EP0894876B1 - Walze für eine Karde - Google Patents

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EP0894876B1
EP0894876B1 EP19980810678 EP98810678A EP0894876B1 EP 0894876 B1 EP0894876 B1 EP 0894876B1 EP 19980810678 EP19980810678 EP 19980810678 EP 98810678 A EP98810678 A EP 98810678A EP 0894876 B1 EP0894876 B1 EP 0894876B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
card
reinforced plastic
fibre
clothing
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19980810678
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English (en)
French (fr)
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EP0894876A1 (de
Inventor
Olivier Wüst
Beat Näf
Jürg Faas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Rieter AG
Original Assignee
Maschinenfabrik Rieter AG
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Filing date
Publication date
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Application filed by Maschinenfabrik Rieter AG filed Critical Maschinenfabrik Rieter AG
Publication of EP0894876A1 publication Critical patent/EP0894876A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0894876B1 publication Critical patent/EP0894876B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G15/00—Carding machines or accessories; Card clothing; Burr-crushing or removing arrangements associated with carding or other preliminary-treatment machines
    • D01G15/02—Carding machines
    • D01G15/12—Details
    • D01G15/14—Constructional features of carding elements, e.g. for facilitating attachment of card clothing
    • D01G15/24—Flats or like members
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G15/00—Carding machines or accessories; Card clothing; Burr-crushing or removing arrangements associated with carding or other preliminary-treatment machines
    • D01G15/02—Carding machines
    • D01G15/12—Details
    • D01G15/14—Constructional features of carding elements, e.g. for facilitating attachment of card clothing
    • D01G15/16—Main cylinders; Breasts

Definitions

  • the invention relates to the carding of textile fibers (but in particular not exclusively “short staple fibers", with a maximum fiber length of up to approx. 60 mm).
  • the modern card includes a so-called drum (also called “Tamour”) or two drums of larger dimensions.
  • This (each) drum works with a cover arrangement together to perform the actual carding.
  • the drum or the pair of drums
  • the feeding system usually processes fibers in the form of a Cotton wool.
  • the take-off system is usually designed to form a band.
  • Each "working element” drum, licker-in, pick-up, lid) is equipped with a so-called Provide a set that takes over the actual processing of the fibers.
  • the feeding system is for the most uniform feeding possible the drum with fibers to be processed over the entire working width of the working elements to shape, i.e. all over for processing fibers with trimmings provided width.
  • the acceptance system is for collecting as evenly as possible of processed fibers designed across this entire width.
  • the drum is the "heart" of the machine and exerts a significant influence on all functions.
  • the fiber flow is only at the drum dissolved up to individual fibers and cleaned thoroughly.
  • the cleaning is done by excretion of unwanted materials from the transport route through the working gap is defined on the circumference of the drum.
  • Include "unwanted” materials e.g. Dust, dirt particles, nonsoluble nits, and short fibers (non-spinnable Flight).
  • the "selectivity" of the elimination process is of crucial importance Significance - the "desired" material (the good fibers) must as far as possible for the time being forwarded in the working gap and then to form the band to the downstream one Work item are given.
  • Today's conventional card has a drum with a diameter of approx. 1000 up to approx. 1300 mm.
  • the working width is approx. 1000 mm.
  • a new type of card is in EP-A-446 796. According to the latter proposal, the Restrict the drum diameter (or its working surface) in such a way that it does not exceed 800 mm and preferably between 350 and 450 mm lies.
  • This drum should still work directly with the feed and take-off system, that is, the card contained only a single drum.
  • the card was preferably formed as a revolving card. All that affect the working gap Parts (e.g.
  • EP-A-446 796 made of a material with a high modulus of elasticity for reduction of deflections over the working width.
  • EP-A-446 796 are both steel and fiber reinforced plastic have been given as examples.
  • the card is now preferably driven at a relatively high speed to achieve a higher peripheral speed than previously used. It is thus possible to improve the selectivity of the separation process. Also is there is a constant requirement on the card designer, the precision of the elements, which form the working columns. Achieving higher precision causes additional costs already in the manufacture of the individual elements, e.g. for machining a cast part because of the required tolerances when casting cannot be met. The problem is also complicated by that the rotating parts are deformed due to centrifugal forces but also because of Are subject to thermal expansion. The deformation problem increases in one non-linear relationship to speed. Attention must also be paid to higher speeds that no vibrations of the working elements or their carriers are excited, that could significantly influence the gap width. Concentricity errors can occur in play a significant role in this context.
  • the drum of a conventional card is made of steel or cast iron. It is undoubtedly possible to meet the increasing demands with these materials too fulfill. Meeting the increasing demands with conventional materials leads to rapidly increasing manufacturing costs, especially for reworking (e.g. Grinding or even machining) after the production of a blank.
  • the present invention is a first invention.
  • the present invention is based on the knowledge that it is possible to use the use of fiber-reinforced plastic to create a body which can be used practically without reworking in the bore as a roller (eg drum or pick-up) of a card and which can nevertheless meet the highest requirements , If, however, it is considered that "fiber-reinforced plastic" is a composite of, for example, glass fiber and a resin, that the modulus of elasticity of, for example, glass silk is more than 70,000 N / mm 2 , whereas that of a polyester resin is only approx.
  • the reinforcing fibers can be in the form of "endless” filaments and / or staple fibers of different stack lengths and / or in the form of a "fabric” (eg a fabric), and that the most varied manufacturing processes (eg injection molding or injection molding of a staple fiber / Resin mixture) for the production of parts made of fiber-reinforced plastic, it becomes clear that the use of "fiber-reinforced plastic" does not easily lead to the goal.
  • the reinforcing fibers should therefore be arranged selectively in order to achieve a targeted To achieve the performance of the end product, especially to Meet predetermined minimum requirements for selected product properties. The selection of properties for which minimal requirements are made is therefore of great importance.
  • the reinforcing fibers can be in one Carding roller made of fiber-reinforced material in the shape of itself in the circumferential direction extending structure to be present.
  • the arrangement can be made that the carding roller within a predetermined speed range Diameter increase of less than 10, preferably less than 5 hundredths of a millimeter experiences.
  • the reinforcing fibers can be made from “continuous filaments” (e.g. from “glass silk roving”) exist, but could be used in the form of a mat or fabric.
  • Important to achieve the required resistance to deformation (Extension of the diameter) under the centrifugal forces is the orientation of the reinforcing fibers in the final product.
  • the product geometry (especially the wall thickness), and the type of fiber (the type of fiber) and the proportion of fiber (the amount or content reinforcing fibers) in the composite material also play a role here, as well the possible use of fillers and modifiers.
  • glass fibers preferably a glass content greater than 50% is selected.
  • the matrix material (Binder) must still be able to the composite to give the necessary cohesion, even under deformation or under Tension.
  • a glass content of approx. 50% to 70% should be given an acceptable wall thickness ensure a sufficient modulus of elasticity.
  • the matrix material must have a certain toughness, especially with regard to deformation cycles (repeated deformation followed each time by returning to the Initial state). It is particularly important to note that the deformations can also be caused by thermal expansion, with the resin the foreseeable temperature changes must not become soft or brittle. On Thermoset (e.g. a polyester or an epoxy resin) can be used Thermoplastic, however, is not.
  • the predetermined composite is preferred (or its components become) processed to give a substantially tubular body which can be assembled with other elements, but not essential Rework required for use as a carding roller.
  • This body can be axial Have a length between 800 mm and 1.2 m.
