EP4127283A1 - Vorrichtung zur faservereinzelung und spinneinrichtung umfassend eine solche vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur faservereinzelung und spinneinrichtung umfassend eine solche vorrichtung

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Publication number
EP4127283A1
EP4127283A1 EP21715794.0A EP21715794A EP4127283A1 EP 4127283 A1 EP4127283 A1 EP 4127283A1 EP 21715794 A EP21715794 A EP 21715794A EP 4127283 A1 EP4127283 A1 EP 4127283A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
spinning
segment
passage width
channel segment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21715794.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Kistner
Simon Küppers
Pia SENDLER
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.)
Saurer Spinning Solutions GmbH and Co KG
Original Assignee
Saurer Spinning Solutions GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saurer Spinning Solutions GmbH and Co KG filed Critical Saurer Spinning Solutions GmbH and Co KG
Publication of EP4127283A1 publication Critical patent/EP4127283A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H4/00—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques
    • D01H4/30—Arrangements for separating slivers into fibres; Orienting or straightening fibres, e.g. using guide-rolls
    • D01H4/34—Arrangements for separating slivers into fibres; Orienting or straightening fibres, e.g. using guide-rolls using air-jet streams
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H1/00—Spinning or twisting machines in which the product is wound-up continuously
    • D01H1/11—Spinning by false-twisting
    • D01H1/115—Spinning by false-twisting using pneumatic means
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H4/00—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques
    • D01H4/02—Open-end spinning machines or arrangements for imparting twist to independently moving fibres separated from slivers; Piecing arrangements therefor; Covering endless core threads with fibres by open-end spinning techniques imparting twist by a fluid, e.g. air vortex

Definitions

  • Apparatus for separating fibers and spinning equipment comprising such a device
  • the present invention relates to a device for separating fibers from a supplied fiber sliver end and a spinning device comprising such a device and a method for spinning a thread by means of the spinning device.
  • the fiber separation is an essential preliminary stage for spinning a thread from separated fibers as in particular with open-end spinning processes.
  • Open-end spinning processes are distinguished from other spinning processes such as ring spinning, for example, in that a sliver consisting of parallelized fibers is broken up into individual fibers and these individual fibers are spun onto an open end of a spun thread.
  • Such an open-end spinning process is represented, for example, by the rotor spinning process.
  • a sliver end consisting of parallelized fibers is fed to a rotating opening roller, which detaches the individual fibers from the sliver end, takes them with it and feeds them to a fiber guide channel leading to a spinning rotor.
  • the individual fibers fed to the spinning rotor via the fiber guide channel slide along a fiber slide wall formed by the rotor cup of the spinning rotor into a rotor groove of the revolving spinning rotor, in which they are collected and doubled back to the desired yarn fineness and via which rotor groove the fiber collection is fed to a thread end for spinning a thread .
  • Such an open-end rotor spinning process is known, for example, from the document DE 10 2008 050 071 A1.
  • the open-end spinning process also includes the air-jet spinning process.
  • the air spinning process is based on an aerodynamic principle.
  • an air spinning nozzle unit is fed with a sliver that has been drawn in a defined manner. The distortion causes a reduction in the amount of fibers per unit length.
  • the air spinning nozzle unit comprises a fiber ribbon inlet with downstream injector nozzles for generating a vortex flow in a vortex chamber, in which a cone of a thread-forming element protrudes, with a thread guide channel passing through the cone through which the spun thread can be discharged from the air nozzle spinning unit.
  • the edge fibers of the supplied fiber ribbon consisting of parallelized fibers wrap around the cone without completely detaching from the fiber composite.
  • the core fibers are guided into the thread guide channel.
  • In the entrance area of the thread guide channel be the transport movement of the core fibers in the thread guide channel dragging the around the Edge fibers lying around a cone in such a way that these edge fibers wind around the parallelized core fibers and form so-called wrapping fibers, with which a thread is spun from the parallelized core fibers and the wrapping fibers.
  • Such an air-jet spinning process is known, for example, from the publication EP 1 584 715 A1. With the air-jet spinning process, however, complete separation of the sliver fed in is not achieved.
  • the process of fiber separation is of great importance with regard to the quality of a spun thread that can be achieved.
  • the fiber separation which can be achieved by means of an opening roller during the rotor spinning process requires an opening roller device that takes up a corresponding installation space and has a large number of complex components. The same applies to the air-jet nozzle unit in the air-jet process.
  • the present invention is intended to propose an alternative, more simplified device for fiber isolation, in particular with less complex components, as well as a spinning device and a method for spinning a thread using the device or the spinning device.
  • the device for separating fibers proposed by the present invention comprises a pressurizable hollow body section with an input channel segment for fluidly accompanying receiving and guiding a fed fiber sliver end in the direction of a downstream opening channel segment and the opening channel segment, which is located downstream of the input channel segment in the guiding direction of the fiber band end and communicates with the input channel segment is arranged and designed to dissolve the fluid-accompanied supplied Fa serbandendes in individual fibers.
