EP0262237A1

EP0262237A1 - Vorrichtung zur Verwirbelung von Garnen

Info

Publication number: EP0262237A1
Application number: EP86113229A
Authority: EP
Inventors: John E. Mcaliley; James R. Jr. Crozier
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1988-04-06
Also published as: EP0262237B1; DE3667674D1

Abstract

In einem Blockpaar (12, 14) ist mindestens ein Garndurchlaß (32) durch deckungsgleich angebrachte Rillen (30U, 30L) an den Berührungsflächen der Blöcke gebildet, wobei einer der Blöcke zum Öffnen der Rillen schwenkbar gelagert ist. In den Garndurchlaß münden eine oder mehrere mit einer Fluiddruckquelle in Verbindung stehende Öffnungen (36U, 36L; 34U, 34L).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwirbelung mehrerer Fadenmaterialbündel, insbesondere von Kohlefaser-Garnen, bestehend aus einem Blockpaar, in welchem durch in jedem einzelnen Block deckungsgleich angebrachte Rillen wenigstens ein Garndurchlaß gebildet ist, wobei in den Garndurchlaß eine oder mehrere mit einer Fluiddruckquelle in Verbindung stehende Öffnungen münden.
Die Verwirbelung oder Verdrallung von Garnbündeln mit dem Ziel, das Garnbündel so zu verdichten und zusammenzuschließen, daß das Herausziehen von Einzelfäden während des Spulens, Wirkens, Webens usw. erschwert wird, wird seit langem praktiziert. Das Verdrallen wurde auch bereits zu dem Zweck ausgeführt, die parallele Anordnung in einem Kohlefaserbündel aufzuheben, um die Eignung des Bündels für die Imprägnierung mit einem matrixbildenden Harz zu erhöhen.
Eine in der Praxis bereits eingesetzte Verwirbelvorrichtung, die im U.S.-Patent 3,727,274 beschrieben wird, besteht aus einem Block mit einer zylindrischen Bohrung für die Durchleitung eines Fadenmaterialbündels. Ein schmaler Einziehschlitz an einer Seite des Blocks steht mit der Bohrung in Verbindung und dient dazu, das Fadenmaterial in den Block einzuführen. Mit der Bohrung stehen auch drei Fluidöffnungen in Verbindung, von denen zwei parallel zueinander und tangential zur Bohrung verlaufen und die dritte radial zur Bohrung angeordnet ist. Während des Durchgangs eines Fadenmaterialbündels durch die Bohrung wird gleichzeitig durch die drei Fluidöffnungen unter Druck Luft oder Wasser eingeführt. Das Wasser trifft auf das Bündel in solcher Weise auf, daß das Bündel geöffnet und gleichzeitig in einen verwirbelten Zustand gebracht wird. Um die Herstellung des Blocks zu erleichtern, wird er in Form von zwei Segmenten konstruiert, die zusammengeklemmt oder -geschraubt werden, wobei die Trennlinie zwischen den Segmenten und die Längsachse der Bohrung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Mehrere auf einer gemeinsamen Basis montierte Düsen der oben beschriebenen Art können mehrere gleichzeitig zugeführte Garne verarbeiten.
Obwohl eine solche Verwirbelvorrichtung bereits mit Erfolg eingesetzt wurde, ist sie doch noch verbesserungsfähig. Was zum Beispiel bei der Verwendung solcher Düsen häufig eintritt, ist die Ansammlung von Verunreinigungen, wie z.B. abgerissenen Fasern, am Eintrittsende des Garndurchlasses. Wenn die Verunreinigungen das Eintrittsende des betreffenden Garndurchlasses erreichen, werden sie durch das aus dieser Eintrittsöffnung ausströmende Wasser zurückgehalten. Infolgedessen sammeln sie sich vor der Öffnung an und behindern schließlich den Durchlauf des Garns so stark, daß es abreißen kann. Dieses Problem ist besonders heikel, wenn es um Kohlefasergarne geht, die verhältnismaßig brüchig sind. Es wäre also zu wünschen, daß sich die Verunreinigungen entfernen ließen, ohne daß dadurch das Garn gefährdet oder die Fertigung unterbrochen würde. Hier ist noch darauf hinzuweisen, daß die in den oben beschriebenen Düsen vorhandenen Einziehschlitze dazu neigen, sich mit Schmutz zuzusetzen, so daß sie in einem zeitraubenden Arbeitsgang gereinigt werden müssen.
