EP0489686B1 - Düse zur Drallerzeugung in einer Düsenspinnmaschine - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Düse zur Drallerzeugung in einer Düsenspinnmaschine wie sie beispielsweise bekannt ist aus EP-A-0321885. Dort wird eine Fallschdrall-Luftdüse beschrieben mit einer zylindrischen, zentralen Bohrung und darin einmündende tangential angeordnete Lufteinblasdüsen. In dieser Schrift wird ein Einlaufkanal verwendet, der einen geringeren Innendurchmesser hat, als die zentrale Bohrung und dessen Fortsatz mit einer Länge in den zylindrischen Kanal hineinragt. In dieser Schrift ist jedoch nicht weiter speziell erwähnt - und wird deshalb als mehr oder weniger unerheblich angesehen -, wie die Lufteinblasdüse genau in den Kanal einmündet. Ein Nachteil der beschriebenen Dralldüse ist, dass diese mit dem Einlaufkanal zweiteilig aufgebaut ist und daher einen erheblichen Mehraufwand an mechanischer Bearbeitung bedarf.
• Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine Düse zur Drallerzeugung anzugeben, welche einen glatten durchgehenden Kanal aufweist, mit oder ohne Abstufungen, wobei die Spinnergebnisse in bezug auf Spinnspannung und Garnfestigkeit wesentlich besser sind als bei den herkömmlichen Dralldüsen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Es ist ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass mit sehr einfachen Aenderungen in der Herstellung wesentliche Verbesserungen in der Garnstruktur und in der maximal möglichen Garnproduktionsgeschwindigkeit erreicht werden. Dabei entfällt ein komplizierter Aufbau mit Zusatzelementen.
• Weitere Vorteile der Erfindung erfolgen aus der nachfolgenden Beschreibung. Dort wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Beispieles näher erläutert.
• Es zeigt:

Fig. 1

eine rein schematisch angedeutete Dralldüse,

Fig. 2a und 2b

verschiedene Arten der Einmündungen der Druckluftbohrungen in dem Längskanal der Dralldüse,

Fig. 3

eine Darstellung der Strömungsverhältnisse in einer Dralldüse, und

Fig. 4

ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Massenströmen und dem Abstand der Mittellinie der Druckluftbohrung zum Rand des Längskanals.

• In Fig. 1 ist rein schematisch eine Dralldüse 1 dargestellt, die einen zentralen zylindrischen Längskanal 2 aufweist, in welchen eine tangential angeordnete Druckluftbohrung 3 einmündet. Die Mittellinie 4 des Längskanals 2 und die Mittellinie 5 der Druckluftbohrung 3 bilden einen stumpfen Winkel α, der in der Regel zwischen 120° und 150° liegt. Dieser Winkel α ist jedoch für die vorliegende Erfindung unbedeutend. Die Figuren 2a und 2b zeigen die in Fig. 1 gezeigte Anordnung im Querschnitt. In Fig. 2a ist deutlich ersichtlich, wie die Druckluftbohrung 3 perfekt tangential in den Längskanal 2 einmündet. Dabei bildet die Mittellinie 5 der Druckluftbohrung am Schnittpunkt mit der Innenwandung des Längskanals 2 einen Winkel β mit der Tangente 6 am Längskanal 2. Dieser Winkel β ist, wie nachstehend beschrieben, von grosser Bedeutung für die vorliegende Erfindung. In Fig. 2b ist im wesentlichen dieselbe Darstellung wie in Fig. 2a angegeben, jedoch ist die Druckluftbohrung 3 mit einem gegenüber dem in Fig. 2a kleineren Abstand y von der Wandung des Längskanals 2 angebracht. Dies bedeutet, dass die Mittellinie 5 der Druckluftbohrung 3 einen Abstand y bildet zum Rand oder zur Innenwandung des Längskanals 2, der kleiner ist als die Hälfte des Durchmessers d der Druckluftbohrung 3. In Fig. 3 sind die Massenströme m der Druckluft beim Eintritt in den Längskanal 2 dargestellt. Nach dem gängigen Verständnis wird der höchstmögliche Wirkungsgrad der Druckluft erreicht, wenn die Druckluftbohrungen tangential in den Hauptkanal einmünden. Selbst aber bei perfekter Tangentialität wie in Fig. 2a dargestellt, kann nicht verhindert werden, dass die Achse der Druckluftbohrung und damit der Hauptteil der Druckluftströmung unter einem Winkel β auf die Wandung der Zentralbohrung auftrifft. Durch diesen schrägen Aufprall des Druckluftstahles auf die Wand der Zentralbohrung oder des Längskanals 2 erfolgt gemäss dem Impulssatz eine Strahlaufteilung:
  In der Richtung des Massenstromes ṁ₁ gilt:
  