  • the outside diameter is preferably 900 to 1100 mm.
  • the wall thickness is preferably in the range 10 to 30 mm (e.g. 15 to 20 mm.) and it is preferably along the length of the body roughly constant.
  • Such a body can be formed by means of a winding process be what a very low unbalance or a very low concentricity error results without requiring the aforementioned rework.
  • the mass of a body according to this invention will be considerably lower than the mass of a corresponding body made of a conventional material, due to the relatively low density of the composite material compared to steel or cast iron.
  • the density of the composite material can be, for example, approximately 1.4 gm / cm 3 . This results in considerable advantages with regard to the moment of inertia (acceleration resistance), ramp-up and ramp-down times and the required drive power.
  • the tubular body preferably has a constant outside diameter the length, i.e. this body (unlike a pressure vessel) is not radially behind end sections running on the inside.
  • the end parts of the body are therefore preferably connected to supports (drum bases), each drum base having one Can have hub, spoke and a rim portion.
  • the rim part is with the Composite body joined, e.g. using an adhesive while the Hubs take up a carrier or drive shaft.
  • the end faces of the body could e.g. by cutting a (somewhat) longer body. In the preferred solution are the end faces of the body simultaneously with the Main part of the body is formed.
  • the outer cylindrical surface In order to form a ready-to-use carding roll, the outer cylindrical surface must be the body with a set, what in a conventional card by pulling a "wire".
  • the same procedure for attaching the The set can also be used for a carding roller (in particular a drum) according to the invention are used, preferably at a predetermined operating speed the pressure generated in the composite material by the mounting process and the largely compensate for the tensile stress generated by centrifugal force in the same material. This helps to achieve a condition in which those generated in the composite Stresses are always below the fatigue strength of the material.
  • the Rigidity of the roller bottoms is preferably the rigidity of the tubular body adjusted so that the roller is as even as possible under the influence of centrifugal forces over the entire length (and in any case over the working width) or around deformed the entire circumference.
  • the rigidity of a roller base for a roller fiber-reinforced plastic should therefore be compared to that of a drum base can be reduced for a cast or steel roller. It must be ensured that that the roller bottoms have no inherent (vibration) resonance within of the intended operating speed range could be excited.
  • FIG. 1 The arrangement according to FIG. 1 is only given as an example. The ones to be described Features can also be used in other card types and in cards even in the large machines used to manufacture nonwovens (Nonwovens) are suitable.
  • the revolving lid assembly 52 comprises flat bars 53, of which only one bar in FIG. 1 is shown.
  • the revolving cover arrangement of the C50 card used today Filing company includes more than a hundred flat bars 53, with other manufacturers fewer Use flat bars.
  • the ends of the bars are made up of endless ribbons (not shown) worn and thereby against the direction of rotation of the drum or moved in synchronism with this direction of rotation. Examples of such facilities are in EP-A-753 610.
  • FIG. 2 schematically shows a part of the drum 50 with its cylindrical surface 64 and side plates (drum bottoms) 66.
  • the surface 64 is provided with a set, which is provided in this example in the form of wire 70 with saw teeth 72. This type of clothing is widespread these days and is not described in detail here.
  • the sawtooth wire 70 is "pulled up" on the drum 50, i.e. in close to each other Windings, wrapped between side flanges 68 (FIG. 2) to form a cylindrical "work surface" with tips.
  • the axial dimension B of this work surface can be referred to as the "working width”.
  • On the work surface should be worked as evenly as possible, i.e. Fibers are processed.
  • the working width B of the drum 50 is therefore the card for all other working elements authoritative.
  • the working width of the conventional card is in the range of 950 mm up to 1100 mm.
  • the shaft W, the drum 50 is also shown.
  • This wave W is in one Fig. 2 worn frame, so that the drum by a not shown Drive about the longitudinal axis A-A of the shaft W can be rotated.
  • the Diameter (D) of cylindrical surface 64 i.e. twice that shown Radius R
  • the drum of the conventional card has a diameter in the range 1250 to 1350 mm (mostly 1280 to 1300 mm) out.
  • the tolerance of the concentricity lies within extremely narrow limits.
  • the setting distance between the drum and the customer is e.g. only approx. 0.1 mm.
  • the drive system (not shown) must be designed accordingly.
  • the peripheral speed of a (today) conventional card (in normal operation) is in the range of 20 to 40 m / s, which corresponds to a speed of 300 to 600 rpm.
  • the drum is preferably designed to be driven at an even higher speed to become, without posing strength, rigidity or vibration problems.
  • a card drum made of fiber-reinforced plastic a winding process can be formed. This can ensure that the Reinforcing fibers in the wound drum in the circumferential direction of the Form drum extending structure.
  • resin is soaked Fibers (e.g. glass fibers) around a mold core that can be removed from the end product 10 wrapped.
  • the core 10 is mounted on a shaft 11 during winding and is rotated with the shaft 11 about its longitudinal axis by a drive, not shown.
  • the fiber dressing Before it is wrapped around the core, the fiber dressing should be used with a suitable one Matrix material (12,2), also called binder, (usually in the form of a liquid Resin) are soaked. This is done in a so-called impregnation device, e.g. by providing a resin bath 14 upstream of the thread guide 18, wherein the fiber structure is forced by deflection rollers 16 to pass through the bath 14.
  • the bath 14 can together with the thread guide 18 on a movable support 15 are provided on a suitable guide (not shown) from the shown traversing drive is moved back and forth.
  • the fiber structure 12 comprises preferably a plurality of "endless" filaments that form a flat on the rolls 16 Tape (Fig.
  • the rollers 16 can be designed as cambered rollers (FIG. 3A) the spread of the filament bandage before or during diving to ensure in the resin bath.
  • a dancer roll assembly 20, 22 can be provided upstream of the carrier 15 in order to compensate for the changes in path of the Compensate filament association with the stationary source (not shown).
  • a movable source could even be provided, e.g. in the shape of a sled, which carries an attachment for glass fiber spools and controlled depending is moved by the movements of the oscillation.
  • the "source” can have different filament templates, so that the fiber structure has a corresponding "mixture", e.g. of relatively inexpensive filaments (such as glass fibers) with relatively expensive filaments (such as aramid or carbon fibers).
  • the "mixture” could be changed to different ones in the course of the winding process Fiber blends in different layers (or layers) of the end product to surrender.
  • only glass fiber silk is used, whereby Glass fiber mat or glass fiber fabric between the layers of glass fiber silk could be wrapped.
  • the resin mixture in the bathroom 14 can also in the course of Winding process to be changed. Possible reasons for this are discussed in more detail below received.
  • tissue 26 will come from a suitable source (not shown) delivered the winding station and wrapped around the core 10.
  • the width of the fabric 26 is adapted to the width of the end product, so that no traversing movement is necessary. But this is not necessary - the tissue 26 could be supplied in the form of a narrow band (not shown), wherein then a guided back and forth movement during winding would be necessary.
  • the fabric 26 is below a resin supply 28 guided a dosing device 30, whereby the fibers of the fabric soaked with resin become.
  • the resin (12,2) must solidify before the product can be used as a drum. This can occur through aging (maturation), but is preferably done through a Heat treatment in a suitable furnace (not shown) at a controlled temperature. In a first curing step, the product can remain on the mandrel, whereby after the core has been removed (and if necessary after other parts have been attached) post-curing can be performed.
