EP0230541A2 - Verfahren zur Herstellung von Wirrvliesbahnen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0230541A2
EP0230541A2 EP86116157A EP86116157A EP0230541A2 EP 0230541 A2 EP0230541 A2 EP 0230541A2 EP 86116157 A EP86116157 A EP 86116157A EP 86116157 A EP86116157 A EP 86116157A EP 0230541 A2 EP0230541 A2 EP 0230541A2
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EP
European Patent Office
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slot
compressor
nozzles
nozzle
thread
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EP86116157A
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EP0230541A3 (en
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Kurt Mente
Gerhard Knitsch
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JH Benecke GmbH
Corovin GmbH
Original Assignee
JH Benecke GmbH
Corovin GmbH
JP Bemberg AG
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Publication of EP0230541A3 publication Critical patent/EP0230541A3/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/005—Synthetic yarns or filaments
    • D04H3/007—Addition polymers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D04H3/03—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments at random

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of random nonwoven webs from synthetic threads, which are drawn off as a family of threads from spinning nozzles under the influence of a gaseous propellant produced by a compressor or the like and are deposited on a base.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • DE-PS 1 785 158, GB-PS 1 282 176 and GB-PS 1 297 582 have already disclosed methods and devices of the above type.
  • a common feature of these methods is that the family of threads is drawn out of the spinnerets under the influence of compressed air by means of a thread take-off device, stretched inside the thread take-off device and, after passing through a spreading device, is placed on the base to form a nonwoven web.
  • the invention achieves this goal in the generic method by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.
  • the task is by the ge in claim 8 mentioned characteristics solved.
  • the invention surprisingly treads a completely new path, which leads away from the thread take-off tubes previously used and instead allows the thread sheet to be drawn off and guided along a wall surface or nozzle wall formed by several slot nozzles. Since no bundling is now carried out within thread take-off tubes, the risk of twisting of individual threads is eliminated, so that randomly woven webs with a uniform structure can be produced.
  • the invention is based on the knowledge confirmed by tests that the required thread pulling forces (measured comparatively on a copper wire of 0.12 mm diameter) of approximately 0.2 N can be generated with several slot nozzles arranged one above the other.
  • An arrangement is expedient in which the air - based on the thread conveying direction - exits the slot nozzles at an angle of approximately 15 ° or less, so that a strong force component for the tensile force occurs in the thread conveying direction.
  • Another important feature of the invention is that an adiabatic or polytropic process is exploited in a novel manner, while the known processes work isothermally.
  • the invention goes namely from the mathematically derived knowledge below that higher thread pulling forces can be achieved with the adiabatic process (among other things because of the higher viscosity of the air at higher temperatures) than with the isothermal process, which is advantageous in terms of economy of the new process.
  • the admission pressure of the slot nozzles is set somewhat larger than the critical pressure (the ratio of the admission pressure to the ambient air pressure is therefore greater than the Laval pressure ratio).
  • the resulting expansion of the air jet at the outlet of the slot nozzles advantageously lifts the thread sheet by a small amount from the flat nozzle wall, so that there is therefore no fear of twisting or sticking to the nozzle wall.
  • cooling in the form of bores is provided in the front part of the slot nozzles, through which, for example, water can be passed.
  • CH-DS 405 220 a method for the production of fibrous sheets has already been described, in which thread sheets are guided along their associated closed channels, which serve to guide and cool the thread sheets, while the actual thread pulling forces of two each with air open slits is generated directly under the spinneret.
  • a secondary air is introduced into the channels via obliquely arranged slots, so that the individual thread sheets are completely solidified after leaving the assigned channels and are deposited one after the other, whereby a multi-surface fiber structure is created. So that as many threads as possible are caught by the air flow, the spinnerets are designed to be relatively narrow, so that the output of the known method is correspondingly low. The application of an adiabatic or polytropic process is not addressed there.
  • a so-called flip-flop traversing is provided in an expedient embodiment, which is known per se from DE-PS 24 21 401 and in connection with the novel nozzle wall a special one ensures great uniformity of the structure.
  • synthetic threads 12 are drawn as a family of threads from spinnerets 10 by means of an air stream directed downwards, which is generated by slot nozzles 16 arranged one above the other, which form a nozzle wall 18.