  • the opening channel segment forms an annular channel communicating with the input channel segment, which has a channel entrance with a first passage width and a channel exit spaced therefrom in the guide direction of the fiber band with a second passage width, the passage width of the annular channel being in a section from the first passage width up to an average passage width of a channel center arranged between the channel inlet and the channel outlet tapers continuously or in sections in such a way that the average passage width is smaller than the first passage width.
  • the annular channel narrows from the channel entrance, in particular continuously or in steps, in the direction of the channel center.
  • the inventive geometry of the Auflensekanalseg element enables an, in particular increasing, increase in the flow rate of the fluid accompanying the end of the sliver in the direction of the middle of the channel, whereby the fiber sliver supplied in particular consisting of parallelized fibers can be dissolved into individual fibers. Furthermore, a stretching of the detached and dissolved individual fibers can advantageously be achieved if the annular channel between the channel entrance and the center of the channel has such an inner surface which is suitable for generating a laminar fluid flow.
  • the inner surface delimiting this annular channel section is designed without edges.
  • edge-free is to be understood as such a transition between two surface sections that turbulent flows can be avoided as far as possible. For example, this can be achieved with a preferably continuous reduction in the passage width of the annular channel between the channel entrance and the channel center, in particular from the channel entrance to the channel center.
  • the entrance channel segment has a conically tapering receiving section for the fiber sliver.
  • the sliver can be reliably fed and guided in the direction of the annular channel with an increasing flow velocity. This allows a slight pre-stretching of the sliver, sufficient to avoid potential fiber balls when feeding the sliver.
  • a length of the inlet channel segment extending in the guiding direction can be suitably selected depending on the fiber material to be broken up.
  • the inlet channel segment further preferably comprises a cylindrical passage section of the same diameter, which adjoins the conically tapering receiving section, for transferring the fiber sliver end to the channel inlet.
  • the increase in the flow rate can be tailored to the fiber material to be broken up as required.
  • at least the component of the device comprising the cylindrical passage section or, alternatively, the channel segment can form an exchangeable component in order to be able to ensure a variability of the device with regard to different fiber materials to be broken down.
  • An inside diameter of the channel inlet is preferably smaller than a corresponding inside diameter of the channel center.
  • the interior of the annular channel increases a cross-sectional conical shape with the cone tip in the area of the channel entrance and the cone base area in the area of the channel center. Such a conical shape favors the detachment of the individual fibers from the sliver when the end of the sliver enters the channel entrance.
  • a core element is stored in the passage of the opening channel segment to form the annular channel.
  • the core element consequently has an outer shape such that between an inside surface or inner wall of the Auflenseka nalsegments and the outside surface or outer wall of the core element, an annular gap forming the annular channel is formed with a passage width as described above, through which the sliver is formed or the dissolved individual fibers can be passed fluidbe sliding.
  • the core element is preferably mounted via at least one bearing element connecting the dissolving channel segment to the core element.
  • the bearing element consequently extends from the inner wall of the passage of the opening channel segment to the opposite outer wall of the core element.
  • the bearing element can be arranged at a desired location within the annular channel.
  • the bearing element preferably has an aerodynamic shape in order to reduce a disruptive influence on the fluid flow.
  • an aerodynamic shape is understood to mean a shape which is suitable for causing as little or no turbulence as possible in order to avoid a turbulent flow in the fluid flow.
  • the bearing element can be formed by a web that is as aerodynamic as possible.
  • the cross-section of the bearing element can form a teardrop shape running in the guide direction of the sliver or the individual fibers, which is further preferably designed and arranged such that the tip of the drop points against the guide direction of the sliver or the individual fibers and the spherical drop side points in the guide direction.
  • the drop-like configuration of the bearing element can alternatively or additionally run transversely to the guiding direction, that is to say between the core element and the dissolving channel segment. The tip of the drop is connected to the core element and the base of the drop is connected to the inner wall of the passage of the opening channel segment.
  • the drop-like design of the bearing element reduces the risk of the bearing element being wound or wrapped with fibers, which can lead to a clogging of the opening channel segment. More preferably, the extension length of the bearing element running in the guide direction is greater than the greatest fiber length of the individual fibers of the supplied fiber sliver to be loosened. This allows a further reduction in the risk of filament winding.
  • the bearing element can preferably have a front end which is white in the direction of the input channel segment and which is arranged in a passage area of the input channel segment, the bearing element extending along the guide direction into the opening channel segment.
  • the bearing element extends in the radial direction of the device both from the inner wall of the passage of the input channel segment and from the inner wall of the passage of the opening channel segment to the opposite outer wall of the core element.
  • the bearing element can extend with its front end from a plane comprising the channel entrance in the guide direction, the bearing element being arranged exclusively in the passage area of the opening channel segment.
  • the bearing element can preferably be designed as a ramp leading from an inner wall of the passage of the inlet channel segment and / or the opening channel segment to the outer surface of the core element for the sliver to be fed to the core element.
  • the ramp consequently connects the surface side of the inner wall of the inlet channel segment and / or the opening channel segment with the surface side of the outer wall of the core element along the guiding direction, whereby a defined guiding surface section can be provided for the sliver to be opened along the guiding direction. Furthermore, the core element can thereby be reliably stored at the same time.
  • the guide surface section formed by the ramp can preferably have a shape suitable for guiding the sliver.
