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Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Aufschließen insbesondere
von Faserpflanzen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum
mechanischen Aufschließen bzw. zum mechanischen Zerlegen von Materialien, insbesondere
von Faserpflanzen.
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Inhomogene Materialien, wie z. B. Faserpflanzen, weisen unterschiedliche
Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften der Einzelbestandteile auf. Das Zerlegen
solcher Materialien in Einzelbestandteile, bei Faserpflanzen das sog. mechanische
Aufschließen, erfolgt allgemeindurcheineDeformierung des Materials in dem Maße,
dem bestimmte abzuarbeitende Einzelbestandteile oder der Verband der Einzelbestandteile
bezüglich ihrer Festigkeit und Elastizität nicht gewachsen sind. So werden Faserpflanzen
nach bekannten Verfahren durch Walzen, Brechen, Riffeln, Schlagen usw. mechanisch
aufgeschlossen, wobei angestrebt wird, ein möglichst sauberes, d. h. von allen sonstigen
Pflanzenteilen, Inkrustierungen u. dgl. befreites und möglichst unbeschädigtes Fasermaterial
zu erhalten. Da jedoch die Unterschiede in der Festigkeit und Elastizität der zu
gewinnenden Fasern gegenüber den abzuarbeitenden Pflanzenteilen nicht immer so groß
sind, wie es für die Aufschließung wünschenswert ist, und andererseits absolute
Schwankungen durch Pflanzensorte, Wachstum, Reife usw. die Regel
sind;
.war eine Gewähr für eine vollständige Aufschließuilg des -Fasermaterials ohne Beschädigung
der Fasern nicht gegeben. In der Praxis ist daher beim mechanischen Aufschließen
solcher Faserpflanzen so vorgegangen worden, daß zwischen dem praktisch erreichbaren
Grad der Aufschließung ,in - ein Beschädigungsgrad des Fasermaterials t 'd
ein ein Kömpiom.iß-,geschlossen wurde.
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Der Erfindung lag in erster Linie die Aufgäbe zugrunde, Verfahren
und Vorrichtungen zu schaffen, bei welchen das Trennen von Materialien, insbesondere
Faserpflanzen, mit untersc'hiedl'ichen Festigkeits- und Elastizitätseigensehaften
.der Einzelteile möglichst vollständig und mit einem Geringstmaß an Beschädigung-
des gewünschten Enderzeugnisses, insbesondere der Fasern, erreicht wird. Die Erfindung
bezweckt damit, insbesondere Fasermaterialien in einer Quälität zu gewinnen, wie
sie mit den bekannten Maschinen.und. Geräten bisher nicht erreicht werden konnte.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, Verfahren und Vorrichtungen
zum mechanischen Aufschließen insbesondere von: Faserstoffen zu schaffen, bei denen
der angestrebte Zweck durch die Verwendung möglichst einfacher Mittel erreicht wird.
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In Übereinstimmung mit dem Lösungsgedanken nach der Erfindung wird
das mechanische Trennen von Materialien, insbesondere von Faserpflanzen, z. B. in
Strangform unter Verwendung von während des gesamten Aufschließvorganges sich mit
dem - Material bewegenden. Schutzeinrichtungen gegen Überspannungen vorgenommen,
derart, daß durch Deformationsvorgänge an den aufzuschließenden Materialien die
Zerreißfestigkeit der. zu. gewinnenden Materialien, insbesondere der zu gewinnenden
Fasern nicht überschritten wird.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform des Lösungsgedankens
nach der Erfindung wird bei Verfahren zum mechanischen Aufschließen insbesondere
von Faserpflanzen durch Änderung der Bewegungsrichtung von Teilen -des Materials
die Schutzvorrichtung für das.Material in Strangform durch wenigstens auf- einer
Seite, vorzugsweise aber auf mehreren Seiten mit dem Material geführte Wände gebildet,
welche an den Änderungen der Bewegungsrichtung der Materialen während der Behandlung
teilnehmen. Als Wand bzw. Wände können gemäß der Erfindung vorzugsweise endlose
biegsame Bänder verwendet werden, welche das Material bei seiner. mechanischen Aufsch_
ließungsbehandlung fortlaufend führen.