  • the threads 12 emerging from the spinnerets 10 are cooled to room temperature by means of a cross-air flow indicated by the arrows B, and the threads 12 are aligned by means of a horizontally adjustable tube 14.
  • Both the compressor and the slot nozzles 16 are operated polytropically, the compressor compressing the air from the room state polytropically to the same pressure or greater than the critical pressure of 1.894 bar.
  • the compressor, the feed lines and the rear of the slot nozzles are insulated.
  • 16 holes 20 are provided in the front part of the slot nozzles for water cooling in order to dissipate the heat.
  • the spreading device 28 comprises two oscillating Coanda shells 32 and is described in more detail in DE-PS 24 21 401, so that it does not need to be discussed further at this point.
  • the admission pressure of the slot nozzles 16 is set somewhat higher than the critical pressure, so that the expansion of the air jet which arises at the outlet slots 26 of the slot nozzles 16 lifts the thread sheet by a small amount from the nozzle wall 18.
  • the admission pressure is not chosen too high, but is kept low, if possible, since the ratio of energy expenditure to thread pulling force is more favorable with a low nozzle admission pressure.
  • the lower limit of the pre-pressure occurs where the relative speed between the threads 12 and the air is so low that the thread pulling force decreases disproportionately.
  • a preferred value of the ratio of energy expenditure to thread pulling force is between 1.1 and 5 bar.
  • FIGS. 3-7 The detailed structure of a slot nozzle 16 used in the new method and the new device is shown in FIGS. 3-7.
  • Each slot nozzle 16 has a front chamber 34 and a rear chamber 36 which are connected to one another via a gap 42 of 1.5 mm .
  • the front chamber 34 opens into the exit slot 26 via a gap 38 (1.5 mm), fins 40 being arranged in the manner of a flow grille in the feed to the exit slot 26 in order to align the turbulent flow in front of the exit slot 26.
  • In the front part of the slot nozzles 16 there are bores 20 for cooling by means of cooling water or the like, as can be seen particularly clearly in FIG. 3.
  • a supply pipe 44 the two outer pipes, extends in each slot nozzle 16 within the rear chamber 36 Ends are connected to the compressor, not shown, that is, air is supplied from both sides of the supply pipe 44.
  • the wall of the supply pipe 44 runs close to the upper and lower wall of the rear chamber 36, forming a gap 48 and 50 of approximately 1.5 mm each.
  • the supply pipe 44 has a slot 46 through which the air can escape from the compressor into the rear chamber 36.
  • the slot 46 extends along the entire length of the rear chamber 36 and has different slot widths over the length, as is shown schematically in FIG. 4.
  • the width of the slot is changed symmetrically to the center of the tube (seen in the longitudinal direction).
  • the slot width S is 2 mm, and it widens discretely towards the pipe ends to 3 and 4 mm.
  • the jumps in diameter are equalized, so that the slot 46 then continuously widens outwards from 2 mm in the middle to 4 mm.

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Abstract

Bei der Herstellung von Wirrvliesbahnen aus synthe­tischen Fäden ist es erforderlich, die Fadenschar mittels einer Abzugsvorrichtung aus Spinndüsen abzu­ziehen und anschließend auf einer Unterlage abzu­legen.
Um Verzwirnungen der einzelnen Fäden (12) zu vermeiden, werden diese längs einer durch übereinander angeord­nete Schlitzdüsen (16) gebildeten Düsenwand (18) geführt, welche die Abzugsvorrichtung bildet. Sowohl die Schlitzdüsen als auch der Luftkompressor werden polytropisch be­trieben. Das Ablegen der Fadenschar auf der Unter­lage (30) erfolgt durch eine Flip-Flop-Changierung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wirrvliesbahnen aus synthetischen Fäden, die unter dem Einfluß eines von einem Kompressor oder dgl. er­zeugten gasförmigen Treibmittels als Fadenschar aus Spinndüsen abgezogen und auf einer Unterlage abgelegt werden. Außerdem befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Durch die DE-PS 1 785 158, GB-PS 1 282 176 und GB-PS 1 297 582 sind bereits Verfahren und Vorrichtungen der oben voraus­gesetzten Gattung bekannt geworden. Ein gemeinsames Merk­mal dieser Verfahren besteht darin, daß die Fadenschar unter dem Einfluß von Preßluft mittels einer Fadenab­zugsvorrichtung aus den Spinndüsen abgezogen, innerhalb der Fadenabzugsvorrichtung verstreckt und nach dem Pas­sieren einer Spreizvorrichtung auf der Unterlage zur Bildung einer Wirrvliesbahn abgelegt wird.