  • the guide surface section can be designed flat, arched and / or step-like along the guide direction and / or transversely thereto.
  • the guide surface section can furthermore preferably have an angle of inclination along the guide direction which enables a smooth transition of the sliver guide between the ramp and the outer wall of the core element.
  • the pitch angle of the guide surface section is preferably greater, identical or smaller than the pitch angle of the outer wall section of the core element, which is formed starting from the front end of the core element facing the a channel segment in the direction of the central passage width.
  • the guide surface section is designed with different pitch angles, the pitch angle of at least two merging guide surface intermediate sections can be so different that one is larger or smaller than the other.
  • the angle of inclination of the guide surface intermediate sections designed such that their absolute difference from the angle of inclination of the outer wall section decrease in the guide direction, whereby a smooth transition can be made possible.
  • more than one bearing element is provided for more reliable storage of the core element.
  • two or three or more bearing elements can be seen, which can be arranged circumferentially around the core element, in particular in a circular or spiral-shaped arrangement direction, more preferably evenly distributed.
  • the core element can preferably be held in the opening channel segment by means of magnetic bearing forces.
  • This can be implemented, for example, by means of a controllable electromagnet, by means of which the core element reacting to the magnetic forces that can be generated can be defined or stored in a stable manner within the opening channel segment as required.
  • the core element has a material that reacts to magnetic forces, which is arranged in or on the core element and enables stable mounting of the core element within the opening channel segment under the action of magnetic forces.
  • the core element can be formed from such a material or have a corresponding material at suitable locations.
  • the core element is preferably mounted rotatably in its circumferential direction, in particular in the course of its purely magnetic position within the opening channel segment. This can be done, for example, by appropriately designing and regulating the electromagnet.
  • the core element held by means of the at least one bearing element can comprise a sub-element rotatable via mechanical drive means or via magnetically acting rotational forces, which is arranged on a side of the core element facing away from the channel entrance and which is held rotatably by the further sub-element of the core element, which is held by the at least one bearing element.
  • the mechanical drive means can be arranged in the further sub-element.
  • the sub-element is designed accordingly to interact with the acting magnetic rotary forces.
  • the device can be designed in one or more parts, with at least one part of the device being more preferred Way is designed by a machining and / or an additive manufacturing process.
  • the additive manufacturing process is particularly suitable for avoiding separation and connection points.
  • Possible additive manufacturing processes can be, for example, 3D printing, Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM), Binder Jetting (BJ), Fused Deposition Modeling (FDM) or laser sintering, in particular with materials made of metal.
  • SLM Selective Laser Melting
  • EBM Electron Beam Melting
  • BJ Binder Jetting
  • FDM Fused Deposition Modeling
  • laser sintering in particular with materials made of metal.
  • sintering and / or treatment or processing of the surface can also take place in order to achieve a quality that meets requirements.
  • the device or the at least one device part is formed from ceramic and / or by means of stereolithography (SLA).
  • SLA stereolithography
  • the device or the at least one device part is to be formed from metal, production by means of laser sintering, in particular selective laser sintering (SLS), is preferred.
  • the device or the at least one device part can also be formed in another way, in particular from metal, and subsequently sintered.
  • a spinning device which has a device for fiber separation according to one of the preferred embodiments described above, the passage width of the annular channel in a section from the central passage width or from the channel center to the second passage width or up to the channel outlet continuously or in sections in such a way that the mean passage width is smaller than the second passage width.
  • the ring-shaped channel widens again from the middle of the channel, in particular continuously or in steps, in the direction of the channel outlet, in that the mean passage width is made smaller than the second passage width.
  • the inner wall delimiting this annular channel section is designed without edges in a manner as described above. This enables a defined and controlled guidance of the detached individual fibers while avoiding disruptive turbulence in the accompanying fluid flow.
  • the spinning device further comprises a second pressurizable hollow body section having a spinning segment for spinning a thread from the fed individual fibers, the spinning segment facing the opening channel segment in the guiding direction of the sliver end or the individual fibers communicating with this for receiving and reduplicating the detached and in particular stretched individual fibers is arranged downstream, and the spinning segment is assigned a swirling means for generating a swirling flow that swirls the individual fibers with one another to generate a genuinely twisted spinning thread.
  • the spinning device can also be used to produce a genuinely twisted yarn or a genuinely twisted spun thread, the device responsible for producing the yarn or thread being constructed more simply with less complex components.
  • the channel center is arranged closer to the channel inlet than to the channel outlet.
  • the ring-shaped channel is designed in such a way that a distance of the sliver or the individual fibers from the channel entrance to the channel center is shorter than a distance of the fiber band or the individual fibers from the center of the channel to the channel exit.
  • the dissolved individual fibers can thereby be carried away in a more controlled and reliable manner from the ring-shaped channel for subsequent processing and / or treatment processes such as twisting under the action of a turbulence fluid flow to produce a genuinely twisted spun thread.
  • the core element forms a double cone extending between the channel inlet and the channel outlet with congruent base areas near or in the passage plane of the channel center.
  • the kernel element is therefore exact, that is to say with low tolerances, can be designed to be space-saving and inexpensive.