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Die technischen- Mittel zur Durchführung der Änderung der Bewegungsrichtung
des Materialstrenges mit seiner Führungswand bzw. . seinen Führungswänden können
beliebig sein.
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Im Sinne des Lösungsgedankens der vorliegenden Erfindung, bei welcher
- eine Änderung der Bewegungsrichtung des Materials mit den das Material einschließenden
Wänden so erfolgt, daß die Biegefestigkeit abzuarbeitender . Materialbestandteile
überschritten wird, kann das Material um Walzen od. dgl. herum mit verschieden großem
Durchmesser geführt. werden, -welche sich vorzugsweise in der Förderichtung in Abhängigkeit
von dem Aufschließungsgrad der Materialien im Durchmesser verkleinern.
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Beispielsweise is:t es nach einer praktischen Ausführungsform der
Erfindung möglich, den Materialstrang mit der ihn führenden Wand bzw. Wänden über
verhältnismäßig nahe aneinanderliegende Walzen zu führen, zwischen denen Warzen
kleineren Durchmessers angeordnet sind, durch welche die Biegung bzw. die Änderung
der Bewegungsrichtung über große Winkel erfolgt.
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!...-Zufolge der Führung des Materials bzw. des Materialstranges auf
einer Seite oder auf beiden Seiten können in Übereinstimmung mit der Erfindung dieserhalb
die Änderungen der Bewegungsrichtung des Materials bzw. des Stranggutes über kleine
Krümmungsradien und. Winkel erfolgen, welche zwischen i 8o und 36o° liegen, so daß
die Biegefestigkeit abzuarbeitender Materialbestandteile erheblich überschritten
wird.
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Während nach bekannten Verfahren bei der Behandlung von ungeschützten
Faserstoffen schon bei wesentlich kleinerer Änderung der Bewegungsrichtung die insbesondere
an der Außenseite auftretenden Dehnungsspannungen ein Zerreißen der Fasern zur Folge
haben würden, wird im Gegensatz dazu bei der Erfindung die Dehnungsbeanspruchung
durch die mitgeführte Wand bzw. Wände aufgenommen, so daß diese für die Fasern einen
wirksamen überspannungsschutz bilden. Bei den durch Änderungen der Bewegungsrichtung
der aufzuschließenden Materialien auftretenden Dehnungsspannungen in der Dehnungszone
werden diese Dehnungsspannungen von der mitgeführten Wand bzw. Wänden aufgefangen
und nicht auf das Fasermaterial übertragen. Dadurch wird erreicht, daß die Faser
nicht in eine Spannungszone, sondern in eine Mittelzone kommt, in welcher sie praktisch
spannungsfrei bleibt. Als Folge dieser Maßnahme nach der Erfindung wird der mechanische
Wirkungsgrad der Aufschließungsvorgänge erheblich erhöht. Außerdem gewährleistet
die ein- oder mehrseitige Führung des Materialstranges gegenüber bekannten Verfahren
die Erhaltung der natürlichen Parallellage der Fasern in der Pflanze während des
gesamten Behandlungsprozesses.
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Es liegt weiterhin im Rahmen des v orgekenn-,zeichneten Erfindungsgedankens,
bei einem Verfahren zum Aufschließen insbesondere von Faserpflanzen die Bewegungsgeschwindigkeit
der sich mit dem. Material bewegenden Wand bzw. Wände zur Bewegungs.ge'schwindigkeit
des Materials zu .ändern, was insbesondere bei der Änderung der Bewegungsrichtung
des Materials durch-an der Wand bzw. an den Wänden vorgesehene Mittel erfolgen kann,
und zwar _derart, daß zwischen Materialteilen und ihrer Führungswand bzw: -wänden
eine Verschiebung stattfindet und damit eine Schabwirkung erzielt wird. Diese Ausführung
des Erfindungsgedankens ist insbesondere zweckvoll, um das Abarbeiten von Materialbestandteilen
von dem eigentlichen Fasermaterial zu unterstützen.