  • Ein wichtiger Aspekt bei der Herstellung von Wirrvlies­bahnen ist die in der Fadenabzugsvorrichtung auftretende Fadenabzugskraft, die bei den bekannten Verfahren und Vor­ richtungen im wesentlichen innerhalb eines Fadenabzugs­rohres erzeugt wird, welches an ihrem oberen Ende eine Fadenabzugsdüse besitzt, die mit hoch verdichteter Preßluft beschickt wird.
  • Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß mit den Fadenab­zugsrohren zwar eine ausreichende Fadenabzugskraft er­zeugt werden kann, allerdings sind die Fadenabzugs­rohre in anderer Hinsicht mit einem Nachteil behaftet. Innerhalb der engen Fadenabzugsrohre - der Innendurch­messer liegt beispielsweise bei 3 mm - kann es nämlich zwischen den einzelnen Fäden zu Verzwirnungen kommen mit der unangenehmen Folge, daß die Struktur der Wirr­vliesbahn ungleichmäßig wird. Eine möglichst gleichmäßige Struktur ist nun aber ein entscheidendes Qualitätsmerk­mal einer Wirrvliesbahn.
  • Hier liegt der Ansatzpunkt der Erfindung, durch welche ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden soll, die eine Herstellung von Wirrvliesbahnen mit möglichst gleichmäßiger Struktur erlauben.
  • Dieses Ziel erreicht die Erfindung bei dem gattungs­gemäßen Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale. Bezüglich einer Vor­richtung wird die Aufgabe durch die im Anspruch 8 ge­ nannten Merkmale gelöst. Die Erfindung beschreitet überraschend einen völlig neuen Weg, der von den bis­her verwendeten Fadenabzugsrohren wegführt und der es statt dessen erlaubt, die Fadenschar längs einer durch mehrere Schlitzdüsen gebildeten Wandfläche bzw. Düsenwand abzuziehen und zu führen. Da nunmehr keine Bündelung in­nerhalb von Fadenabzugsrohren vorgenommen wird, ist die Gefahr von Verzwirnungen einzelner Fäden beseitigt, so daß sich Wirrvliesbahnen mit gleichmäßiger Struktur her­stellen lassen.
  • Die Erfindung basiert auf der durch Versuche bestätig­ten Erkenntnis, daß sich mit mehreren übereinander an­geordneten Schlitzdüsen die erforderlichen Fadenabzugs­kräfte (vergleichsweise an einem Kupferdraht von 0,12 mm Durchmesser gemessen) von etwa 0,2 N erzeugen lassen. Zweckmäßig ist dabei eine Anordnung, bei welcher die Luft - bezogen auf die Fadenförderrichtung - unter einem Win­kel von etwa 15 ° oder kleiner aus den Schlitzdüsen aus­tritt, so daß eine starke in Fadenförderrichtung wirksame Kraftkomponente für die Zugkraft auftritt.
  • Ein weiteres bedeutsames Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in neuartiger Weise ein adiabatischer bzw. polytropischer Prozeß ausgenutzt wird, während die be­kannten Verfahren isotherm arbeiten. Die Erfindung geht nämlich von der mathematisch weiter unten noch abge­leiteten Erkenntnis aus, daß sich beim adiabatischen Prozeß (unter anderem wegen der höheren Viskosität der Luft bei höheren Temperaturen) höhere Fadenabzugskräfte als beim isothermen Prozeß erzielen lassen, was im Sinne einer Wirtschaftlichkeit das neuen Verfahrens von Vor­teil ist. Anders als beim isothermen Prozeß tritt auch keine Kondensationsfeuchte auf, wodurch in vorteilhafter Weise ein Zusammenkleben der Fadenscharen vermieden ist.
  • Der Vordruck der Schlitzdüsen wird in zweckmäßiger Aus­gestaltung der Erfindung etwas größer als der kritische Druck eingestellt (das Verhältnis des Vordrucks zum Um­gebungsluftdruck ist also größer als das Laval-Druckver­hältnis). Die sich hierdurch am Austritt der Schlitz­düsen einstellende Expansion des Luftstrahles hebt die Fadenschar in vorteilhafter Weise um ein geringes von der flächigen Düsenwand ab, so daß auch von daher keine Verzwirnungen oder ein Verkleben mit der Düsenwand zu befürchten ist.