  • the configuration of the annular channel preferably follows the following formula:
  • A cross-sectional area of the annular channel (at each location of the annular channel along the guide direction)
  • Branch eg cross-sectional area of the bearing element (at each location of the bearing element along the
  • the swirling means is preferably formed by the magnetically mounted rotatable core element or by the sub-element.
  • the turbulence required to generate the spun thread from the individual fibers can be generated in the fluid flow in a specific manner.
  • the core element can be mounted within the first hollow body section of the device purely by means of the supplied fluid flow.
  • the core element in the fluidless state of the device, the core element is deposited on a lower inner wall of the dissolving channel segment due to gravity. After a flow of fluid has been supplied, the core element is lifted and held in a stable position almost in the middle or in the middle within the passage of the Auflenseka nalsegments.
  • the core element has a correspondingly suitable shape, such as, for example, the shape preferably described above as a double cone.
  • We essential for the lift-off is a cone tip of the core element formed opposite to the guide direction or fluid flow direction, in order to be able to ensure a fluid flow-side buoyancy of the Kernele element into the middle position when a fluid flow is supplied.
  • the core element mounted on the fluid flow side can be rotatably mounted, whereby the core element can also form the swirling means.
  • the rotation can in particular be generated by means of the action of magnetic force, for example according to one of the preferred embodiments described above.
  • the spinning segment has at least two injector nozzles arranged circumferentially on its inner wall as part of the swirling means or as the swirling means, the injector nozzles for introducing a swirling flow that revolves around a central axis of the spinning segment and runs along this are arranged and designed, whereby a vortex flow can be generated in the spinning segment for producing the genuinely twisted spun thread from the individual fibers fed into the spinning segment.
  • a defined injector nozzle channel section ending in the injector nozzle mouth can be formed both at an angle to the circumferential direction of the inner wall of the spinning segment and at an angle to the guide direction of the individual fibers or the direction of passage of the spinning segment, around one along the inner wall of the second spinning segment directed in the guiding direction or passage direction, in particular controllable, vortex flow to be introduced.
  • the injector nozzles can be provided individually or in a combinatorial manner with the rotatable design of the core element to produce a defined vortex flow within the spinning segment, on the basis of which the genuinely twisted spinning thread can be generated.
  • the spinning device or components of the spinning device can preferably be manufactured in a manner as described above by means of a machining and / or additive manufacturing process.
  • the spinning device or the first hollow body section of the device and the second hollow body section can be designed in one piece or in several pieces as required, or according to a further preferred embodiment.
  • a method for spinning from individual fibers using a spinning device according to one of the preferred embodiments described above is proposed.
  • the method has a step of accompanying fluid, in particular air, feeding a sliver end into the inlet channel segment and a step of operating the swirling means for spinning a thread from the individual fibers fed via the opening channel segment into the spinning segment.
  • the air-accompanying supply can preferably take place with compressed air supply via compressed air nozzles assigned to the inlet channel segment.
  • the compressed air nozzles can be positioned in front of the inlet channel segment along the sliver feed path.
  • the air-accompanying supply can take place by generating a suction air flow in the inlet channel segment via injector nozzles which are arranged downstream in the inlet channel segment or this sem along the sliver supply direction.
  • the injector nozzles can also form the swirling means.
  • the method has a step of regulating the fiber sliver feed, the fluid flow accompanying the fiber sliver and / or operating the swirling means in order to produce a spinning thread that is tailored to requirements.
  • the feed speeds of the sliver and / or the fluid flow accompanying the sliver can be adjusted.
  • the operation of the swirling means can be provided to be adjustable in a defined manner in order to be able to suitably adapt the spinning process.
  • the setting and / or regulation of the respective systems can be carried out in a preferred manner take place based on measured values, which can be transmitted by a sensor system for recording suitable measurement data of the respective systems.
  • the sensor system can be provided at appropriate, suitable locations on the spinning device. On the other hand, this favors an automated, adjustable and / or controllable spinning process.
  • Fig. 1 is a side view in a schematic representation of a spinning device according to an exemplary embodiment
  • Fig. 2 is a perspective longitudinal sectional view along the section plane A-A in a schematic representation of the spinning device shown in Fig. 1,
  • FIG. 3 shows a perspective cross-sectional view along the section plane B-B in a schematic representation of the spinning device shown in FIG. 1,
  • Fig. 4 is a front view in schematic representation of the spinning device shown in Fig. 1,
  • Fig. 5 is a rear view in schematic representation of the spinning device shown in Fig. 1, and
  • FIG. 6 is a perspective longitudinal sectional view along the section plane AA in a schematic representation of the spinning device shown in Fig. 1 according to an alternative Ausrete approximately example.
  • FIG. 1 shows a side view in a schematic representation of a spinning device 2 according to an exemplary embodiment.
  • the spinning device 2 is functionally divided into several sections along its elongated extension direction LE, an end section shown on the left in FIG.
  • a middle section adjoining the input channel segment 3 is designed as a disintegration channel segment 6, the section opposite the input channel segment 3 at the end defining a spinning segment 13 with injector nozzles 14 with the interposition of the disintegration channel segment 6.
  • These three functional sections are essential for the spinning device 2 according to this embodiment.