  $\dot{\text{V}}\text{ρ cos β =}\dot{\text{V}}\text{₁ρ -}\dot{\text{V}}\text{₂ρ (1)}$

  

  
  
  Dabei ist V̇ der Volumenstrom und ρ die Luftdichte, welche als konstant angenommen werden kann.
• Der Volumenstrom $\dot{\text{V}}\text{₂ =}\dot{\text{V}}\text{-}\dot{\text{V}}\text{₁}$

  

  (Kontinuitätsgleichung), so dass aus (1) folgt:

  

  
  und schliesslich

  

  
  In Fig. 4 ist nun der Massenflussanteil ṁ₂/ṁ in der Richtung des Massenstromes ṁ₂ (vergleich Fig. 3) aufgetragen in Funktion des Abstandes y. Bei genau tangentialer Druckluftbohrung beträgt der Massenfluss ṁ₂ bereits 10% des Gesamtflusses. Dies bedeutet, dass der Wirkungsgrad der Druckluft bei weitem nicht optimal ist, weil der Massenfluss ṁ₂ keinen Beitrag zur Drallwirkung der Düse leisten kann. Abnützungsspuren an den Düsen haben klar nachgewiesen, dass die Druckluft nach dem in Fig. 3 dargestellten Flussdiagramm in die Dralldüse eintritt. Diese Erkenntnis hat nun die Grundlage für die vorliegende Erfindung gebildet. Es wurden dazu Versuche mit Düsenformen der Fig. 2a und der Fig. 2b durchgeführt, wobei sich klar herausgestellt hat, dass die Form der Fig. 2b zu bevorzugen ist. Insbesondere haben sich wesentlich höhere Garnfestigkeiten und Spinnspannungen herausgestellt bei einem Abstand y der höchstens die Hälfte des Durchmessers d der Druckluftbohrung 3 beträgt, aber grösser oder gleich Null ist. In einem noch engeren Bereich des Abstandes y zwischen 3/10 des Durchmessers d und 3/8 des Durchmessers d wurden noch bessere Resultate erhalten. Dies bedeutet, dass gegenüber der Ausführungsform der Düse gemäss Fig. 2a (perfekte Tangentialität der Druckluftbohrung 3) entweder eine 10 bis 20%ige Erhöhung der Garnliefergeschwindigkeit bei gleicher Garnqualität oder eine wesentlich höhere Garnfestigkeit bei gleicher Liefergeschwindigkeit erreicht wird. Bei den Versuchen wurden verschiedene Durchmesser der Zentralbohrung und der Druckluftbohrung erprobt. Insbesondere liegen diese Werte im Bereich von 2 bis 3 mm für die Zentralbohrung und zwischen 0,3 und 0,8 mm für die Druckluftbohrung. Es versteht sich jedoch, dass diese Durchmesser für die Erfindung weniger wichtig sind.
Bezeichnungsliste

1

Düsenkörper

2

Längskanal

3

Druckluftbohrung

4

Mittellinie des Längskanals

5

Mittellinie der Druckluftbohrung

6

Tangente

α

stumpfer Winkel

β

Winkel zwischen Mittellinie und Tangente

d

Durchmesser der Druckluftbohrung

ṁ

Massenstrom

ṁ₁

Massenstrom

ṁ₂

Massenstrom

y

Abstand

Claims (2)

1. Düse zur Drallerzeugung in einer Düsenspinnmaschine, mit einem zentralen Längskanal (2) und tangential unter einem stumpfen Winken (α) zur Fadenlaufrichtung in den Kanal (2) einmündenden Druckluftbohrungen (3), dadurch gekennzeichnet, dass
   der Abstand (y) der Mittellinie (5) der Druckluftbohrung (3) zum Rand des Längskanals, am Ort der Einmündung der Druckluftbohrung (3) in den Längskanal (2), (2) kleiner als die Hälfte des Durchmessers (d) der Druckluftbohrung (3) und mindestens gleich Null ist.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
   der Abstand (y) der Mittellinie (5) zum Rand kleiner als drei Achtel und grösser als drei Zehntel des Durchmessers (d) der Druckluftbohrung (3) ist.

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