Außerdem ist es üblich, Hunderte von Garnen gleichzeitig in einer und derselben Ebene zuzuführen. Dementsprechend muß die gleiche Anzahl von Düsen bereitgestellt werden. Daher kann die von den Düsen eingenommene Fläche beträchtliche Ausmaße annehmen, so daß schwerwiegende Platzprobleme entstehen. Es wäre daher zu wünschen, den von den Düsen eingenommenen Raum so weit wie irgend möglich zu verringern.
Eine weitere Überlegung betrifft die Tatsache, daß die innerhalb der Düsen angeordneten Öffnungen für die Einleitung von Wasser in die Garndurchlasse recht klein sind und daher gelegentlich gereinigt werden müssen. Wenn sie nicht leicht zugänglich sind, kann diese Reinigung ziemlich schwierig und zeitr aubend sein. Es wäre daher zu wünschen, die Ein- und Austrittsenden dieser Öffnungen für eine Reinigung leicht zugänglich zu machen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Vorrichtung zur Verwirbelung von Fasergarn, insbesondere Kohlefasergarn, zu entwickeln, die folgende Forderungen erfüllt:
- störungsfreies Entfernen von Verunreinigungen während des Betriebs.
- der Fusselgehalt der erhaltenen Garne soll auf ein Minium beschränkt werden.
- auf einem Raum gegebener Größe sollen so viele Garne wie möglich verarbeitet werden können.
- Ein- und Auslässe der Fluidöffnungen sollen leicht gereinigt werden können.
- der Betriebs- und Wartungsaufwand der neuen Vorrichtung soll möglichst gering sein.
Die Aufgabe wurde durch eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art gelöst, bei der gemäß der Erfindung einer der Blöcke feststeht und der andere zu diesem schwenkbar gelagert ist, so daß die an der Trennebene der Blöcke angeordneten Rillen geöffnet bzw. zur Bildung des Garndurchlasses geschlossen werden können.
Vorzugsweise sind die beiden Blöcke mit einer Vielzahl zueinander paralleler Rillen versehen, so daß bei geschlossenem Blockpaar eine Vielzahl von Garndurchlässen zur Verfügung steht.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Garnverwirbelvorrichtung, die die Blöcke in Betriebsstellung zusammengehalten zeigt;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine Draufsicht des unteren der in Fig. 1 und 2 dargestellten Blöcke;
Fig. 4 ist die Darstellung eines Schnittes entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 ist die Darstellung eines Teilschnittes entlang der Linie 5-5 in Fig. 2;
Fig. 6 ist die Darstellung eines Schnittes entlang der Linie 6-6 in Fig. 1;
Fig. 7 ist eine Darstellung ähnlich der in Fig. 6, nachdem ein oberer Block zum Öffnen der Garndurchlässe angehoben wurde.

Die Fadenverwirbelvorrichtung 10 (Figur 1 und 2) besteht aus einem Paar Blöcke 12, 14, die aufeinander in gegenseitiger Deckung angeordnet sind. Der obere Block 12 ist mit Schrauben 15 an den Enden zweier Schwenkarme 16 befestigt, die mittels Schwenkzapfen 20 schwenkbar mit einem Rahmen 18 verbunden sind.
Der untere Block 14 ist mittels Schrauben 22 an einem unteren Ende des Rahmens 18 befestigt. Der obere Block 12 kann von dem unteren Block 14 abgehoben und wieder auf ihn abgesenkt werden, und zwar durch Betätigung eines Motors, vorzugsweise eines Flüssigkeitszylinders 24, der schwenkbar zwischen dem Rahmen 18 und einem Stab 26, der die Schwenkarme 16 miteinander verbindet, angeordnet ist. Andere Motoren, z. B. ein Elektromotor, lassen sich ebenfalls verwenden. Der obere Block läßt sich auch so anordnen, daß er anstelle einer Schwenkbewegung eine vertikal nach oben gerichtete lineare Bewegung ausführt.