  • the spinning segment 13 could be provided with a functionally independent output segment for discharging or a withdrawal section for withdrawing the spun thread.
  • the output section is assigned to the spinning segment 13 and a component thereof, as described in more detail below.
  • FIG. 2 shows a perspective longitudinal sectional view along the sectional plane AA in a schematic representation of the spinning device 2 shown in FIG.
  • the input channel segment 3 arranged at the end has a receiving section 4 which tapers conically along the longitudinal extension direction LE in the direction of the opening channel segment 6 and which merges into a cylindrical passage section 5 in order to reliably relieve the sliver or fiber sliver end received via the receiving section 4 in the direction of the opening channel segment 6 to guide fluid-accompanying.
  • a gaseous medium such as, for example, ambient air is preferably used as the fluid.
  • the inlet channel segment 3 can preferably include nozzles in the loading area of the cylindrical passage section 5 in the direction of the downstream Auflenseka nalsegments 6, via which the fluid can be introduced into the cylindrical passage section 5.
  • a suction flow can be generated in the region of the receiving section 4, as a result of which the sliver can be introduced more reliably into the input channel segment 3 or into the spinning device 2.
  • the arrangement of such nozzles can be dispensed with, whereby the ambient air which is already present accompanies the supplied sliver in the spinning device 2 and where defined fluid flows within the spinning device 2 are supported at least via the injector nozzles 14 arranged in the spinning segment 13 a passage that changes along the direction of longitudinal extent LE can be generated.
  • the guiding direction of the sliver is directed essentially along the longitudinal extension direction LE of the spinning device 2.
  • the inlet channel segment 3 is adjoined in the guiding direction of the feedable fiber sliver by the opening channel segment 6 for breaking up the fluid-accompanying fed fiber sliver end into individual fibers.
  • the opening channel segment 6 has a core element 8 in the form of a double cone, the double cone being symmetrical to the longitudinal center axis LM and asymmetrical to a common cross-sectional plane in which the base surfaces of the two cones forming the double cone are arranged , is designed.
  • the end of the core element 8 has rounded first and second cone tips 8a, 8b.
  • the core element 8 is arranged within the passage section of the opening channel segment 6 in the center to form an annular channel 10 that is uniformly configured along the longitudinal direction LE at every location of the core element 8 and is held by three bearing elements 9 evenly distributed around the core element 8 ( Figures 3 and 4).
  • the bearing elements 9 are arranged near the first conical tip 8a facing the inlet channel segment 3 and have an aerodynamic teardrop shape running transversely to the direction of longitudinal extent LE, such that the drop tip is arranged on the core element 8 and the drop base is arranged on the inner wall 7.
  • the drop width running in the circumferential direction of the core element 8 is approximately constant along the longitudinal extension direction LE.
  • the respective bearing element 9 is designed to taper in the direction of the inlet channel segment 3 according to this exemplary embodiment, likewise drop-like, as shown in FIG. In this way, otherwise possible turbulent fluid flows can be avoided.
  • the drop depth which is perpendicular to the drop width along the longitudinal extension direction LE, is runs, selected in such a way that the core element 8 can be held reliably and as far as possible without evasive movements and / or vibrations on the second cone tip 8b facing away from the inlet channel segment 3.
  • the drop depth is selected to be greater than the largest fiber length of the fiber material to be dissolved in order to be able to reduce the risk of fiber laps on the bearing elements 9.
  • the passage section of the dissolving channel segment 6 and the core element 8 are matched to one another in such a way that a uniform annular channel 10 is formed, which has a channel inlet 11 on the first cone tip 8a with a first passage width and a channel outlet 12 spaced therefrom at the second cone tip 8b having a second passage width, the passage width of the annular channel 10 in a section from the first passage width to a mean passage width of a channel center arranged between the channel inlet 11 and the channel outlet 12 tapers continuously or in sections in such a way that the mean passage width is smaller than the first passage width.
  • the tapered configuration causes an increase in the flow rate in the direction of the center of the channel.
  • the passage width increases (in particular continuously or in sections) from the center of the channel to the channel outlet 12. This brings about a defined decrease in the flow velocity.
  • the degree of tapering as well as the degree of expansion of the passage width over the extension length of the annular channel 10 can be selected as needed to match the sliver to be separated.
  • A cross-sectional area of the annular channel (at each location of the annular channel along the guide direction)
  • Branch eg cross-sectional area of the bearing element (at each location of the bearing element along the
  • the outer diameter of the annular channel 10 corresponds in this exemplary embodiment to the inner diameter of the passage of the opening channel segment 6.
  • the inner diameter of the annular channel 10 corresponds to the outer diameter of the core element 8 in this exemplary embodiment.
  • the cross-sectional area of the annular channel 10 is a logical result from the surface section framed by the outer diameter and the inner diameter of the annular channel 10.
  • respective suitable devices 1 adapted to the material can be provided for different fiber band materials for the defined fiber separation of a fed fiber band end.
  • the device 1 can be configured in several parts according to an embodiment not shown, with the input channel segment 3 and the dissolving channel segment 6 each forming an independently formed part, which is correspondingly connected to one another by conventional fastening / Connection measures are connected.
  • the individual parts can furthermore preferably be provided such that they can be replaced without being destroyed, whereby the variability can be increased.