Für die Ausführung
des Erfindungsgedankens ist weiterhin nicht Voraussetzung, daß die Geschwindigkeit
des sich mit seiner Wand bzw. seinen Wänden bewegenden Materialstranges und seiner
Fördermittel bzw. der die Änderung der Bewegungsrichtung vornehmenden Mittel einander
gleich ist. Beispielsweise ist es nach der Erfindung möglich, daß zwischen dem Materialstrang
mit der ihn führenden Wand bzw. Wänden und den die Richtungsänderung bzw. die Förderbewegung
vornehmenden Mitteln eine Abrollbewegung stattfindet, welche beispielsweise durch
die Verwendung von teilweise ineinandergreifenden Rollen- oder Walzenkränzen vorgenommen
werden kann, die zwischen sich den Materialstrang und seine Führungswand bzw. seine
Führungswände aufnehmen und die Änderung der Bewegungsrichtung bewirken.
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Für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist auch nicht die
Verwendung von rotierenden Mitteln zur Änderung der Bewegungsrichtung des Materialstranges
mit der Wand bzw. den Wänden Voraussetzung; zum mechanischen Aufschließen des Materialstranges
können auch schwingende Einrichtungen verwendet werden, welche sich quer zur Förderrichtung
des Materialstranges mit .seinen Führungen bewegen und deren Schwingungsamplitude
bzw. deren Frequenz von der Art des aufzuschließenden Materials abhängt.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Führungsband bzw. Führungsbänder,
welche mit einer Mehrzahl bzw. Vielzahl von Ausnehmungen versehen sein können oder
die nach Art eines Netzes ausgebildet sind. Eine solche Ausführung des Führungsbandes
bzw. der Führungsbänder kann gewählt werden, wenn während des Behandlungsprozesses
zum mechanischen Aufschließen von außen her Einwirkungen auf das zu behandelnde
Material vorgenommen werden sollen, beispielsweise wenn eine direkte mechanische,
eine chemische oder eine Wärmebeeinflussung stattfinden soll. Es ist z. B. möglich,
durch die Führungswand bzw. -wände hindurch eine Trocknungsbehandlung z. B. mittels
Heißluft oder auch eine Behandlung mit Flüssigkeit oder Dampf zum weiteren Aufschließen,
zum Waschen oder Veredeln des Fasermaterials vorzunehmen. Diese Durchlöcherungen
können insbesondere auch beispielsweise zum entfernen von abzuarbeitenden Materialbestandteilen
(Schäben) verwendet werden.
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Bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung kann auch so vorgegangen
werden, daß an beliebigen und gewünschten Stellen zwischen der Behandlung nach dem
Verfahren der Erfindung geeignete Zwischenbebandlungsstufen eingeschaltet werden,
Beispielsweise, indem eine Entfernung von abzuarbeitenden Materialbestandteilen,
z. B. Schäben, vorgenommen wird, wobei z. B. das Material ein oder mehrere Male
aufgelockert wird.
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Auch können an geeigneten Stellen Quetsch-, Schüttel-, Schlag- bzw.
Kämm- und Bürsteneinrichtungen vor, zwischen und hinter den mechanischen Aufschließungsvorrichtungen
nach der Erfindung vorgesehen sein. Diese Arbeitsvorgänge können auch zugleich mit
der Aufschließungsbehandlung nach der Erfindung vor sich gehen.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Vorrichtungen verschiedener
Art zur Durchführung der vorgekennzeichneten Verfahren.
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Inder Zeichnung sind Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung
der Verfahren der Erfindung beispielsweise und schematisch wiedergegeben.