  • the invention is not restricted to the wet winding process described. It is a dry winding process (prepreg winding) is known, after which the reinforcing material is impregnated with resin (12.2) in a separate operation. After a suitable one Maturing uses the (still flexible) prepreg like glass silk when wrapping.
  • the Process can also be used to make a card drum, but is relatively complex and not necessary in this case to meet the requirements.
  • a tubular part are produced, but not easily used in a card can be.
  • a tubular part are produced, but not easily used in a card can be.
  • drum base e.g. a hub 38, spoke 40 and a rim 42.
  • the hub 38 must be connected to a drive shaft (not shown) so that the drum can be rotatably mounted in the card frame.
  • the drum bottoms 32, 34 could also be made of fiber-reinforced plastic are formed, but they are preferably made of metal (e.g. from one piece).
  • the connection to the pipe can e.g. via a switch 41 which is connected to the inner surface of the tube is in contact, and an end flange 44 against the End face of the tube abuts, be accomplished.
  • Each drum base 32.34 can be glued to the tube 36.
  • the tube 36 must be in the card as a carrier for a clothing, e.g. in the form of a Serve wire 70 according to FIG. 2. Over the working width, it is desirable, if possible to create uniform working conditions. To this end, it can prove to be prove useful, the tube 36 with a uniform wall thickness t over the length to create. At best, however, this leads to differences between the behavior of the Tube 36 within the working width and its behavior in the end zones where that Pipe is connected to the drum base. The working width can at best within the end section, where the effect of the drum bottoms can be expected is.
  • the clothing wire 70 mounted on the carrier.
  • the pipe By pulling up the set, the pipe is underneath Stressed. In operation are due to the expansion under the centrifugal force Tensile stresses generated in the pipe.
  • the tensile stress generated by the centrifugal force is that caused by pulling on the clothing Raises or equalizes compressive stress approximately.
  • Typical winding forces are in the range 25 to 100 N. preferably 25 to 40 N.
  • the drum base 32, 34 can be adapted to the tube 36 in order to operate as possible To achieve homogeneous deformation of the drum over the circumference and width. Such Deformation is caused by centrifugal force as well as by thermal expansion caused.
  • the wall thickness t can be chosen such that the widening of the tube 36 below Centrifugal force but without a set is greater than the expansion, which the set itself reached under the same centrifugal force. In operation, the tube 36 can therefore not Extend fully because it is constricted by the clothing, the holding force between the tube 36 and the clothing wire 70 is increased.
  • the wire can be connected to a metallic drum base, or an additive ("modifier") can be provided in the resin (e.g. carbon powder), which at least makes the outer resin layer electrically conductive.
  • the exterior Layer is preferably formed from resin, or at least has a high resin content, to favorably influence the roughness of the cylindrical clothing receiving surface.
  • a tube 36 can be formed for a card with the following parameters: length 900 to 1200 mm wall thickness 17 to 20 mm Modulus 17000 to 19000 N / mm 2 density 1.2 to 1.6 g / cm 3 Inner diameter 1200 to 1300 mm
  • the licker 58B cooperates with the feed roller 56, which forms the fibers of a cotton wool takes over, which is formed by the filling shaft F.
  • the shaft is preferred according to DE 19630018.5 from 07/25/96 with a cleaning device R.
  • a common control unit St is preferably provided for the card and the shaft.
  • the revolving lid assembly 52 in FIG. 1 comprises approximately 90 to 120 flat bars 53, of which about 30 to 45 are at the same time in the working position opposite the drum 50.
  • Each flat bar 53 preferably comprises a clothing carrier T in the form of a Hollow profile, e.g. as also shown in US 5,542,154.
  • the clothing strip is preferably formed as a flexible (“semi-rigid") clothing, i.e. the Strip comprises a flexible body K, which is attached to the carrier T, and individual ones Tips S, of which parts are embedded in the body K.
  • the revolving cover assembly 52 can be replaced with fixed covers, e.g. after the Principles set out in US-B-3,604,062; US-B-3,044,475 and US-B-3,858,276.
  • At least one additional segment 96 with a dirt removal knife is located in the pre-carding zone (not shown - e.g. according to EP-A-848 091) space.
  • the postcarding zone there are at least one additional segment 96 or carding rods (not shown) that similar to the flat bars 53 can be formed. It can be both in the pre-carding zone as is also provided in the postcarding zone in each case a number of additional segments 96 become.
  • the drum 50 is otherwise covered by segments 86.
  • the inner ones facing the drum Areas of these cladding segments 86 can be processed or treated so that they have the smallest possible braking effect on those touching them Exercise fibers.
  • These segments must also be exactly opposite the drum 50 to be adjustable to the desired fiber management or the specified air balance to ensure on the drum.
  • a suitable cladding is in EP-B-431 482 or EP-B-687 754 and in our EP patent application 978 100 74.1 to find.
  • the covering or additional segments 86, 96 are only schematic in FIG. 1 indicated.
  • the segments preferably form a continuous cladding the drum.
  • the invention can be used to manufacture other carding rolls.
  • the Pickup 62 of the conventional card has e.g. a diameter of approx. 500 mm up to 720 mm and runs at speeds of 300m / min or more. Its dimensions also influence the important transfer point where the fleece from the Drum must be delivered to the outlet. The invention is therefore for manufacture of the customer advantageous.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Preliminary Treatment Of Fibers (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Kardieren von Textilfasern (insbesondere aber nicht ausschliesslich "Kurz-stapelfasern", mit einer maximalen Faserlänge bis ca. 60 mm).
Stand der Technik
Die moderne Karde umfasst eine sogenannte Trommel (auch "Tamour" genannt) oder zwei Trommel grösserer Dimensionen. Diese (jede) Trommel arbeitet mit einer Deckelanordnung zusammen, um das eigentliche Kardieren durchzuführen. Um den Materialfluss zu ermöglichen, arbeitet die Trommel (bzw. das Trommelpaar) mit einem Speisesystem (Speisewalze und Vorreisser, auch "Briseur" genannt) und einem Abnahmesystem zusammen. Das Speisesystem verarbeitet Fasern normalerweise in der Form einer Watte. Das Abnahmesystem ist normalerweise zur Bildung von einem Band ausgelegt. Jedes "Arbeitselement" (Trommel, Vorreisser, Abnehmer, Deckel) ist mit einer sogenannten Garnitur versehen, welche die eigentliche Verarbeitung der Fasern übernimmt. Zwischen der Trommel und ihrer "Verkleidung" (sei dieser Verkleidung in der Form eines Arbeitselementes oder eines Elementes mit einer Abdeckfunktion) befindet sich ein "Arbeitsspalt". Das Speisesystem ist zur möglichst gleichmässigen Speisung der Trommel mit zu verarbeitenden Fasern über die ganze Arbeitsbreite der Arbeitselemente zu gestalten, d.h. über die ganze zur Verarbeitung von Fasern mit Garnituren versehenen Breite. Das Abnahmesystem ist zum möglichst gleichmässigen Sammeln von verarbeiteten Fasern über diese ganze Breite ausgelegt.
Die Trommel stellt das "Herzstück" der Maschine dar und übt einen wesentlichen Einfluss auf alle Funktionen aus. Insbesondere wird der Faserstrom erst an der Trommel bis zu Einzelfasern aufgelöst und gründlich gereinigt. Die Reinigung erfolgt durch Ausscheiden von unerwünschten Materialien aus dem Transportweg, der durch den Arbeitsspalt am Umfang der Trommel definiert wird. "Unerwünschte" Materialien umfassen z.B. Staub, Schmutzpartikel, nicht auflösbare Nissen, und Kurzfasern (nicht spinnbaren Flug). Die "Selektivität" des Ausscheideverfahrens ist aber von ausschlaggebender Bedeutung - das "erwünschte" Material (die Gutfasern) müssen soweit möglich vorerst im Arbeitsspalt weitergeleitet und anschliessend zur Bandbildung an das nachgeschaltete Arbeitselement abgegeben werden.