  • Nach den Gesetzen der Thermodynamik erwärmt sich die verdichtete Luft auf über 350 ° K, und bei der Expansion am Austritt der Schlitzdüse wird die Raumlufttemperatur in etwa wieder erreicht, während sich die Schlitzdüse selbst dabei erheblich erwärmen kann, so daß die Gefahr des Anklebens der Fäden an der Düsenwand bestehen könnte. Deshalb ist in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung in der Frontpartie der Schlitzdüsen eine Kühlung in Form von Bohrungen vorgesehen, durch die beispielsweise Wasser geführt werden kann.
  • Durch die DE-OS 1 760 713 ist zwar schon ein Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaden-Vlieses aus synthetischen Fäden bekannt, die längs einer Wandung geführt werden, allerdings ist dort nur eine Schlitzdüse vorgesehen, die als Abzugsvorrichtung dient. In aufwendiger und nachteiliger Weise sind darüberhinaus besondere Distanz­halter vorgesehen, um die Fadenschar im Abstand von der Wandung zu halten, und ferner liegt bei den bekannten Verfahren kein adiabatischer bzw. polytropischer Pro­zeß vor. Schließlich erfordert die Durchführung dieses bekannten Verfahrens noch eine zusätzliche gegenüber der Wandung angeordnete einstellbare Platte, was zu einem Mehraufwand führt.
  • Ferner ist in der CH-DS 405 220 auch schon ein Verfahren zur Herstellung von Faserflächengebilden beschrieben, bei welchem Fadenscharen längs ihnen zugeordneten ge­schlossenen Kanälen geführt werden, welche der Führung und der Abkühlung der Fadenscharen dienen, während die eigentlichen Fadenabzugskräfte von je zwei mit Luft be­ aufschlagten Schlitzen unmittelbar unter der Spinn­düse erzeugt wird. Innerhalb der Kanäle wird über schräg angeordnete Schlitze eine Sekundärluft einge­führt, so daß die einzelnen Fadenscharen nach dem Ver­lassen der zugeordneten Kanäle vollständig verfestigt sind und nacheinander abgelegt werden, wodurch ein mehrflächiges Fasergebilde entsteht. Damit möglichst alle Fäden vom Luftstrom erfaßt werden, sind die Spinn­düsen relativ schmal ausgebildet, so daß die Ausstoß­leistung des bekannten Verfahrens entsprechend gering ist. Die Anwendung eines adiabatischen bzw. polytro­pischen Prozeßes ist dort nicht angesprochen.
  • Um die angestrebte gleichmäßige Struktur der Wirrvlies­bahn bei der Erfindung noch zu erhöhen, ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine sogenannte Flipp-Flopp-­Changierung vorgesehen, die an sich durch die DE-PS 24 21 401 bekannt ist und in Verbindung mit der neu­artigen Düsenwand eine besonders große Gleichmäßigkeit der Struktur gewährleistet.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und der Zeichnung zu entnehmen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Querschnitts­ansicht zur Verdeutlichung des Prinzips einer erfindungs­gemäßen Vorrichtung,
    • Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Fadenabzugskräfte,
    • Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Schlitzdüse mit einem Versorgungs­rohr,
    • Fig. 4 eine Darstellung der unterschied­lichen Schlitzbreiten eines in dem Versorgungsrohr befind­lichen Schlitzes,
    • Fig. 5 eine Querschnittsansicht längs der Schnittlinie A - A aus Fig. 3,
    • Fig. 6 eine Querschnittsansicht längs der Schnittlinie B - B aus Fig. 3, und
    • Fig. 7 eine Querschnittsansicht längs der Schnittlinie C - C aus Fig. 3.
  • In Fig. 1 werden synthetische Fäden 12 als Fadenschar aus Spinndüsen 10 mittels eines nach unten gerichteten Luftstromes abgezogen, der durch übereinander ange­ordnete Schlitzdüsen 16 erzeugt wird, welche eine Düsen­wand 18 bilden. Mittels eines durch die Pfeile B ange­deuteten Querluftstrom werden die aus den Spinndüsen 10 austretenden Fäden 12 auf Raumtemperatur gekühlt, und durch ein horizontal verstellbares Rohr 14 werden die Fäden 12 ausgerichtet.