Die Blöcke 12, 14 sind völlig gleich; jeder weist eine Vielzahl von parallelen, halbzylindrischen Rillen 30U, 30L auf (Fig. 5). Wenn die Blöcke aufeinandergesetzt sind, bilden die halbzylindrischen Rillen parallele, zylindrische Garndurchlässe 32, durch die sich die Filamentgarne hindurchbewegen. Es können auf diese Weise beliebig viele Garndurchlässe gebildet werden.
Jeder Block umfaßt einen Kopfteil 12A, 14A, der auf einem Basisteil 12B, 14B befestigt ist. Die Kopfteile 12A, 14A des oberen und des unteren Blocks sind völlig gleich; dasselbe gilt für die Basisteile 12B, 14B. Diese Gleichheit ist nicht zwingend erforderlich, doch vorteilhaft im Sinne einer vereinfachten Herstellung und einer geringeren Verwechslungsgefahr bei der Montage. Der Kopfteil des unteren Blocks 14 besitzt an einem Ende einen Paßflansch 25 (Fig. 1), der in eine entsprechend geformt e Aussparung im Basisteil 14B paßt. Der Basisteil 14B weist an einer Seite einen Flansch 27 (Fig. 4) auf, gegen den sich eine Seite des Kopfteils 14A abstützt. Dadurch ist es möglich, den Kopfteil 14A in eine vorbestimmte Lage auf den Basisteil 14B paßgenau aufzusetzen. Zusammengehalten werden Kopfteil und Basisteil mit Schrauben 29 (Fig. 3).
Mit den Rillen 30U, 30L stehen Fluidkanäle in Verbindung, durch die ein unter Druck stehendes Fluid, vorzugsweise Wasser, in die Garndurchlässe geleitet wird. Vorzugsweise haben die Fluidkanäle radial angeordnete Fluidöffnungen 34U im oberen Kopfteil und 34L im unteren Kopfteil, die mit abwechselnd angeordneten Rillen in Verbindung stehen, und paarweise tangential angeordnete Fluidöffnungen 36U im oberen Kopfteil und 36L im unteren Kopfteil, die mit den übrigen abwechselnd angeordneten Rillen in Verbindung stehen.
Die Radialöffnungen 34U, 34L sind im Kopfteil 12A, 14A angeordnet, und zwar im wesentlichen radial zu dem zugeordneten Garndurchlaß 32. Die Tangentialöffnungen 36U und 36L befinden sich ebenfalls in den Kopfteilen und verlaufen im wesentlichen tangential zu dem zugeordneten Garndurchlaß 32. Jeder Garndurchlaß 32 erhält also Fluid aus zwei Tangentialöffnungen 36U, 36L, die sich auf der einen Seite der Trennebene 40 zwischen den Blocks befinden, und aus einer Radialöffnung 34U, 34L, die sich auf der anderen Seite der Trennebene befindet. Die Fluidströme aus den Tangentialöffnungen 36U, 36L treten auf entgegengesetzten Seiten der Längsachse des betreffenden Garndurchlasses 32 ein, so daß sie in dem Garndurchlaß einander entgegenströmen.
In jedem Block steht mit den Öffnungen 34U, 36U; 34L, 36L ein Fluid-Verteilerkanal 42U, 42L in Verbindung. Dieser Verteilerkanal befindet sich im Kopfteil und steht seinerseits mit zwei Zufuhrkanälen 43 im Basisteil in Verbindung. Jeder der Zufuhrkanäle steht mit einer Fluidquelle, z.B. einer Druckwasserversorgung, über eine Leitung 46U, 46L in Verbindung, die in einen Anschluß 48U, 48L im Basisteil des betreffenden Blocks eingeschraubt ist.
Der Verteilerkanal 42U, 42L weist Endabschnitte 49 auf, die einen geringeren Querschnitt als der mittlere Teil des Verteilerkanals haben. Die Endabschnitte können in den Kopfteil gebohrt und durch Stopfen 45 (Fig. 5) verschlossen sein. Die Zufuhrkanäle 43 werden in den Basisteil gebohrt und dann mit Stopfen 50 (Fig. 4) verschlossen. In einer Nut im Basisteil wird ein länglicher O-Ring 47 (Fig. 4) eingelegt, der um den Verteilerkanal 42U, 42L und die Zufuhrkanäle 43 herum eine fluiddichte Abdichtung bewirkt, wenn Kopf- und Basisteil zusammenmontiert sind.