Die heute konventionelle Karde hat eine Trommel mit einem Durchmesser von ca. 1000 bis ca. 1300 mm. Die Arbeitsbreite beträgt ca. 1000 mm. Eine neuartige Karde ist in EP-A-446 796 erklärt worden. Nach letzterem Vorschlag war es vorgesehen, den Trommeldurchmesser (bzw. ihre Arbeitsfläche) einzuschränken und zwar derart, dass er ein Mass von 800 mm nicht übersteigt und vorzugsweise zwischen 350 und 450 mm liegt. Diese Trommel sollte trotzdem direkt mit dem Speise- und Abnahmesystem zusammenarbeiten, d.h., die Karde umfasste nur eine einzige Trommel. Die Karde war vorzugsweise als eine Wanderdeckelkarde gebildet. Alle, den Arbeitsspalt beeinflussenden Teile (z.B. dierTrommel und die Deckelstäbe), sollten nach EP-A-446 796 vorzugsweise aus einem Material mit einem hohen Elastizitätsmodul zur Verminderung von Durchbiegungen über der Arbeitsbreite angefertigt werden. In EP-A-446 796 sind sowohl Stahl wie auch faserverstärkter Kunststoff als Beispiele angegeben worden.
Die Karde wird nun vorzugsweise mit einer relativ hohen Drehzahl angetrieben, um eine höhere Umfangsgeschwindigkeit zu erzielen, als bislang verwendet wurde. Es ist somit möglich, die Selektivität des Ausscheideverfahrens zu verbessern. Ausserdem ist es eine ständige Anforderung an den Kardenkonstrukteur, die Präzision der Elemente, welche die Arbeitsspalten bilden, zu erhöhen. Das Erzielen einer höheren Präzision verursacht aber schon in der Fertigung der Einzelelemente zusätzliche Kosten, z.B. zum Bearbeiten von einem Gussteil, weil die erforderlichen Toleranzen beim Giessen nicht eingehalten werden können. Das Problem wird aber auch dadurch verkompliziert, dass die rotierenden Teile im Betrieb Verformungen wegen Fliehkräften aber auch wegen Wärmedehnungen unterworfen sind. Das Verformungsproblem steigt in einem nicht-linearen Verhältnis zur Drehzahl. Bei höheren Drehzahlen muss auch geachtet werden, dass keine Schwingungen der Arbeitselemente bzw. ihrer Träger erregt werden, die die Spaltbreite massgebend beeinflussen könnten. Rundlauffehler können in diesem Zusammenhang eine erhebliche Rolle spielen.
Die Trommel einer konventionellen Karde wird aus Stahl oder Guss hergestellt. Es ist zweifelsohne möglich, auch die steigenden Anforderungen mit diesen Materialien zu erfüllen. Die Erfüllung der steigenden Anforderungen mit konventionellen Materialien führt aber zu rasch steigenden Fertigungskosten, insbesondere für die Nacharbeit (z.B. Schleifen oder sogar Zerspanung) nach der Herstellung eines Rohlings.
Die vorliegende Erfindung:
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, mittels der Verwendung von faserverstärktem Kunststoff einen Körper zu erstellen, die praktisch ohne Nacharbeit in der Bohrung als Walze (z.B. Trommel oder Abnehmer) einer Karde verwendbar ist und trotzdem die höchsten Anforderungen erfüllen kann. Wenn aber überlegt wird, dass "faserverstärktes Kunststoff' ein Verbund aus z.B. Glasfaser und einem Harz darstellt, dass das E-Modul von z.B. Glasseide mehr als 70000 N/mm2, von einem Polyesterharz hingegen nur ca. 3300 N/mm2 beträgt, dass die Verstärkungsfasern in der Form von "endlosen" Filamenten und/oder Stapelfasern verschiedener Stapellängen und/oder in der Form eines "Stoffes" (z.B. eines Gewebes) vorhanden sein können, und dass die verschiedensten Herstellungsverfahren (z.B. das Spritzen oder Spritzgiessen eines Stapelfaser/Harz-Gemisches) zur Fertigung von Teilen aus faserverstärktem Kunststoff zur Verfügung stehen, wird klar, dass die Verwendung von "faserverstärktem Kunststoff" nicht ohne weiteres zum Ziel führt.
Im Gegensatz zu konventionellen Materialien wie Guss oder Stahl handelt es sich bei einem Verbundwerkstoff um ein nicht isotropisches (anisotropic) Material (ein Nicht-Isotrop). Mit einem solchen Material ist es nicht möglich, eine konventionelle Kardenwalze, insbesondere Trommel, einfach "nachzubauen". In einem ersten Aspekt der Erfindung sollten die Verstärkungsfasern daher selektiv angeordnet werden, um ein zielgerichtetes Leistungsvermögen des Endproduktes zu erreichen, insbesondere zum Erfüllen vorbestimmter Minimalanforderungen ausgewählter Produkteeigenschaften. Die Auswahl der Eigenschaften, wofür Minimalanforderungen gestellt werden, ist daher von grosser Bedeutung.
Gemäss diesem ersten Aspekt der Erfindung können die Verstärkungsfasem in einer Kardenwalze aus faserverstärktem Material in der Form eines sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Gebildes vorhanden sein. Die Anordnung kann so getroffen werden, dass die Kardenwalze innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereiches eine Durchmesservergrösserung von weniger als 10, vorzugsweise weniger als 5 Hundertstelmillimeter erfährt.
Die Verstärkungsfasern können aus "Endlosfilamenten" (z.B. aus "Glasseidenroving") bestehen, könnten aber in der Form einer Matte oder eines Gewebes verwendet werden. Wichtig zum Erzielen des erforderlichen Widerstandes gegen Verformung (Ausdehnung des Durchmessers) unter den Fliehkräften ist die Orientierung der Verstärkungsfasern im Endprodukt. Die Produktegeometrie (insbesondere die Wanddikke), sowie der Fasertyp (die Faserart) und der Faseranteil (die Menge oder der Inhalt der Verstärkungsfasern) im Verbundwerkstoff spielen hier aber auch eine Rolle, ebenso die allfällige Verwendung von Füll- und Modifizierstoffen. Bei der Verwendung von Glasfasern z.B., wird vorzugsweise ein Glasgehalt grösser als 50% gewählt. Das Matrixmaterial (Bindemittel) muss trotzdem in der Lage sein, das Verbundwerkstoff den erforderlichen Zusammenhalt zu verleihen und zwar auch unter Verformung bzw. unter Spannung. Ein Glasgehalt von ca. 50% bis 70% sollte bei einer akzeptablen Wanddikke für ein ausreichendes E-Modul sorgen.
Statt Glasfasern könnten andere Verstärkungsfasern, wie Kohlenstoff- oder Aramidfasern, verwendet werden. Diese neue Faserarten sind aber noch verhältnismässig teuer und ihre Verwendung ist für diese Applikation nicht angedeutet, weil kostengünstigere Glasfasern in der Lage sind, dem Produkt die erforderliche Steifigkeit und Festigkeit zu verleihen.