  • Von einem nicht dargestellten adiabatisch bzw. polytropisch betriebenen Luftkompressor - z.B. einem einstufigen Turbo­kompressor - gelangt über die Zuführung 22 Luft in die Düsenkammer 24. Die Austrittsschlitze 26 der Schlitz­düsen verlaufen unter einem Winkel α von etwa 15°, so daß ein nach unten gerichteter Luftstrom erzeugt wird, in welchen die ausgerichteten Fäden 12 unter dem ge­nannten Winkel eintauchen.
  • Die mit Schallgeschwindigkeit austretende Luft übt nun eine Zugkraft auf die Fäden 12 aus, welche zur Erzielung des gewünschten Fadentiters eine ganz bestimmte Größe besitzt. Anhand einer Versuchsanordnung mit einem Kupfer­draht von 0,12 mm Durchmesser konnte gemessen und er­mittelt werden, daß für die Herstellung eines Polypropy­lenvlieses (PP) mit einem Fadentiter von 2 dtex (1 dtex = Fadendicke eines Fadens von 1 g Gewicht und 10 000 m Länge) eine Abzugskraft von 0,2 N erforderlich ist.
  • Die Meßergebnisse sind in Fig. 2 - zusammen mit einer schematischen Anordnung des Versuchsaufbaus - darge­stellt. Wie man erkennen kann, läßt sich die Fadenab­zugskraft von 0,2 N ohne weiteres mit dreißig über­einander angeordneten Schlitzdüsen erreichen, während bei Verwendung nur einer Schlitzdüse auch bei Erhöhung des Preßluftdruckes keine ausreichende Fadenabzugskraft erzielt werden kann.
  • Sowohl der Kompressor als auch die Schlitzdüsen 16 werden polytropisch betrieben, wobei der Kompressor die Luft vom Raumzustand polytropisch auf gleich oder größer als den kritischen Druck von 1,894 bar verdichtet. Um eine möglichst weitgehende Energieausnutzung und Annäherung an den idealen adiabatischen Prozeß zu erzielen, werden der Kompressor , die Zuleitungen und die Rückseiten der Schlitzdüsen isoliert.
  • Bei der Expansion der auf über 350° K verdichteten Luft am Austritt der Schlitzdüsen 16 wird zwar die Raumluft­temperatur in etwa wieder erreicht, dabei erwärmen sich jedoch die Schlitzdüsen 16, so daß die Gefahr eines An­klebens der Fäden 12 an der Düsenwand 18 bestehen kann.
  • Daher sind in der Frontpartie der Schlitzdüsen 16 Bohrungen 20 für eine Wasserkühlung vorgesehen, um die Wärme abzuleiten.
  • Nach dem Passieren der Düsenwand 18 bzw. der Schlitz­düsen 16 gelangen die Fäden 12 zu einer Spreizvor­richtung 28, um im Anschluß daran auf einem Sieb­förderband 30 zu einer gleichmäßig verteilten Vlies­bahn abgelegt zu werden. Die Spreizvorrichtung 28 um­faßt zwei oszillierende Coandaschalen 32 und ist in der DE-PS 24 21 401 nährer beschrieben, so daß da­rauf an dieser Stelle nicht weiter eingegangen zu werden braucht.
  • Zum besseren Verständnis des neuartigen Verfahrens unter Zugrundelegung eines adiabatischen Prozeßes und die da­mit verbundene Auswirkung auf die Fadenabzugskraft werden nachfolgend die hierfür geltenden mathematischen Beziehungen näher erläutert. Es ist bekannt (Mayer, "Berechung von Schubspannung und Wärmeübergang an längs­angeströmten Fäden", Chemie-Ing.-Technik, 42. Jahrgang 1970, Nr. 6, Seite 401; Hamana et al" Der Verlauf der Fadenbildung beim Fadenspinnen" Melliand Textilberiche 4/1969, Seite 384), den Widerstandskoeffizienten c eines bewegten Fadens in ruhender Luft gemäß der Gleichung zu definieren, mit
    Figure imgb0002
     , wobei τ die Wandschubspannung am Fadenelement von der Länge dx, γ = 1/v das spezifische Gewicht der Luft und w die Luftgeschwindigkeit (Faden) ist und d den Fadendurchmesser angibt.