  • the spinning segment 13 follows the opening channel segment 6 along the longitudinal direction on the side opposite the inlet channel segment 3.
  • the spinning segment 13 has a further passage section 15 which communicates with the channel outlet 12 and extends from the end opposite the inlet channel segment 3 the spinning device 2 continues.
  • the spinning segment 13 has three injector nozzles 14, evenly arranged around the wide ren passage section 15, for supplying a vortex flow, in particular a compressed air vortex flow, the injector nozzles 14 pointing in the direction of the end of the spinning device 2 opposite the inlet channel segment 3. This causes a suction flow in the dissolving channel segment 6, which is continues into the input channel segment 3. On the one hand, the suction flow causes the flow velocity to increase, which means that the fibers to be separated can be stretched.
  • the circumferential arrangement and alignment of the injector nozzles 14 enables a vortex flow within the further passage section 15, which continues into the passage section between the center of the duct and the duct outlet 12 of the annular duct 10.
  • the fibers separated in the opening channel segment 6 experience a swirling impulse through which the fibers can wind around the second cone tip 8b and unite at the end of the opening channel segment 6 to form a genuinely twisted spun thread.
  • the supply of a fluid can be regulated and controlled via the injector nozzles 14 in a known manner.
  • the injector nozzles 14 with the supplied fluid can also be used to supply means such as additives for adhering to the thread to be spun in order to influence the thread property as required.
  • Such a means feed can be arranged upstream of the Spinnein direction 2 or the input channel segment 3 in an alternative or additional manner by providing corresponding feeds at another location.
  • the spinning segment 13 comprises an output section 16 downstream of the injector nozzles 14 in the spinning direction, via which the spun thread can be fed out of the spinning device 2 and to a thread treatment element downstream of the spinning device 2 in the thread path.
  • the spinning device 2 can provide a pull-off device for pulling the spun thread from the spinning device 2 or another device such as a sensor device for detecting a thread property such as, for example, hairiness, thick and thin, etc. or a thread store for temporarily storing the spun thread be downstream in cash.
  • the output section 16 has an enlarged passage section compared to the section with the injector nozzles 14, whereby the flow velocity and the eddy currents for suitable discharge of the spun thread can be relaxed.
  • a longitudinal center axis of the core element 8 is congruent with the longitudinal center axis LM of the hollow body surrounding the core element 8 or opening channel segment 6, the bearing elements 9 being arranged near the first conical tip 8a or the channel inlet 11 of the annular channel 10. This can cause the end of the sliver to spread when it enters the annular channel 10 can be achieved, which has an advantageous effect on the dissolution of the fiber ribbon into individual fibers.
  • the individual fibers can be reliably detached from the sliver and stretched at the same time by means of the increase in the flow velocity due to the design of this exemplary embodiment along the longitudinal direction LE of the device 1 to the center of the channel.
  • the injector nozzles 14 cause the vortex flow required in this embodiment so that the detached or detached individual fibers can be guided around the conical section of the core element 8 within the annular channel 10 that follows the channel center so that they are in the area of the second Swirl or spin the conical tip 8b or shortly thereafter to form a genuinely twisted spinning thread, which can ultimately be led out of the spinning device 2 via the output section 16.
  • the swirling means is formed by the core element 8 itself or by the conical section of the core element 8 following the channel center.
  • the former can be done in particular by a contactless mounting of the core element 8 within the passage of the dissolving channel segment 6, which can be implemented, for example, via a magnetic bearing device, which more preferably cooperates with the core element 8 in such a way that it can be set in defined rotational movements.
  • the contactless storage can take place through the supplied fluid flow, by means of which the core element 8 lifts into an operating position after the supply of the fluid flow from a rest position in which the core element 8 is placed due to gravity on a lower inner wall of the passage of the dissolving channel segment 6, in which the core element 8 is held or stored almost centrally or centrally within the passage of the Auflensekanalseg element 6 due to the fluid flow. If eddy currents are also introduced into the supplied fluid flow, the core element 8 can be set in rotation in order to form the turbulence means.
  • the conical section of the core element 8 that follows the channel center forms the swirling means.
  • This conical section is rotatably supported by the preceding conical section of the core element 8.
  • the preceding conical section is, as described above by way of example, held in the passage of the dissolving channel segment 6 via the bearing elements 9.
  • the rotation of the following conical section is controlled and / or regulated as required by means of a magnetically acting rotation device, by means of an introduced rotational flow or a rotary drive comprised by the preceding conical section.
  • FIG. 6 shows a perspective longitudinal sectional view along the sectional plane AA in a schematic representation of the spinning device 2 shown in FIG. 1 according to an alternative exemplary embodiment.
  • This alternative exemplary embodiment differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 2 only by an alternatively designed bearing element 9 'and by an additional bearing element 9 in the area of the second cone tip 8b, the additional bearing element 9 being arranged upstream in the guide direction of the sliver.
  • the rest of the configuration is identical to the configuration of the exemplary embodiment according to FIG. 2, the same reference numerals corresponding to the components of the spinning device 2 described above, to the description of which for the alternative exemplary embodiment reference is hereby made.