Die Endabschnitte 49 des Verteilerkanals 42U, 42L haben einen geringeren Durchmesser als der übrige (mittlere) Teil 51 des Kanals, damit die O-Ringe 47 die Kanäle 42U, 42L umgreifen können.
Beispielsweise kann man eine Verwirbelvorrichtung bauen, die sechzehn Garndurchlässe 32 besitzt, von denen jeder einen Durchmesser von 3,58 mm hat und die einen Mittenabstand von 10 mm aufweisen. Die Wasseröffnungen haben einen Durchmesser von etwa 1,2 mm und führen Wasser mit einem Druck von etwa 4,6 kg/cm². Die Tangentialöffnungen sind mit einem Mittenabstand von etwa 2,36 mm angeordnet und haben von einer benachbarten Radialöffnung desselben Blocks einen Abstand von etwa 8,84 mm.
Wie bereits oben gesagt, sind die Blöcke 12 und 14 von völlig gleicher Konstruktion. Die oben beschriebene Zuordnung der Fluidöffnungen zu den einzelnen Garndurchlässen erreicht man, indem man zwei gleiche Blöcke nimmt und einen davon um 180° dreht, so daß die Tangentialöffnungen jedes Blocks den Radialöffnungen des anderen Blocks zugeordnet sind, wie in Fig. 5 zu sehen. Auf diese Weise werden die Gesamtherstellkosten etwas gesenkt, da nur Blöcke einer einzigen Konfiguration hergestellt zu werden brauchen. Will man die Blöcke an einen Arbeitsgang anpassen, in dem eine andere Anzahl von Garnen zu behandeln ist, so braucht man nur den Kopfteil 12A, 14A jedes Blocks durch einen neuen K opfteil zu ersetzen, der die gewünschte Anzahl von Garndurchlässen besitzt.
Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung werden, nachdem der Block 12 durch den Zylinder 24 angehoben und so von dem unteren Block 14 getrennt wurde, Garne eingezogen (siehe Fig. 7). Die Garne Y werden dann in die einzelnen Rillen 30L des unteren Blocks gelegt. Die Ausrichtung der Garne auf die betreffenden Rillen läßt sich mit Hilfe geriefter Rollen (in der Zeichnung nicht dargestellt), die sich vor und hinter dem unteren Block 14 befinden, erleichtern. Jede der beiden gerieften Rollen würde eine Vielzahl von um den ganzen Umfang reichenden Riefen enthalten, die der Anzahl der Rillen entspräche. Die Riefen der beiden vor und hinter dem unteren Block 14 angeordneten Rollen wären mit den entsprechenden Rillen im Block ausgerichtet. Nach dem Einlegen in seine entsprechenden Riefen wäre jedes Garn automatisch in der ihm zugeordneten Rille in der richtigen Lage. Danach wird der obere Block 12 auf den unteren Block 14 abgesenkt, so daß die Garndurchlässe 32 in ihrer ganzen Form entstehen und die Garne umschließen (siehe Fig. 6). Während die Garne durch die Garndurchlässe gezogen werden, wird unter Druck Wasser durch die Öffnungen 34U, 36U, 34L, 36L geleitet. Die sich daraus ergebende Turbulenzströmung, der die Garne innerhalb der Garndurchlässe ausgesetzt sind, erzeugt den gewünschten Grad der Verwirbelung der Filamente.
In regelmäßigen Abständen, z. B. jede halbe Stunde, wird die Wasserzufuhr abgestellt und der obere Block 12 angehoben, während die Garne weiterhin zugeführt werden. Infolgedessen werden etwaige Verunreinigungen, die sich am Eingang der Garndurchlässe angesammelt haben, durch das weiterlaufende Garn durch die Garndurchlässe gezogen. Wie bereits eingangs geschildert, befinden sich diese Verunreinigungen auf dem ankommenden Garn; sie können jedoch nicht durch die Garndurchlässe gelangen, da aus diesen das Druckwasser ausströmt. Werden die Verunreinigungen nicht beseitigt, so können sie sich ansammeln und den Eingang des Garndurchlasses so verstopfen, daß die Filamente abreißen. Erfindungsgemäß wird dieses Problem jedoch vermieden, da sich die Blöcke leicht trennen lassen, so daß die Verunreinigungen durch die Garndurchlässe durchgezogen werden können. Dieser Schritt läßt sich schnell ausführen. Außerdem gibt es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im Gegensatz zu den bekannten Düsen, keine sich häufig zusetzenden Einziehschlitze.