  • Der Widerstandskoeffizient c ist keine Konstante; er ändert sich vielmehr gemäß der Gleichung
    c = a·Re-b (3)
    mit der Reynoldszahl Re. Die in obiger Gleichung ange­führten Konstanten a und b differieren je nach Autor und betragen bei Mayer: a = 0,14; b = 0,726; bei Ha­mana: a = 0,37; b = 0,61; und bei Thompson: a = 1,13; b = 0,60.
  • Mit der Reynoldszahl
    Figure imgb0003
     wobei ν die kinematische Zähigkeit und η die dyna­mische Zähigkeit bedeuten, ergibt sich durch Gleich­setzung der obigen Gleichung (1) und (3) mit den Kon­stanten nach Hamana für die Fadenabzugskraft:

    Figure imgb0004
    = 0,2385 (
    Figure imgb0005
    ) 0,39· w1,39 ·η0,61 kp/m (5)

    in obiger Beziehung sind einzusetzen: d in m; v in m³/kg; w in m/s und η in kg s/m².
  • Ausgehend von der voranstehenden Gleichung (5) ergibt sich nun allgemein für die Fadenabzugskraft:
    Figure imgb0006
     wobei nach der Berechnungsmethode von Hamana für b der Wert 0,61 und nach Mayer der Wert 0,726 einzusetzen ist. Bei einem nach beiden Berechnungsmethoden (Hamana und Mayer) durchgeführten Vergleich zwischen Adiabate und Isotherme sind für d, v und η die Werte des kritischen Zustandes am Schlitzdüsenaustritt einzusetzen. Nachfolgend sind die entsprechenden Größen für die Adiabate und in Klammern für die Isotherme angegeben: wk = 342,9 (313,0) m/s; vk = 0,855 (0,712) m³/kg; Tk = 293 (244) °K; η = 1,855·10-6 (1,598·10-6) kg s/m².
  • Nach Hamana gilt dann: Pf
    Figure imgb0007
    1,133 (0,978) und nach Mayer: Pf
    Figure imgb0008
    0,1222 (0,1027).
  • Als Ergebnis dieses Vergleiches nach den beiden Berechnungs­methoden ist festzustellen, daß die adiabat betriebene Schlitzdüse eine um etwa 15% höhere Fadenabzugskraft er­zeugt. Hierin liegt ein wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens, denn das aufgezeigte Ergebnis bedeutet im Umkehrschluß, daß zur Erzielung einer bestimmten Faden­abzugskraft beim adiabatischen Prozeß weniger Energie als beim isothermen Prozeß benötigt wird, was eine be­deutsame Energieeinsparung ermöglicht.
  • Der Umstand, daß sowohl der Luftkompressor als auch die Schlitzdüsen adiabatisch bzw. polytropisch be­trieben werden, führt weiterhin zu dem Vorteil, daß keine Kondensationsfeuchte wie beim isothermen Pro­zeß auftritt, und daß damit ein Zusammenkleben der Fadenscharen vermieden werden kann.
  • Es wurde weiter oben schon erwähnt, daß der Vordruck der Schlitzdüsen 16 etwas größer als der kritische Druck eingestellt werden, so daß die sich hierdurch an den Austrittsschlitzen 26 der Schlitzdüsen 16 einstellende Expansion des Luftstrahles die Fadenschar um ein ge­ringes von der Düsenwand 18 abhebt.
  • Andererseits wird der Vordruck nicht zu hoch gewählt, sondern im möglichen Rahmen niedrig gehalten, da das Verhältnis von Energieaufwand zu Fadenabzugskraft bei einem niedrigen Düsenvordruck günstiger ist. Die un­tere Grenze des Vordrucks stellt sich dort ein, wo die Relativgeschwindigkeit zwischen den Fäden 12 und der Luft so gering ist, daß die Fadenabzugskraft über­proportional abnimmt. Ein bevorzugter Wert des Ver­hältnisses von Energieaufwand zur Fadenabzugskraft liegt zwischen 1,1 und 5 bar.