  • the alternative designed bearing element 9 ' is arranged in the region of the front end 8a' of the core element 8, which front end 8a 'faces the inlet channel segment 3.
  • the alternative bearing element 9 ' has a front end 9a' pointing in the direction of the input channel segment 3, which is arranged in a passage area of the input channel segment 3, the alternative bearing element 9 'extending along the guiding direction into the dissolving channel segment 6.
  • the alternative bearing element 9 ' extends in ra dialer direction of the device 1 both from the inner wall of the passage of the input channel segment 3 and from the inner wall 7 of the passage of the opening channel segment 6 to the opposite outer wall of the core element 8 and thereby forms a ramp 17 for the sliver to be fed to the core element 8.
  • the ramp 17 consequently connects the surface side of the inner wall of the input channel segment 3 with the surface side of the outer wall of the core element 8 along the guide direction, whereby a defined guide surface section 18 is provided for the sliver to be broken along the guide direction.
  • the guide surface section 18 is designed flat along the guide direction and concave transversely thereto and has a slope angle in the guide direction which is 5 ° greater than the slope angle of the surface section of the outer wall of the core element 8 adjoining the guide surface section 18.
  • the spinning device 2 preferably has a sensor system for monitoring, for example, the sliver feed, the fiber singling process, the spinning process and / or the thread withdrawal from the spinning device 2.
  • the sensor system is arranged at suitable locations on the device 1 and / or the spinning segment 13 in or on the corresponding first or second hollow body section.
  • the section of the spinning device 2, which is to be monitored comprises annular channel portion, be formed transparent.
  • the sensor system can be arranged outside the spinning device 2, as a result of which the sensor system can be provided in a cost-effective and simplified manner.
  • an exemplary embodiment comprises a “and / or” link between a first feature and a second feature, this is to be understood in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes sowie eine Spinneinrichtung (2) umfassend eine solche Vorrichtung (1). Die Vorrichtung (1) umfasst einen ersten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt mit einem Eingangskanalsegment (3) zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes in Richtung eines nachgeschalteten Auflösekanalsegments (6), und den mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden, diesem nachgelagerten Auflösekanalsegment (6) zum Auflösen des fluidbegleiteten zugeführten Faserbandendes in Einzelfasern. Das Auflösekanalsegment (6) bildet einen mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden ringförmigen Kanal (10) aus. Der ringförmige Kanal (10) weist einen Kanaleingang (11) mit einer ersten Durchgangsbreite und einen davon beabstandeten Kanalausgang (12) mit einer zweiten Durchgangsbreite auf, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals (10) in einem Abschnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang (11) und dem Kanalausgang (12) angeordneten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist.

Description

Vorrichtung zur Faservereinzelung und Spinneinrichtung umfassend eine solche Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Faservereinzelung eines zugeführten Fa serbandendes sowie eine Spinneinrichtung umfassend eine solche Vorrichtung und ein Verfahren zum Spinnen eines Fadens mittels der Spinneinrichtung.
Die Faservereinzelung ist eine essentielle Vorstufe zum Spinnen eines Fadens aus vereinzelten Fasern wie im Besonderen bei Offenend-Spinnverfahren. Offenend-Spinnverfahren zeichnen sich gegenüber anderen Spinnverfahren wie beispielsweise dem Ringspinnen dadurch aus, dass ein aus parallelisierten Fasern bestehendes Faserband in Einzelfasern aufgelöst und diese Ein zelfasern an ein offenes Ende eines gesponnenen Fadens angesponnen werden. Ein solches Offenend-Spinnverfahren ist beispielsweise durch das Rotorspinnverfahren abgebildet. Beim Ro torspinnverfahren wird ein aus parallelisierten Fasern bestehendes Faserbandende einer rotie renden Auflösewalze zugeführt, welche die Einzelfasern aus dem Faserbandende herauslöst, mitnimmt und einem zu einem Spinnrotor führenden Faserleitkanal zuführt. Die über den Faser leitkanal dem Spinnrotor zugeführten Einzelfasern rutschen entlang einer von der Rotortasse des Spinnrotors ausgebildeten Faserrutschwand in eine Rotorrille des umlaufenden Spinnrotors, in welcher sie gesammelt und zur gewünschten Garnfeinheit rückdubliert werden sowie über welche Rotorrille die Faseransammlung einem Fadenende zum Spinnen eines Fadens zugeführt werden. Ein solches Offenend-Rotorspinnverfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2008 050 071 A1 bekannt.