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Fig. i bis q. zeigen jeweils schematisch Seitenansichten von Vorrichtungen
zur Durchführung der Änderung der Bewegungsrichtung; Fig. 5 a zeigt eine Teilseitenansicht
zweier zusammenarbeitender Walzenkränze; Fig. 5 b zeigt einen Schnitt nach Linie
5b-5b der Fig. 5 a; Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zur Änderung der Bewegungsrichtung
durch eine Schwingeinrichtung; Fig.7 und 8 zeigen in vergrößertem Maßstab eine besondere
Ausführungsform einer Führungswand bzw. Führungswänden.
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Gemäß der Ausführungsform der Fig. i wird ein Strang io von aufzuschließendem
Material, insbesondere Faserpflanzen, zwischen zwei endlosen Bändern i i und 12
aus einem biegsamen, aber verhältnismäßig unelastischem Material geführt und wird
auf der mit 13 in strichpunktierten Linien angedeuteten Arbeitsstrecke einer Vielzahl
von Änderungen der Bewegungsrichtung zum mechanischen Aufschließen der Materialien
unterworfen.
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Zufolge der Umhüllung des Bearbeitungsgutes an einer, vorzugsweise
aber an mehreren Seiten durch die endlosen Transportbänder ii und 12 werden die
aufzuschließenden Materialien nicht mit den die Änderung der Bewegungsrichtung vornehmenden
Mitteln in Berührung gebracht, werden aber auf dem ganzen Wege durch diese Bänder
wirksam geführt. Durch die Verwendung dieser endlosen Bänder i i und 12 oder gleichwertiger
Mittel kann das Biegen des Bearbeitungsgutes bzw. die Änderung der Bewegungsrichtung
über Walzen od. dgl. mit kleinem und kleinstem Krümmungsradius und über große Winkelbeträge
erfolgen, die praktisch unbegrenzt bis zu 36o° erhöht werden können.
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Bei bekannten mechanischen Aufschließungseinrichtungen, insbesondere
paarweise angeordneten Riffelwalzen, erfolgt das Aufschließen durch das wiederholte
Einknicken des Faserstranges durch die Riffelzahnung. Der Winkelbetrag, um den mit
Riffelwalzen gebogen werden kann, liegt in der Größenordnung von etwa 30°, während
durch die Verwendung der ein- oder beiderseitigen Führung bei dem Verfahren der
Erfindung sehr viel größere Biegewinkel zum Aufschließen des Materials verwirklicht
werden können.
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Als Beispiel einer Arbeitsmechanik zur Änderung der Bewegungsrichtung
des Materialstranges sind nach Fig. 2 zwei z. B. endlose Förderbänder i2a und i3a
vorgesehen, welche den Materialstrang io zwischen sich führen und welche über Walzen
14 und 15 so geführt sind, daß einmal eine Rechtsbiegung von i8o° und das andere
Mal eine Linksbiegung
von 18o0 erfolgt. Die Führung des Materialstranges
über Walzen gewährleistet gegenüber den Riffelwalzen od. dgl., daß jeder Abschnitt
des Materialstranges gleichen Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt ist, so daß dadurch
ein gleichmäßiges Aufschließen des Materials an allen Stellen gewährleistet wird.
Die Verwendung von Walzen bewirkt weiterhin, daß die durch die erste Walze vorgebogenen
Materialteile beim Einlauf in die folgende Walze zunächst wieder geradegerichtet
und dann zusätzlich um den gleichen Winkelbetrag nach der anderen Seite durchgebogen
werden, wodurch die mechanische Aufschließungswirkung intensiviert wird.