Es hat sich gezeigt, daß Garne, die erfindungsgemäß verwirbelt wurden, einen deutlich geringeren Fusselanteil aufweisen. Dies ist zumindest teilweise auf die Vermeidung eines Einziehschlitzes zurückzuführen. Wie bereits oben erörtert, handelt es sich dabei um Schlitze, die mit den Garndurchlässen in Verbindung stehen und dazu dienen, die Garne in die Durchlässe einzuführen. Wo der Schlitz den betreffenden Garndurchlaß schneidet, bilden sich scharfe Kanten. Einige Filamente reißen, wenn das Garn durch die Turbulenzströmung gegen diese Ecken geschleudert wird, so daß sich der Fusselanteil erhöht. Bei der erfindungsgemäßen Düse werden solche Ecken vermieden, da im Garndurchlaß eine das Garn vollständig umgebende, glatte Fläche gebildet ist. Daher haben erfindungsgemäß behandelte Garne geringere Fusselgehalte.
Die Ein- und Ausgänge der Wasseröffnungen lassen sich nach Abnahme der austauschbaren Kopfteile relativ leicht und schnell reinigen. Außerdem braucht man nur andere Kopfteile zu montieren, wenn es nötig werden sollte, Größe oder Anzahl der Garndurchlässe zu ändern, um eine andere Größe oder Anzahl von Garnen zu behandeln. Dabei brauchen die Wasserschläuche 46U, 46L nicht abmontiert zu werden.
Da eine Vielzahl von Rillen 30U, 30L in einem einzigen Block gebildet werden kann, ist es möglich, eine hohe Anzahl von Garndurchlässen pro Längeneinheit des Blocks unterzubringen. Dies bedeutet, daß der für die Aufnahme einer bestimmten Anzahl von Garnen erforderliche Block kleiner sein kann, als es bisher möglich war.

Claims

1. Vorrichtung zur Verwirbelung mehrerer Fadenmaterialbündel, bestehend aus einem Blockpaar (12, 14), in welchem durch in jedem einzelnen Block deckungsgleich angebrachte Rillen (30U, 30L) wenigstens ein Garndurchlaß (32) gebildet ist, wobei in den Garndurchlaß eine oder mehrere mit einer Fluiddruckquelle in Verbindung stehende Öffnungen (36U, 36L; 34U, 34L) münden, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Blöcke (12, 14) feststeht und der andere zu diesem schwenkbar gelagert ist, so daß die an der Trennebene (40) der Blöcke angeordneten Rillen (30U, 30L) geöffnet bzw. zur Bildung des Garndurchlasses (32) geschlossen werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blöcke (12, 14) mit einer Vielzahl zueinander paralleler Rillen (30U, 30L) versehen sind, so daß bei geschlossenem Blockpaar eine Vielzahl von Garndurchlässen (32) zur Verfügung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Garndurchlaß (32) zwei parallel zueinander verlaufende Öffnungen (36U bzw. 36L) tangential und eine Öffnung (34U bzw. 34L) radial münden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Garndurchlässen (32) in jeweils einem Block (12 bzw. 14) die tangential und radial verlaufenden Öffnungen (36U, 34U bzw. 36L, 34L) in wechselnder Folge angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Block (12, 14) aus einem Basisteil (12B, 14B) und einem darauf lösbar befestigten Kopfteil (12A, 14A) besteht, wobei im Kopfteil die Rillen (30U bzw. 30L) mit den Fluidöffnungen (36U, 34U bzw. 36L, 34L) und ein mit diesen in Verbindung stehender Fluid-Verteilerkanal (42U bzw. 42L) und im Basisteil mindestens ein den Verteilerkanal mit einem Anschlußteil (48U bzw. 48L) verbindender Zufuhrkanal (43) vorgesehen sind.