Das Matrixmaterial muss eine gewisse Zähigkeit, insbesondere gegenüber Verformungszyklen (wiederholte Verformung jedesmal gefolgt durch den Rückkehr in den Ausgangszustand) aufweisen. Es ist insbesondere zu beachten, dass die Verformungen auch durch die Wärmedehnung verursacht werden können, wobei das Harz bei den vorhersehbaren Temperaturänderungen weder weich noch spröd werden darf. Ein Duromer (z.B. ein Polyester- oder ein Epoxydharz) kann verwendet werden, ein Thermoplast hingegen nicht.
Das vorbestimmte Verbundwerkstoff wird (bzw. dessen Komponenten werden) vorzugsweise verarbeitet, um einen im wesentlichen rohrförmigen Körper zu ergeben, der mit anderen Elementen zusammengebaut werden kann, aber selbst keine wesentliche Nacharbeit zur Verwendung als Kardenwalze erfordert. Dieser Körper kann eine axiale Länge zwischen 800 mm und 1, 2 m aufweisen. Der Aussendurchmesser beträgt vorzugsweise 900 bis 1100 mm. Die Wanddicke liegt vorzugsweise im Bereich 10 bis 30 mm (beispielsweise 15 bis 20 mm.) und sie ist vorzugsweise über die Länge des Körpers ungefähr konstant. Ein solcher Körper kann mittels eines Wickelverfahrens gebildet werden, was eine sehr niedrige Unwucht bzw. einen sehr niedrigen Rundlauffehler ergibt, ohne die vorerwähnte Nacharbeit zu erfordern.
Für vorgegebene Walzendimensionen wird die Masse eines Körpers nach dieser Erfindung erheblich niedriger sein, als die Masse eines entsprechenden Körpers aus einem konventionellen Material, dies wegen der relativ niedrigen Dichte des Verbundwerkstoffes im Vergleich zu Stahl oder Guss. Die Dichte des Verbundwerkstoffes kann z.B. ca. 1,4 gm/cm3 betragen. Daraus ergeben sich erhebliche Vorteile bezüglich Massenträgheitsmoment (Beschleunigungswiderstand), Hoch- bzw. Tieflaufzeiten und erforderlicher Antriebsleistung.
Der rohrförmige Körper hat vorzugsweise einen konstanten Aussendurchmesser über die Länge, d.h. dieser Körper ist (anders als ein Druckbehälter) nicht mit radial nach innen verlaufenden Endpartien versehen. Die Endpartien des Körpers werden deshalb vorzugsweise mit Träger (Trommelböden) verbunden, wobei jeder Trommelboden eine Nabe, Speiche und eine Felgenpartie aufweisen kann. Die Felgenpartie wird mit dem Körper aus Verbundwerkstoff verbunden, z.B. mittels eines Klebstoffes, während die Naben eine Träger- bzw. Antriebswelle aufnehmen. Die Stirnflächen des Körpers könnten z.B. durch Schneiden eines (etwas) längeren Körpers gebildet werden. In der bevorzugten Lösung werden aber die Stirnflächen des Körpers gleichzeitig mit dem Hauptteil des Körpers gebildet.
Um eine betriebsbereite Kardenwalze zu bilden, muss die äussere zylindrische Fläche des Körpers mit einer Garnitur versehen werden, was in einer konventionellen Karde durch das Aufziehen eines "Drahtes" erfolgt. Das gleiche Verfahren zum Anbringen der Garnitur kann auch für eine Kardenwalze (insbesondere eine Trommel) nach der Erfindung verwendet werden, wobei vorzugsweise sich bei einer vorgegebenen Betriebsdrehzahl der durch das Aufziehverfahren erzeugte Druck im Verbundwerkstoff und die durch die Fliehkraft erzeugte Zugspannung im gleichen Material weitgehend ausgleichen. Dies trägt zum Erzielen eines Zustandes bei, worin die im Verbundwerkstoff erzeugten Spannungen stets unterhalb der Dauerfestigkeit des Materials liegen. Die Steifigkeit der Walzenböden ist vorzugsweise der Steifigkeit des rohrförmigen Körpers angepasst, sodass sich die Walze unter der Wirkung der Fliehkräfte möglichst gleichmässig über die gesamte Länge (und auf jeden Fall über die Arbeitsbreite) bzw. um den ganzen Umfang verformt. Die Steifigkeit eines Walzenbodens für eine Walze aus faserverstärktem Kunststoff sollte deshalb gegenüber derjenigen eines Trommelbodens für eine Guss- bzw. Stahlwalze reduziert werden. Dabei muss dafür gesorgt werden, dass die Walzenböden keine Eigen-(Schwingungs-)resonanz aufweisen, die innerhalb des vorgesehen Betriebsdrehzahlbereiches erregt werden könnte.
Es ist ein Vorteil von einem Verbundwerkstoff der vorgesehenen Art, dass es Dämpfungseigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften stehen bei der Konstruktion einer Kardenwalze nicht im Vordergrund, können aber als vorteilhafte Nebenwirkungen nach der Erfüllung der Hauptanforderungen berücksichtigt werden.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Karde,
Fig. 2
eine schematische Darstellung einer Hälfte einer konventionellen Trommel für eine Karde,
Fig. 3
eine schematische Darstellung einer ersten Herstellungsvariante für eine Trommel nach der Erfindung, und Fig. 3A ein Detail aus der Fig. 3,
Fig. 4
eine schematische Darstellung einer zweiten Herstellungsvariante,
Fig. 5
eine schematische Darstellung zweier Elemente der bevorzugten Konstruktion der Trommel für eine Karde nach Fig. 1, wobei der zylindrische Teil im Schnitt gezeigt ist, und
Fig. 6
eine Ansicht des Endteils der Trommel nach Fig. 5 in der Richtung des Pfeils P gesehen.
Fig. 1 zeigt schematisch die Hauptarbeitselemente einer Wanderdeckelkarde. Die Maschine umfasst eine einzige Hauptwalze 50 (meistens Tambour oder Trommel genannt, welche Wörter hier gleichbedeutend sind), der drehbar in einem Gestell (in Fig. 1 nicht gezeigt) getragen wird. In Fig. 1 wird eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn angenommen. Die Trommel 50 arbeitet mit drei weiteren Arbeitselementen zusammen, nämlich:
  • eine Wanderdeckelanordnung 52, d.h. es handelt sich in der Ausführung nach Fig. 1 nicht um eine Karde mit Arbeitswalzen (einen Krempel) oder mit stationären Kardierplatten, die das Wanderdeckelaggregat ersetzen können (eine Festdeckelkarde)
  • ein Faserspeisesystem, das insbesondere eine Speisewalze 56 und drei Briseure (Vorreisser) 58,58A,58B umfasst, und
  • ein Faserabnahmesystem (nur teilweise abgebildet), das insbesondere einen sogenannten Abnehmer 62 (oder Doffer) umfasst.
Die Anordnung nach Fig. 1 ist nur als Beispiel aufgeführt. Die noch zu beschreibenden Merkmale können auch in anderen Kardentypen und in Krempeln verwendet werden, sogar auch in den grossen Maschinen, die zur Herstellung von Nonwovens (Vliesstoffe) geeignet sind.