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Ein Beispiel dafür, daß der Biegevorgang über Winkel erfolgen kann,
die größer als i8o° sind, bietet sich schematisch in Fig.3, die einen Teil einer
Arbeitsmechanik wiedergibt. Bei dieser Ausführung ,sind zwei Walzen 16 und 17 angedeutet,.
die verhältnismäßig nahe aneinander anliegen und zwischen denen oberhalb eine Walze
18 mit kleinem Krümmungsradius gelagert ist, welche beispielsweise als Walze ohne
Endlager ausgebildet sein kann. Der Materialstrang io wird bei dieser Ausführung
zunächst um einen Winkel von etwa ga° und durch Umlauf um die Walze 18 mit kleinem
Durchmesser etwa über 27o0 zurück- und umgebogen und wird dann nochmals durch die
Walze 17 in der entgegengesetzten Richtung umgebogen.
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Insbesondere diese Art der mechanischen Aufschließung gemäß Fig. 3
läßt nach der Erfindung eine Vielzahl von technischen Möglichkeiten zur Anwendung
von Walzengruppierungen zu, die ein-oder mehrreihig ausgebildet sein können.
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Ein solches Beispiel zeigt schematisch die Fig. 4, bei welcher zwei
Reihen von Walzen ig und 2o vorgesehen sind, «-elche ähnlich wie die Ausführung
der Fig. 3 zwischen sich Walzen 21 mit kleinem Krümmungsradius aufnehmen. Bei dieser
Ausführungsform läuft ein Materialstrang io zunächst über die erste Walze 2o der
unteren Walzenreihe, dann über eine Walze kleinen Durchmessers 21, über eine zweite
Walze 2o, dann über eine große Walze ig der oberen Reihe, über eine kleine Walze
21 der oberen Reihe, eine zweite Walze ig der oberen Reihe und wieder über die gleiche
zweite Walze 2o der unteren Reihe usw.
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Durch diese Ausführung wird eine vielfache und gewünschte Änderung
der Bewegungsrichtung des durch endlose Bänder geführten Strangmaterials erreicht.
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Neben dem Vorteil einer reinen Durchbiegung des aufzuschließenden
Materials wird durch die Erfindung ein besonderer Schutz gegen Überschreitung der
Dehnungsgrenze des zu gewinnenden Materials, z. B. Fasern, erreicht, insbesondere
wenn für die endlosen Bänder ein relativ unelastisches Material,' z. B. Gewebe oder
gummiertes Gewebe, verwendet wird oder auch elastische Materialien, welche durch
Vorspannung der endlosen Bänder ihre Spannung einigermaßen konstant halten. Dadurch
wird das aufzuschließende Material auch bei der Biegung um kleinste Walzen herum
nicht auf Dehnung beansprucht, da keine Dehnung einer Außenschicht, sondern immer
nur eine Stauchung einer Innenschicht stattfindet.
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Für die Ausführung der Erfindung ist es nicht notwendig, daß glatte
Walzen verwendet werden, es ist auch möglich, z. B. geriffelte Walzen oder Zahnradwalzenpaare
zu verwenden, zwischen denen das Material mit den Bändern hindurchgeführt bzw. herumgeführt
wird, um eine mechanische Bearbeitung in Querrichtung zu erreichen.
