurch eine mittelgroße bis hohe Drehung beim Fachen entsteht. Bei einem hohen Drehungsgrad beim Fachen besteht der bevorzugte Arbeitsgang darin, daß die Strangdrehung eine hohe "S"-Drehung ist, die gefolgt wird von einer hohen "Z"-Drehung. Von einem Halbzyklus zum nächsten ist es jedoch nur erforderlich, daß in der Strangdrehung eine bestimmte Änderung erfolgt, die eine Änderung des Grades in der gleichen Richtung oder eine Änderung der Richtung mit dem gleichen Grad oder eine kombinierte Änderung sowohl des Grades als auch der Richtung sein kann.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt zwar Ultraschallenergie zur Anwendung, um die gefachten Garne aneinander zu binden, der Fachmann kann jedoch auch andere Energiequellen benutzen, wie z. B. Strahlungsenergie von Lasern oder anderen Quellen. Auch können andere Bindemittel verwendet werden, wie z. B. Klebstoffe, oder eine Verwickelung der Filamente kann genutzt werden. Auf jeden Fall sollten die Bindestellen klein (kleiner als die Länge einer Drehung bei der Drehung beim Fachen) und fest sein (etwa 25% der Einfachgarnfestigkeit oder mehr), um eine hohe Sicherheit zu gewährleisten, und so hergestellt werden, daß die Garne zusammengedrückt werden, wobei die Stränge in einem Winkel zueinander liegen wie in gefachtem Zustand.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zwar ein Verfahren zum Binden von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn in gefachtem Zustand als Teil des Start-und-Stopp-Verfahrens beschrieben, es liegt jedoch im Ermessen eines Fachmanns, das Binden von gefachtem Garn in einem kontinuierlichen Verfahren auszuführen. Ein solches Verfahren kann zum Beispiel zustandegebracht werden, indem die hierin beschriebene Ausführungsform durch Bereitstellung von Einrichtungen modifiziert wird, um die mit Ultraschall erregte Bindevorrichtung mit einer Geschwindigkeit zu transportieren, die gleich einer Geschwindigkeit eines sich kontinuierlich bewegenden Garns ist, wie sie von den kontinuierlich umlaufenden Zugwalzen festgelegt wird. Wenn das gefachte Garn so aneinander gebunden werden soll, daß ein Knoten entsteht, beschleunigt die Transporteinrichtung die Bindevorrichtung rasch, so daß sie die Laufgeschwindigkeit des Garns erreicht und beibehält. Dann würden die Bindevorrichtung und die Zwirndüsen in der oben beschriebenen Weise funktionieren, wenn keine relative Bewegung zwischen Garn und Bindevorrichtung stattfindet. Nachdem die Bindevorrichtung das Garn freigegeben hat, wurde sie mit der Transporteinrichtung rasch in ihre Ausgangsposition zurückgeführt und wäre bereit für den nächsten Bindevorgang. Die Transportstrecke für die Bindevorrichtung sollte so kurz wie möglich sein. Weitere Verfahren, um keine relative Bewegung zwischen Garn und Bindevorrichtung zustandezubringen, sind ebenfalls möglich, um eine Bindung des gefachten Garns in einem Verfahren zustande zubringen, in dem das Garn kontinuierlich läuft.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn, worin in einer Richtung gedrehte (20) Einfachgarne (10) miteinander gefacht werden, umfassend das Binden (26, 27) der beim Fachen gedrehten Garne aneinander, bevor die Drehrichtung der Garne gewechselt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn nach Anspruch 1, worin das Garn hergestellt wird aus einer Vielzahl von Strängen (10), umfassend das Zuführen der Stränge nebeneinander unter Spannung (16) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf einem Wege, das Drehen (20) der Stränge in einer vorbestimmten Richtung, in der sie auf ihrem Wege laufen, das Fachen der gedrehten Stränge, das Stoppen der Vorwärtsbewegung der beim Fachen gedrehten Stränge, das Binden (26, 27) der beim Fachen gedrehten Stränge aneinander, so daß eine Bindung entsteht, das Stoppen des Drehens der Stränge und dann die Wiederholung der Schritte, wobei die Stränge in einer anderen Richtung gedreht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend den zusätzlichen Schritt des Drehens des gefachten Garns.

4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, worin die Zuführgeschwindigkeit im Durchschnitt mindestens 150 Meter pro Minute beträgt.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, worin die gedrehten Stränge mit Ultraschall (26, 27) aneinander gebunden werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Bindung aneinander mit einem mit Ultraschall betätigten Horn (26) zustandegebracht wird, das eine der Fläche eines beweglichen Ambosses (27) gegenüberliegende Fläche aufweist, wobei die Stränge zwischen beiden einander gegenüberliegenden Flächen angeordnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Ultraschallhorn (26) über die gesamte Laufzeit des Verfahrens kontinuierlich erregt wird.

8. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, umfassend den Schritt der allmählichen Verringerung der Zuführgeschwindigkeit der Stränge zwischen der Ausbildung der Knoten.

9. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, umfassend den Schritt des Aufbringens eines Weichmachers auf die Stränge, bevor diese aneinander gebunden werden.

10. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, umfassend den Schritt des Thermofixierens des mit wechselnder Drehrichtung gefachten Garns.

11. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, worin die Stränge bei der Wiederholung der Schritte mit einer anderen Geschwindigkeit gedreht werden.

12. Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn nach Anspruch 2, worin die Stränge mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie auf dem Wege laufen, jeweils in der vorbestimmten Richtung gedreht werden.

13. Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn nach Anspruch 1, worin das Garn hergestellt wird aus einer Vielzahl von Strängen (10), umfassend das Zuführen der Stränge nebeneinander unter Spannung (16) mit einer Beförderungsgeschwindigkeit auf einem Wege, das Drehen (20) der Stränge mit einer Drehungsgeschwindigkeit in der gleichen Richtung, in der sie auf ihrem Wege laufen, das Fachen der gedrehten Stränge an einer Zusammenführungsstelle und das Ändern der Beförderungsgeschwindigkeit der Stränge in Verbindung mit der Drehungsgeschwindigkeit der Stränge an der Zusammenführungsstelle, um eine im wesentlichen rechteckwellenartige Verteilung der Drehungen zu erzielen, das Stoppen des Fachens der Stränge, während das beim Fachen gedrehte Garns aneinander gebunden wird, und dann die Wiederholung der Schritte, während die Stränge in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden.

14. Verfahren zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn nach Anspruch 1, worin das Garn hergestellt wird aus einer Vielzahl von Strängen (10), umfassend das Zuführen der Stränge nebeneinander unter Spannung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf einem Wege, das Drehen der Stränge in der gleichen Richtung, in der sie auf ihrem Wege laufen, das Fachen der gedrehten Stränge an einer Zusammenführungsstelle in einer ersten Richtung, das Stoppen der Zuführbewegung der Stränge, das Klammern des beim Fachen gedrehten Garns, das Binden (26, 27) des geklammerten, beim Fachen gedrehten Garns aneinander, das Entklammern des beim Fachen gedrehten Garns, und dann die Wiederholung der Schritte, wobei das Garn in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird.

15. Vorrichtung zur Herstellung von mit wechselnder Drehrichtung gefachtem Garn aus einer Vielzahl von Strängen, wobei das Garn einen festen Abstand zwischen den Knoten hat, die Bereiche mit wechselnder Drehrichtung in dem Garn begrenzen, umfassend eine Zuführungsquelle (12) für die Stränge, eine Einrichtung (16) zum Spannen der Stränge, eine Einrichtung (20) zum Drehen der Stränge, eine Einrichtung zum Fachen der gedrehten Stränge, eine Einrichtung (26, 27), um des Garn an den Knoten aneinanderzubinden, und eine Einrichtung (40) zur Beförderung des Garns, wobei das Verhältnis des Abstands zwischen der Spanneinrichtung und der Dreheinrichtung zu dem festen Abstand mindestens 2 beträgt, das Verhältnis des Abstands zwischen der Dreheinrichtung und der Bindeeinrichtung zu dem festen Abstand mindestens 0,02 beträgt und das Verhältnis des Abstands zwischen der Bindeeinrichtung und der Beförderungseinrichtung zu dem festen Abstand mindestens 2 beträgt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Einrichtung, um die Stränge aneinanderzubinden, ein mit Ultraschall erregtes Horn (26) und einen Amboß (27) aufweist, der eine in den Strang eingreifende Fläche (27) besitzt, die sich in Eingriff mit dem Horn bewegen läßt, wobei die in den Strang eingreifende Fläche folgendes umfaßt einen langgestreckten Schlitz (31) in der Fläche; vordere, hintere und Zwischenflächen, die in Richtung zu der Längsachse des Schlitzes abgewinkelt sind, wobei der Schlitz eine Breite (29) aufweist, die etwas größer ist als der Durchmesser eines einzelnen Strangs, und eine Tiefe, die etwa gleich den kombinierten Durchmessern der Vielzahl von Strängen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin die vorderen Flächen (31a) in Richtung zueinander abgewinkelt sind und dadurch eine zunehmend schmalere Öffnung in der Laufrichtung der gefachten Stränge in Richtung zu dem Schlitz (31) darstellen.

18. Mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn (30), hergestellt aus einer Vielzahl von gedrehten Strängen, wobei das Garn in wechselnden Richtungen in Längsabständen zwischen den Richtungswechselnoten (50) beim Fachen gedreht wird, wobei nahe an jedem Richtungswechselknoten eine Bindung (51a) gebildet wird, worin die Mitte (51b) der Bindungsstelle nicht mit der Mitte des Richtungswechselknotens (51c) ausgerichtet ist.

19. Garn nach Anspruch 18, worin die Länge jedes Knotens kleiner ist als zwei Durchmesser des gefachten Garns.

20. Garn nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, worin die Stränge aus Endlosfilament-Bauschgarn von gleichem Denier-Wert bestehen.

21. Garn nach Anspruch 18, 19 oder 20, worin die Längen der Stränge im wesentlichen gleich sind.

22. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 21, worin das Garn eine Drehungsbeständigkeit von weniger als einer Drehung pro cm aufweist.

23. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 22, worin das Verhältnis der durchschnittlichen Drehung zu der Drehung jedes Strangs größer ist als 0,6.

24. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 23, worin die Festigkeit der Bindung mindestens 50 Prozent von der eines einzelnen Garnstrangs beträgt.

25. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 24, worin die Stränge in einem Winkelverhältnis zueinander nahe an dem Richtungswechselknoten aneinander gebunden sind.

26. Mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn (30), hergestellt aus einer Vielzahl von Strängen, die in wechselnden Drehrichtungen in Längsabständen zwischen den gebundenen Richtungswechselknoten (50) gedreht wurden, wobei die Bindungsstellen nahe an dem Richtungswechselknoten liegen und die durchschnittliche Bindungslänge (51a) der gebundenen Richtungswechselknoten kleiner ist als die durchschnittliche Länge (30a) einer Drehung bei der Drehung beim Fachen ist.

27. Garn nach Anspruch 26, worin die Länge des Richtungswechselknotens kleiner ist als zwei der Drehungslängen bei der Drehung beim Fachen.

28. Mit wechselnder Drehrichtung gefachtes Garn (30), hergestellt aus einer Vielzahl von gedrehten Strängen, wobei das Garn beim Fachen in wechselnden Richtungen in Längsabständen in ersten Halbzyklen der Drehung beim Fachen gedreht wird, die gefolgt werden von zweiten Halbzyklen der Drehung beim Fachen zwischen den Richtungswechselknoten, wobei eine Bindestelle nahe an jedem Richtungswechelknoten (50) gebildet wird, worin der erste Halbzyklus der Drehung beim Fachen innerhalb der Bindung liegt und der zweite Halbzyklus der Drehung beim Fachen an einem Ende der Bindung entsteht.

29. Mit wechselnder Drehrichtung gefachtes (30) nach Anspruch 28, worin die Länge jedes Knotens weniger als zwei Durchmesser des gefachten Garns beträgt.

30. Garn nach Anspruch 28 oder Anspruch 29, worin das Garn eine Drehungsbeständigkeit von weniger als einer Drehung pro cm aufweist.

31. Garn nach Anspruch 28 oder Anspruch 29, worin das Verhältnis der durchschnittlichen Drehung zu der Drehung jedes Strangs größer ist als 0,6.

32. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 28, 30 und 31, worin das Garn eine durchschnittliche Länge bei jeder Drehung der Drehung beim Fachen aufweist, wobei die durchschnittliche Bindungslänge (51a) der gebundenen Richtungswechselknoten kleiner ist als die durchschnittliche Länge (30a) einer Drehung bei der Drehung beim Fachen.

33. Garn nach Anspruch 32, worin die Länge des Richtungswechselknotens kleiner ist als zwei der Drehungslängen bei der Drehung beim Fachen.

34. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 29 bis 33, worin die Festigkeit der Bindung mindestens 50 Prozent von der eines einzelnen Garnstrangs beträgt

35. Garn nach einem beliebigen der Ansprüche 28 bis 34, worin die Stränge in einem Winkelverhältnis (A) zueinander nahe an einem Richtungswechselknoten aneinander gebunden sind.

36. Garn (30), hergestellt aus einer Vielzahl von Multifilamentsträngen, die in wechselnden Richtungen gedreht sind und in Längsabständen mit einer Bindung nahe an einem Richtungswechselknoten zusammengehalten werden, wobei die Bindung eine Querschnittsfläche aufweist, die von einem mittigen Bereich aus dicht geschlossenen Filamenten und von am Umfang angeordneten Bereichen von locker zusammengeführten Filamenten gebildet wird.