  • Der nähere Aufbau einer bei dem neuen Verfahren und der neuen Vorrichtung verwendeten Schlitzdüse 16 ergibt sich aus Fig. 3 - 7. Jede Schlitzdüse 16 besitzt eine Vorder­kammer 34 und eine Hinterkammer 36, die über einen Spalt 42 von 1,5 mm miteinander in Verbindung stehen. Die Vorder­kammer 34 mündet über einen Spalt 38 (1,5 mm) in den Aus­trittsschlitz 26 ein, wobei in der Zuführung zu dem Aus­trittsschlitz 26 Lamellen 40 nach Art eines Strömungsgit­ters angeordnet sind, um die turbulente Strömung vor dem Austrittsschlitz 26 auszurichten. In der Frontpartie der Schlitzdüsen 16 sind Bohrungen 20 für eine Kühlung mit­tels Kühlwasser oder dgl. vorgesehen, wie besonders deutlich in Fig. 3 zu erkennen ist. Innerhalb der Hinter­kammer 36 erstreckt sich in jeder Schlitzdüse 16 jeweils ein Versorgungsrohr 44, dessen beiden äußeren Enden mit dem nicht dargestellten Kompressor verbun­den sind, d. h. von beiden Seiten des Versorgungsrohres 44 der erfolgt eine Zuführung von Luft.
  • Die Wandung des Versorgungsrohres 44 verläuft nahe der oberen und unteren Wand der Hinterkammer 36 unter Bil­dung je eines Spaltes 48 und 50 von etwa 1,5 mm.
  • Das Versorgungsrohr 44 besitzt einen Schlitz 46, durch welchen die Luft von dem Kompressor in die Hinterkammer 36 austreten kann. Der Schlitz 46 erstreckt sich längs der gesamten Länge der Hinterkammer 36 und besitzt über die Länge unterschiedliche Schlitzweiten, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Im Sinne einer Vergleich­mäßigung über die gesamte Schlitzdüsenbreite ist die Breite des Schlitzes symmetrisch zur Rohrmitte (in Längs­richtung gesehen) verändert. In der Rohrmitte beträgt die Schlitzbreite S 2 mm, und sie erweitert sich zu den Rohrenden hin diskret bis auf 3 und 4 mm. In der Praxis werden die Durchmessersprünge egalisiert, so daß sich der Schlitz 46 dann kontinuierlich von 2 mm in der Mitte auf 4 mm nach außen erweitert.
  • Der erfindungsgemäße Gedanke ist nicht auf das beschrie­bene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung mancherlei Abwandlungen möglich. Im Vordergrund steht jeweils der Gedanke, die Fäden 12 nicht in Rohren, sondern unter Erzielung der Fa­denabzugskraft längs einer ebenen Wandfläche, nämlich der Düsenwand 18, zu führen, um Verzwirnungen der ein­zelnen Fäden 12 zu vermeiden, und um somit eine gleich­mäßige Flächengewichtsverteilung für die herzustellende Wirrvliesbahn zu gewährleisten.
  • Im Zusammenhang mit Fig. 3 ist ergänzend noch auf den be­deutsamen Umstand hinzuweisen, daß sich eine schlank aus­laufende Düsenlippe in der Praxis auf Werkzeugmaschinen unter Umständen nur schwierig herstellen läßt. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird in einer zweckmäßigen Ausge­staltung der Erfindung ein aufgeklebtes Rakelblech 52 verwendet, welches die geforderten Bedingungen in ein­facher und präziser Weise erfüllt.

Claims (26)

1. Verfahren zur Herstellung von Wirrvliesbahnen aus synthetischen Fäden, die unter dem Einfluß eines von einem Kompressor oder dgl. erzeugten gasförmigen Treibmittels als Fadenschar aus Spinndüsen abgezogen und auf einer Unterlage abgelegt werden, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Fadenschar im Abstand längs einer durch mehrere übereinander angeordnete Schlitzdüsen (16) gebildeten Düsenwand (18) abgezogen wird, an deren Fläche das durch die Schlitzdüsen (16) austretende gas­förmige Treibmittel entlang strömt, und daß der Kom­pressor und die Schlitzdüsen (16) polytropisch (an­nähernd adiabatisch) betrieben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß das gasförmige Treibmittel - bezogen auf die Düsenwand (18) - unter einem Winkel von etwa 15° oder kleiner gegen die Senkrechte aus den Schlitzdüsen (16) austritt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenschar nach dem Passieren der Düsenwand (18) mittels einer an sich bekannten Flip-­Flop-Changierung (28) auf der unter Vakuum stehenden, als Siebförderband (30) ausgebildeten Unterlage flächendeckend abgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­sprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitz­düsen (16) gekühlt (20) werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­sprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhält­nis des Vordrucks der Schlitzdüsen (18) zum Umgebungsluft­druck größer als das Laval-Druckverhältnis eingestelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­net, daß die Fadenschar durch die am Austritt der Schlitz­düsen (16) auftretende Expansion des Treibmediums im Ab­stand von der Düsenwand (18) gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der vorherhehenden An­sprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Spinndüsen austretenden Fäden (12) durch einen Querluftstrom (B) auf Raumtemperatur gekühlt werden.