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Nach der Ausführungsform der Fig. 5 a und 5 b sind zwei Wellen 22
und 23 vorgesehen, um welche jeweils eine Anzahl Arme 24 angeordnet sind, die an
ihren Enden Walzen oder Rollen 25 aufnehmen. Diese Rollenkränze greifen teilweise
ineinander, wodurch in abrollender Bewegung die Änderung der Bewegungsrichtung des
Materialstranges io (als Strich angedeutet) mit den schematisch angedeuteten endlosen
Bändern i2b, i3b bewirkt wird. Außerdem erfolgt der Transport des Materialstranges
mit seinen Bändern unter Zuhilfenahme der Rollen 25. Wie aus Fig. 5 a ersichtlich
ist, greifen die auf den Rollenträgern 24 angeordneten Rollen am inneren Umfang
eines Antriebsteils 35 an, der, wie bei 36 angedeutet ist, auf beliebige Weise angetrieben
werden kann. Beim Umlauf des Antriebsteils 35 läuft der Rollenträger 24 dann mit
der halben Geschwindigkeit des Antriebsteils 35 um. Es kann aber erwünscht sein,
daß die Geschwindigkeit des Rollenträgers 24 gegenüber der des Antriebsteils 35
stark erhöht wird. Aus diesem Grund wird dann der Rollen- oder Walzenträger 24 zusätzlich
von je einer rasch rotierenden mittleren Welle 22 bzw. 23, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung eines Getriebes, z. B. eines Regelgetriebes, angetrieben. Dadurch
kann erreicht werden, daß die Geschwindigkeit des Antriebsteils 35 gleich der Fördergeschwindigkeit
des Materialstranges io mit seiner Führung bzw. seinen Führungen 12b, 13b ist, zugleich
aber der rasch rotierende Rollenkorb oder -träger 24 mit seinen Rollen 25 auf dem
Materialstrang reibungsfrei rollt. Diese Ausführung ermöglicht eine sehr intensive
Bearbeitung des Materialstranges, so daß praktisch alle Teilchen des Stranges an
.der Eingriffsstelle des zusammenarbeitenden Rollen- bzw. Walzenkranzes umgebogen
und zugleich durch die erhöhte Geschwindigkeit der Rollenkränze eine Art Schlagwirkung
auf das zu bearbeitende Material ausgeübt wird.
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Die Schlagwirkung auf das Material kann nach Fig. 6 auch durch ein
oder mehrere Schwingsysteme erreicht werden. Bei dieser Ausführung sind für den
Materialstrang io und die Bänder i2c und 13c beispielsweise feste Führungen 26 vorgesehen,
zwischen denen ein auf und ab bewegliches, allgemein mit 27 bezeichnetes Schwingsystem
angeordnet ist, das messerartige Platten 28 aufweist, welche wechselseitig eine
Änderung der Bewegungsrichtung der Bänder und des Materials vornehmen. Das Schwingsystem
27 kann z. B. durch einen schematisch angedeuteten Kurbeltrieb 35 angetrieben werden.
Die
sich mit dem Material bewegende Wand bzw. Wände, insbesondere in der Form von endlosen
Bändern aus einem vorzugsweise elastischen Material mit unelastischer Einlage, können
in Obereinstimmung mit der Erfindung an der dem Materialstrang zugewandten Seite
eine zweckentsprechende Profilierung erhalten, beispielsweise in der Form, daß diese
Bänder auf der dem Material zugewandten Seite geriffelt ausgebildet sind. Eine solche
Ausführung ist in Fig. 7 und 8 wiedergegeben, bei welcher zwei Transportwalzen 29
und 30 jeweils den Materialstrang zwischen zwei Förderbändern i2d und 13d
mitnehmen, die innen mit Vorsprüngen 31 bzw. 32 versehen sind. Dadurch wird eine
schonende Deformation des Materials beim Durchgang durch die Walzen vorgenommen.
Bei der Änderung der Bewegungsrichtung wird durch die Verwendung solcher Führungsbänder
außerdem der Spitzenabstand der Riffelung vergrößert bzw. verkleinert, wodurch als
Folge einer Relativbewegung zwischen den Führungsbändern und Teilen des Materialstranges
eine zusätzliche und erwünschte Schabwirkung erzielt wird. Wie aus Fig.8 ersichtlich
ist, ändert sich beim Umlauf der Führungsbänder um eine Walze 33 der normale Spitzenabstand
an an der der Walze entfernt liegenden Seite in a.i und an der der Walze zunächst
liegenden Wand in a2, je nachdem, ob die Bogenlänge der glatten Seite gegenüber
der profilierten Seite der Führungsbänder verkürzt oder verlängert wird. Diese an
sich erwünschte Dehnung bzw. Verkürzung kann durch Verwendung von endlosen elastischen
Führungsbändern, z. B. aus Kautschuk mit Leinwandeinlage an der glatten Seite, gewährleistet
werden; die Profilierung der Bänder kann auch eine beliebige andere als die hier
wiedergegebene sein.