Das Wanderdeckelaggregat 52 umfasst Deckelstäbe 53, wovon in Fig. 1 nur ein Stab abgebildet ist. Die heute gebräuchliche Wanderdeckelanordnung der C50 Karde der Anmeldefirma umfasst mehr als hundert Deckelstäbe 53, wobei andere Hersteller weniger Deckelstäbe verwenden. Die Stäbe werden an ihren Enden von endlosen Bändern (nicht gezeigt) getragen und dadurch gegen die Drehrichtung der Trommel oder im Gleichlauf mit dieser Drehrichtung bewegt. Beispiele solcher Einrichtungen sind in EP-A-753 610 zu finden.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil der Trommel 50 mit seiner zylindrischen Fläche 64 und Seitenschilder (Trommelböden) 66. Die Fläche 64 ist mit einer Garnitur versehen, die in diesem Beispiel in der Form von Draht 70 mit Sägezähnen 72 vorgesehen ist. Diese Garniturenart ist heutzutage weit verbreitet und wird hier nicht näher beschrieben.
Der Sägezahndraht 70 wird auf der Trommel 50 "aufgezogen", d.h. in dicht nebeneinanderliegenden Windungen, zwischen Seitenflanschen 68 (Fig. 2), umgewickelt, um eine mit Spitzen bestückte zylindrische "Arbeitsfläche" zu bilden. Die axiale Dimension B dieser Arbeitsfläche kann als die "Arbeitsbreite" bezeichnet werden. Auf der Arbeitsfläche soll möglichst gleichmässig gearbeitet werden, d.h. Fasern verarbeitet werden. Die Arbeitsbreite B der Trommel 50 ist daher für alle anderen Arbeitselemente der Karde massgebend. Die Arbeitsbreite der konventionellen Karde liegt im Bereich 950 mm bis 1100 mm.
In Fig. 2 ist auch die Welle W die Trommel 50 gezeigt. Diese Welle W ist in einem in Fig. 2 nicht gezeigten Gestell getragen, so dass die Trommel durch einen nicht gezeigten Antrieb um die Längsachse A-A der Welle W in Drehung versetzt werden kann. Der Durchmesser (D) der zylindrischen Oberfläche 64 (d.h. das Doppelte des gezeigten Radius R) ist ein wichtiges Mass der Maschine. Die Trommel der konventionellen Karde weist einen Durchmesser im Bereich 1250 bis 1350 mm (meist 1280 bis 1300 mm) aus. Die Toleranz des Rundlaufes liegt in äusserst engen Grenzen. Die Einstelldistanz zwischen der Trommel und dem Abnehmer beträgt z.B. nur ca. 0,1 mm.
Im allgemeinen ist es vorteilhaft, eine Karde mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit anzutreiben. Das Antriebssystem (nicht gezeigt) muss entsprechend ausgelegt werden. Die Umfangsgeschwindigkeit einer (heute) konventionellen Karde (im Normalbetrieb) liegt im Bereich 20 bis 40 m/s, was einer Drehzahl von 300 bis 600 U/min entspricht. Vorzugsweise ist die Trommel dazu ausgelegt, mit einer noch höheren Drehzahl angetrieben zu werden, ohne Festigkeits-, Steifigkeits- oder Schwingungsprobleme aufzuwerfen.
Nach dieser Erfindung soll einen Kardentrommel aus faserverstärktem Kunststoff durch ein Wickelverfahren gebildet werden. Dadurch kann abgesichert werden, dass die Verstärkungsfasern in der gewickelten Trommel ein sich in der Umfangsrichtung der Trommel erstreckendes Gebilde ergeben. Anhand der Figuren 3 und 4 werden vorerst zwei mögliche Herstellungsvarianten erklärt. In beiden Varianten werden mit Harz getränkte Fasern (z.B. Glasfasern) um einen aus dem Endprodukt entfernbaren Formkern 10 gewickelt. Der Kern 10 ist während des Wickelns auf einer Welle 11 montiert und wird mit der Welle 11 um deren Längsachse von einem nicht gezeigten Antrieb gedreht.
In der Variante nach Fig. 3, ist das eine Ende eines Filamentverbandes 12 (z.B. eines sogenannten Glasseidenrovings) am Kern 10 befestigt (nicht gezeigt), sodass die Filamente durch das Drehen des Kerns von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) abgezogen und um den Kern 10 gewickelt werden. Um beim Aufwinden der Filamente Spiralwindungen bzw. schraubenförmige Windungen um den Kern 10 zu bilden, wird das Verband 12 durch einen Fadenführer 18 hin und her in der Längsrichtung der Welle 11 bewegt, wobei die Changiergeschwindigkeit des Fadenführers 18 gegenüber der Drehzahl der Welle 11 gesteuert wird, um eine vorbestimmte Steigung der Spiralwindungen zu ergeben. Diese Steigung kann schematisch durch einen "Wickelwinkel" Ø dargestellt werden. Der Winkel Ø wird in dieser Beschreibung als derjenige Winkel definiert, der zwischen dem Verband 12 und einer Tangente X eingeschlossen ist, wobei die Tangente X den Ablegepunkt P schneidet und rechtwinklig zur Längsachse der Walze 10 verläuft. Der Wickelwinkel sollte aus den folgenden Gründen klein gewählt werden:
  • i) der Widerstand des Endproduktes gegen radiale Ausweitung unter Fliehkräfte hängt zum Teil von der Anordnung der Fasern ab - je kleiner der Winkel Ø, desto höher dieser Widerstand, und
  • ii) bei grösseren Wickelwinkeln ist es nicht möglich, am Ende des Produktes die Bewegung des Ablegepunktes (wo die Fasern auf dem Produkt auftreten) "umzukehren"es muss vielmehr um einer nach innen gekrümmten Endpartie des Kerns weitergewickelt werden, wonach die schalenförmigen Endpartien des Produktes abgetrennt werden müssen. Eine solche Konstruktion ist zur Herstellung einer Kardentrommel nicht wünschenswert, ist aber nicht ausgeschlossen. Bevorzugt ist ein Verfahren mit einem kleinen Wickelwinkel Ø, sodass der Ablegepunkt am Produkt an jedem Ende umkehren kann, wobei die Umkehrpunkte vorzugsweise um den Umfang des Produktes verteilt werden.
    • Bevor es um den Kern gewickelt wird, soll das Faserverband mit einem geeigneten Matrixmaterial (12,2), auch Bindemittel genannt, (normalerweise in der Form eines flüssigen Harzes) getränkt werden. Dies erfolgt in einer sogenannten Imprägniervorrichtung, z.B. durch das Vorsehen eines Harzbades 14 stromaufwärts vom Fadenführer 18, wobei das Faserverband durch Umlenkrollen 16 gezwungen wird, das Bad 14 zu durchlaufen. Das Bad 14 kann gemeinsam mit dem Fadenführer 18 auf einem bewegbaren Träger 15 vorgesehen werden, der auf einer geeigneten Führung (nicht gezeigt) vom nicht dargestellten Changierantrieb hin und her bewegt wird. Das Faserverband 12 umfasst vorzugsweise eine Vielzahl "endloser" Filamente, die an den Rollen 16 zu einem flachen Band (Fig. 3A) ausgebreitet werden können, um die Aufnahmefähigkeit des Faserverbandes gegenüber dem Harz zu verbessern. Es soll dadurch abgesichert werden, dass möglichst jedes Einzelfilament im Harz (12,2) getränkt und im getränkten Verband vom Harz umgeben wird. Die Rollen 16 können als bombierte Rollen (Fig. 3A) ausgeführt werden, um die Ausbreitung des Filamentverbandes vor bzw. während dem Tauchen in das Harzbad zu gewährleisten.