8. Vorrichtung zur Herstellung von Wirrvlies­bahnen aus synthetischen Fäden, bestehend aus Spinn­düsen, einer Abzugsvorrichtung mit einem Kompressor, einer Spreizvorrichtung und einer Ablage, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Abzugsvorrichtung durch mehrere übereinander angeordnete Schlitzdüsen (16) gebildet ist, und daß die Schlitzdüsen (16) und der sie ver­sorgende Kompressor polytropisch betrieben sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß unterhalb der durch die Schlitzdüsen (16) gebildeten Düsenwand (18) zwei im Abstand zu­einander befindliche Coandaschalen (32) als Strömungs­gleitflächen vorgesehen sind, und daß die Coandaschalen (32) quer zur Fadenförderrichtung hin- und herbe­wegbar (A) sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Schlitzdüse (16) einen so angeordneten Austrittsschlitz (26) besitzt, daß die von dem Kom­pressor gelieferte Luft - bezogen auf die Fadenförder­ richtung - unter einem Winkel von 15° oder kleiner austritt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitz­düse (16) mit einer Kühlung (20) versehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Kühlung (20) im vorderen Bereich der Schlitzdüse (16) nahe dem Austrittsschlitz (26) ange­ordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und/oder 12, da­durch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch mehrere quer zur Fadenförderrichtung verlaufende Bohrungen (20) für eine Kühlflüssigkeit gebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 8 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitz­düse (16) einen Kammerraum (34;36) besitzt, der in den Austrittsschlitz (26) einmündet und mit dem Kompressor verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Kammerraum eine in den Austrittsschlitz (26) mündende Vorderkammer (34) und eine die Luft vom Kompressor empfangende Hinterkammer (36) umfaßt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Vorderkammer (34) und die Hinter­kammer (36) durch einen Spalt (42) miteinander in Ver­bindung stehen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 und/oder 16, da­durch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der Hinter­kammer (36) senkrecht zur Fadenförderrichtung ein Ver­sorgungsrohr (44) erstreckt, dessen beiden Enden mit dem Kompressor verbunden sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­zeichnet, daß in der Rohrwandung ein in Längsrichtung des Versorgungsrohres (44) verlaufender Schlitz (46) vorgesehen ist, durch welche die vom Kompressor ge­lieferte Luft in die Hinterkammer (36) austritt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Schlitzbreite (S) des Schlitzes (46) über die Rohrlänge gesehen unterschiedliche Werte be­sitzt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Schlitzbreite (S) in der Mitte des Versorgungsrohres (44) einen geringsten und an den Rohr­enden einen größten Wert besitzt, wobei die Zunahme der Schlitzbreite (S) symmetrisch von der Rohrmitte nach außen erfolgt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­zeichnet, daß drei unterschiedliche Schlitzbreiten (S) von 2, 3 und 4 mm vorgesehen sind.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 18 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (46) an der der Vorderkammer (34) abgewandten hinteren Seite der Hinterkammer (36) befindet, und daß der Schlitz (46) mittig in der Hinterkammer (36) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 18 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Versorgungsrohr (44) unter Bildung je eines Spaltes (48;50) bis nahe an die obere und untere Wand der Hinter­kammer (36) erstreckt.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 8 - 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kom­pressor, die Zuführungen zu den Schlitzdüsen (16) so­wie die Rückseiten der Schlitzdüsen (16) gegen Wärme­ übertragung isoliert sind.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 8 - 24, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der durch die Schlitzdüsen (16) gebildeten Düsenwand (18) ein horizontal verstellbares Rohr (14) zur Aus­richtung der Fäden (12) vorgesehen ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­sprüche 8 - 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zu­führung zum Austrittsschlitz (26) Lamellen (40) angeord­net sind, um die turbulente Strömung auszurichten.
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