    Eine Tänzerrollenanordnung 20,22 kann stromaufwärts vom Träger 15 vorgesehen werden, um die durch die Changierbewegung hervorgerufenen Wegänderungen des Filamentverbandes gegenüber der stationären Quelle (nicht gezeigt) auszugleichen. Es könnte aber sogar eine bewegbare Quelle vorgesehen werden, z.B. in der Form eines Schlittens, der eine Aufsteckung für Glasfaserspulen trägt und gesteuert in Abhängigkeit von den Bewegungen der Changierung bewegt wird.
    Die "Quelle" kann verschiedene Filamentvorlagen aufweisen, sodass das Faserverband ein entsprechendes "Gemisch" aufweist, z.B. von relativ kostengünstigen Filamenten (wie Glasfasern) mit relativ teuren Filamenten (wie Aramid- oder Kohlenstofffasern). Das "Gemisch" könnte im Laufe des Wickelverfahrens geändert werden, um verschiedene Fasermischungen in verschiedenen Schichten (oder Lagen) des Endproduktes zu ergeben. In der bevorzugten Lösung wird bloss Glasfaserseide verwendet, wobei Glasfasermatte oder Glasfasergewebe zwischen den Lagen der Glasfaserseide eingewickelt werden könnte. Die Harzmischung im Bad 14 kann auch im Laufe des Wickelverfahrens geändert werden. Auf mögliche Gründe dafür wird nachfolgend näher eingegangen.
    Fig. 4 zeigt ein Alternativverfahren zur Herstellung eines ebenfalls geeigneten Produktes. In diesem Fall wird ein Gewebe 26 von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) an die Wickelstelle geliefert und um den Kern 10 gewickelt. Im einfachen Beispiel nach Fig. 4, ist die Breite des Gewebes 26 der Breite des Endproduktes angepasst, sodass keine Changierbewegung notwendig ist. Dies ist aber nicht erforderlich - das Gewebe 26 könnte in der Form eines engen Bandes (nicht gezeigt) geliefert werden, wobei dann eine geführte Hin- und Her-Bewegung beim Wickeln notwendig wäre. Kurz bevor es auf dem Kern 10 aufläuft, wird das Gewebe 26 unterhalb einer Harzzufuhr 28 mit einem Dosiergerät 30 geführt, wodurch die Fasern des Gewebes mit Harz getränkt werden. Es ist offensichtlich nicht notwendig, diese Verstärkungsfasern in der Form eines Gewebes vorzusehen - ein Gestrick würde im wesentlichen die gleiche Wirkung erbringen. Im Vergleich mit der Variante nach Fig. 3 wird die Festigkeit der Verstärkungsstruktur nicht durch die Festigkeit der einzelnen Filamente (Fasern) erzielt, sondern durch die Festigkeit des Gebildes, das aus dem Zusammenfügen der Fasern zustande kommt.
    In beiden Fällen (Fig. 3 und Fig. 4) entsteht ein Fasergebilde, das sich in der Umfangsrichtung des Kerns 10 (und daher in der Umfangsrichtung des späteren Endproduktes) erstreckt. Um diese Wirkung zu erreichen, ist es aber nicht zwingend erforderlich, das Wickelverfahren kontinuierlich bzw. quasi-automatisch durchzuführen. Es könnten sogar kürzere Streifen manuell auf einer Form (ähnlich dem Kern 10) aufgebaut werden (Laminatfertigung).
    Gleichgültig wie die teilflüssige faserverstärkte "Masse" (Rohling) zustande kommt, muss das Harz (12,2) erstarren, bevor das Produkt als Trommel verwendet werden kann. Dies kann durch das Altern (Reifung) geschehen, erfolgt aber vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung in einem geeigneten Ofen (nicht gezeigt) bei gesteuerter Temperatur. In einem ersten Härtungsschritt kann das Produkt auf dem Formkern bleiben, wobei nach der Entfernung des Kerns (und allenfalls nach dem Anbringen anderer Teile) eine Nachhärtung durchgeführt werden kann.
    Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Nasswickelverfahren eingeschränkt. Es ist ein Trockenwickelverfahren (Prepregwickeln) bekannt, wonach das Verstärkungsmaterial in einem separaten Arbeitsgang mit Harz (12,2) getränkt wird. Nach einer geeigneten Reifung wird das (noch flexible) Prepreg wie Glasseide beim Wickeln verwendet. Das Verfahren kann auch zur Herstellung einer Kardentrommel verwendet werden, ist aber relativ aufwendig und zum Erfüllen der Anforderungen in diesem Fall nicht erforderlich.
    Anhand eines Verfahrens nach der Fig. 3 oder Fig. 4 kann ein rohrförmiger Teil ("Rohr") hergestellt werden, der aber nicht ohne weiteres in einer Karde verwendet werden kann. Dazu ist es nötig, z.B. zwei Endteile (Trommelboden) 32,34 (Fig. 5) vorzusehen, die mit dem Rohr 36 verbunden werden müssen, um eine Trommel zu ergeben. Jeder Trommelboden umfasst z.B. eine Nabe 38, Speiche 40 und eine Felge 42. Die Nabe 38 muss mit einer Antriebswelle (nicht gezeigt) verbunden werden, so dass die Trommel drehbar im Kardengestell montiert werden kann.
    Die Trommelböden 32,34 könnten im Prinzip auch aus faserverstärktem Kunststoff gebildet werden, sie werden aber vorzugsweise aus Metall (z.B. aus einem Stück) gefertigt. Die Verbindung mit dem Rohr kann z.B. über einen Schalter 41, der mit der Innenfläche des Rohrs in Berührung steht, und einem Endflansch 44, der gegen die Stirnfläche des Rohrs anstösst, bewerkstelligt werden. Jeder Trommelboden 32,34 kann mit dem Rohr 36 verklebt werden.
    Das Rohr 36 muss in der Karde als Träger für eine Garnitur, z.B. in der Form eines Drahtes 70 gemäss Fig. 2 dienen. Über die Arbeitsbreite ist es erwünscht, möglichst gleichmässige Arbeitsbedingungen zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann es sich als nützlich erweisen, das Rohr 36 mit einer über die Länge gleichmässigen Wanddicke t zu erstellen. Dies führt aber allenfalls zu Unterschieden zwischen dem Verhalten des Rohrs 36 innerhalb der Arbeitsbreite und seinem Verhalten in den Endzonen, wo das Rohr in Verbindung mit dem Trommelboden steht. Die Arbeitsbreite kann allenfalls innerhalb der Endpartie angeordnet werden, wo die Wirkung der Trommelböden zu erwarten ist.
    Wie schon im Zusammenhang mit der Fig. 2 erwähnt wurde, wird der Garniturdraht 70 auf den Träger aufgezogen. Durch das Aufziehen der Garnitur wird das Rohr unter Druck beansprucht. Im Betrieb werden durch die Ausweitung unter der Fliehkraft Zugspannungen im Rohr erzeugt. Durch Anpassen der Aufziehkraft der Garnitur und der Wanddicke kann erzielt werden, dass bei einer vorgegebenen Betriebsdrehzahl die durch die Fliehkraft erzeugte Zugspannung die durch das Aufziehen der Garnitur hervorgerufene Druckspannung ungefähr aufhebt, bzw. ausgleicht. Typische Aufziehkräfte liegen im Bereich 25 bis 100 N. vorzugsweise 25 bis 40 N. Ausserdem sollte jeder Trommelboden 32,34 dem Rohr 36 angepasst werden, um im Betrieb eine möglichst homogene Verformung der Trommel über Umfang und Breite zu erzielen. Eine solche Verformung wird sowohl durch die Fliehkraft wie auch durch die Wärmeausdehnung hervorgerufen.
    Die Wanddicke t kann derart gewählt werden, dass die Aufweitung des Rohrs 36 unter Fliehkraft aber ohne Garnitur grösser als die Aufweitung ist, welche die Garnitur selbst unter der gleichen Fliehkraft erreicht. Im Betrieb kann sich das Rohr 36 deshalb nicht voll ausweiten, weil es durch die Garnitur eingeschnürt wird, wobei die Haltekraft zwischen dem Rohr 36 und dem Garniturdraht 70 erhöht wird.
    Es ist aber auch notwendig, Mittel vorzusehen, um eine Erdung des Garniturdrahtes zu ermöglichen, da die zu kardierenden Fasern dazu neigen, elektrostatische Ladungen aufzubauen, die das Kardierverfahren erheblich stören können. Zum Zwecke der Erdung kann der Draht mit einem metallischen Trommelboden verbunden werden, oder es kann ein Zusatz ("Modifizierstoff") im Harz vorgesehen werden (z.B. Kohlenstoffpulver), welcher zumindest die äussere Harzschicht elektrisch leitend gestaltet. Die äussere Schicht wird vorzugsweise aus Harz gebildet, oder hat zumindest einen hohen Harzanteil, um die Rauhigkeit der zylindrischen Garnituraufnahmefläche günstig zu beeinflussen.
    Für eine Karde kann ein Rohr 36 mit den folgenden Parametern gebildet werden:
    Länge 900 bis 1200 mm
    Wanddicke 17 bis 20 mm
    E-Modul 17000 bis 19000 N/mm2
    Dichte 1,2 bis 1,6 g/cm3
    Innendurchmesser 1200 bis 1300 mm
    Der Vorreisser 58B arbeitet mit der Speisewalze 56 zusammen, welche die Fasern von einer Watte übernimmt, die vom Füllschacht F gebildet wird. Der Schacht ist vorzugsweise nach DE 19630018.5 vom 25.07.96 mit einer Reinigungsvorrichtung R versehen. Für die Karde und den Schacht ist vorzugsweise eine gemeinsame Steuerung St vorgesehen.
    Das Wanderdeckelaggregat 52 in Fig. 1 umfasst ungefähr 90 bis 120 Deckelstäbe 53, wovon ca. 30 bis 45 gleichzeitig in der Arbeitsstellung gegenüber der Trommel 50 stehen. Jeder Deckelstab 53 umfasst vorzugsweise ein Garniturträger T in der Form eines Hohlprofils, z.B. wie auch in US 5,542,154 gezeigt. Der an diesem Träger T angebrachte Garniturstreifen ist vorzugsweise als flexible ("halbstarre") Garnitur gebildet, d.h. der Streifen umfasst einen flexiblen Körper K, der am Träger T befestigt ist, und einzelne Spitzen S, wovon Teile im Körper K eingebettet sind.
    Die Wanderdeckelanordnung 52 kann durch Festdeckel ersetzt werden, z.B. nach den Prinzipien, die in US-B-3,604,062; US-B-3,044,475 und US-B-3,858,276 erklärt wurden.
    In der Vorkardierzone findet mindestens ein Zusatzsegment 96 mit einem Schmutzausscheidemesser (nicht gezeigt - z.B. nach EP-A-848 091) Platz. In der Nachkardierzone befinden sich mindestens ein Zusatzsegment 96 oder Kardierstäbe (nicht gezeigt), die ähnlich der Deckelstäbe 53 gebildet werden können. Es können sowohl in der Vorkardierzone wie auch in der Nachkardierzone jeweils mehrere Zusatzsegmente 96 vorgesehen werden.
    Die Trommel 50 ist sonst durch Segmente 86 verkleidet. Die inneren, der Trommel gegenüberstehenden Flächen dieser Verkleidungssegmente 86 können bearbeitet bzw. behandelt werden, sodass sie eine möglichst kleine Bremswirkung auf die sie berührenden Fasern ausüben. Diese Segmente müssen auch genau gegenüber der Trommel 50 einstellbar sein, um die erwünschte Faserführung bzw. den vorgegebenen Lufthaushalt an der Trommel zu gewährleisten. Eine dazu geeignete Verkleidung ist in EP-B-431 482 bzw. EP-B-687 754 und in unserer EP Patentanmeldung 978 100 74.1 zu finden. Die Verkleidungs- bzw. Zusatzsegmente 86, 96 sind in Fig. 1 nur schematisch angedeutet. Die Segmente bilden vorzugsweise eine kontinuierliche Verkleidung der Trommel.
    Die Erfindung kann zum Herstellen anderer Kardenwalzen angewendet werden. Der Abnehmer 62 der konventionellen Karde weist z.B. einen Durchmesser von ca. 500 mm bis 720 mm aus und läuft mit Geschwindigkeiten von 300m/min oder mehr. Seine Abmessungen beeinflussen ebenfalls die wichtige Übergabestelle, wo das Vlies von der Trommel an den Auslauf abgegeben werden muss. Die Erfindung ist daher zur Herstellung des Abnehmers vorteilhaft.

    Claims (11)

    1. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12) in der Form eines sich mindestens teilweise in der Umfangrichtung erstreckenden Gebildes (12.1, 26) vorhanden sind.
    2. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (12) und das Matrixmaterial (12.2) zusammen ein E-Modul von mindestens 15000 N/mm2 ergeben.
    3. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um eine auf der Walze (50) aufgezogene Garnitur erden zu können.
    4. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass der garnituraufnehmende Teil der Walze (50) als zylindrisches Element (36) (ohne wesentliche Querschnittsänderungen) gebildet ist.
    5. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (50) eine über die Länge gleichmässige Wanddicke von mindestens 10 mm aufweist.
    6. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (50) eine über die Länge gleichmässige Wanddicke von mindestens 15 mm aufweist.
    7. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen , dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (50) aus einem zylindrischen Teil (36) und Endteilen (32, 34) besteht, wobei das Ausdehnungsverhalten der Endteile (32, 34) dem Ausdehnungsverhalten des zylindrischen Teils (36) angepasst ist.
    8. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Schicht des garnituraufnehmenden Teils (36) durch Matrixmaterial (12,2) gebildet wird.
    9. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Walze (50) eine Garnitur (70) derart aufgezogen ist, dass sich bei einer vorgegebenen Betriebsdrehzahl der durch das Aufziehen der Garnitur hervorgerufene Druck und die durch die Fliehkraft erzeugte Zugspannung im Material der Walze (50) weitgehend ausgleichbar sind .
    10. Walze (50) aus faserverstärktem Kunststoff für eine Karde gemäss Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Walze (50) eine derartige Garnitur (70) aufgezogen ist, dass bei einer vorgegebenen Betriebszahl die Garnitur (70) sich von der sie aufnehmenden Oberfläche der Walze (50) nicht lösbar ist .
    11. Verfahren zur Herstellung einer Walze (50) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Garnitur (70) durch einen auf der zylindrischen Walzenfläche (36) aufgezogenen Draht (70) gebildet wird, wobei eine Aufziehkraft nicht grösser als 40N verwendet wird.
    EP19980810678 1997-07-31 1998-07-15 Walze für eine Karde Expired - Lifetime EP0894876B1 (de)

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