Zu den Offenend-Spinnverfahren zählt des Weiteren das Luftspinnverfahren. Im Gegensatz zu dem Rotorspinnverfahren, welches auf einem aeromechanischen Prinzip beruht, basiert das Luft spinnverfahren auf einem aerodynamischen Prinzip. Bei dem Luftspinnverfahren wird einer Luft spinndüseneinheit ein definiert verzogenes Faserband zugeführt. Der Verzug bewirkt eine Ver kleinerung der Fasermenge pro Längeneinheit. Die Luftspinndüseneinheit umfasst einen Faser bandeingang mit nachgeschalteten Injektordüsen zum Erzeugen einer Wirbelströmung in einer Wirbelkammer, in welcher ein Konus eines Fadenbildungselements hineinragt, wobei durch den Konus ein Fadenleitkanal hindurchgeht, durch welchen der gesponnene Faden aus der Luftdü senspinneinheit abgeführt werden kann. Mittels der in der Wirbelkammer erzeugten Wirbelströ mung legen sich Randfasern des aus parallelisierten Fasern bestehenden zugeführten Faser bandes um den Konus herum, ohne sich aus dem Faserverbund vollständig herauszulösen. Die Kernfasern werden in den Fadenleitkanal geführt. Im Eingangsbereich des Fadenleitkanals be wirkt die Transportbewegung der Kernfasern in den Fadenleitkanal ein Mitschleppen der um den Konus herumliegenden Randfasern derart, dass sich diese Randfasern um die parallelisierten Kernfasern herumwinden und sogenannte Umwindefasern ausformen, womit ein Faden aus den parallelisierten Kernfasern und den Umwindefasern gesponnen ist. Ein solches Luftspinnverfah- ren ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 584 715 A1 bekannt. Beim Luftspinnverfahren wird allerdings keine vollständige Vereinzelung des zugeführten Faserbandes erreicht.
Der Vorgang der Faservereinzelung, ob vollständig wie bei Rotorspinnverfahren oder teilweise wie beim Luftspinnverfahren, ist hinsichtlich der erreichbaren Qualität eines Spinnfadens von gro ßer Bedeutung. Die mittels einer Auflösewalze erreichbare Faservereinzelung beim Rotorspinn verfahren bedingt einen entsprechenden Bauraum einnehmende Auflösewalzeneinrichtung auf weisend eine Vielzahl an komplex ausgestalteten Komponenten. Selbiges gilt für die Luftspinn düseneinheit beim Luftspinnverfahren.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine alternative, vereinfachtere Vorrichtung zur Faserverein zelung insbesondere mit weniger komplexeren Komponenten sowie eine Spinneinrichtung und ein Verfahren zum Spinnen eines Fadens unter Verwendung der Vorrichtung bzw. der Spinnein richtung vorgeschlagen werden.
Die mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung zur Faservereinzelung umfasst einen druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt mit einem Eingangskanalsegment zum fluid begleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes in Richtung eines nach geschalteten Auflösekanalsegments und das Auflösekanalsegment, welcher dem Eingangska nalsegment in Führungsrichtung des Faserbandendes nachgelagert und mit dem Eingangska nalsegment kommunizierend angeordnet und zum Auflösen des fluidbegleiteten zugeführten Fa serbandendes in Einzelfasern ausgebildet ist. Erfindungsgemäß bildet das Auflösekanalsegment einen mit dem Eingangskanalsegment kommunizierenden ringförmigen Kanal aus, weichereinen Kanaleingang mit einer ersten Durchgangsbreite und einen in Führungsrichtung des Faserban des davon beabstandeten Kanalausgang mit einer zweiten Durchgangsbreite aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals in einem Abschnitt von der ersten Durch gangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang angeordneten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist. Mit anderen Worten verengt sich der ringförmige Kanal vom Kanaleingang, insbesondere kontinuierlich oder stufenweise, in Richtung der Kanalmitte. Die erfindungsgemäße Geometriegestaltung des Auflösekanalseg ments ermöglicht eine, insbesondere zunehmende, Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des das Faserbandende begleitenden Fluids in Richtung der Kanalmitte, wodurch das insbeson dere aus parallelisierten Fasern bestehende zugeführte Faserband in Einzelfasern aufgelöst wer den kann. Ferner kann in vorteilhafter weise eine Streckung der sich herauslösenden und aufge lösten Einzelfasern erreicht werden, wenn der ringförmige Kanal zwischen Kanaleingang und Ka nalmitte eine solche Innenoberfläche aufweist, welche zur Erzeugung einer laminaren Fluidströ mung geeignet ist. In besonders bevorzugter Weise ist die diesen ringförmigen Kanalabschnitt begrenzende Innenoberfläche kantenfrei ausgestaltet. Unter kantenfrei ist im Sinne der vorlie genden Erfindung ein solcher Übergang zwischen zwei Oberflächenabschnitten zu verstehen, dass turbulente Strömungen weitestgehend vermieden werden können. Beispielsweise kann dies mit einer möglichst kontinuierlich verlaufenden Verringerung der Durchgangsbreite des ringförmi gen Kanals zwischen dem Kanaleingang und der Kanalmitte, insbesondere von dem Kanalein gang bis zu der Kanalmitte, erzielt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Eingangska nalsegment einen konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt für das Faserband auf. Dadurch kann das Faserband zuverlässig zugeführt und bereits mit einer sich erhöhenden Strömungsgeschwin digkeit in Richtung des ringförmigen Kanals beaufschlagt geführt werden. Dies erlaubt eine ge ringfügige Vorstreckung des Faserbandes, ausreichend um potentielle Faserknäuel bei der Zu führung des Faserbandes zu vermeiden. Eine sich in Führungsrichtung erstreckende Länge des Eingangskanalsegments kann dabei in Abhängigkeit des aufzulösenden Fasermaterials geeignet ausgewählt sein.
Weiter bevorzugt umfasst das Eingangskanalsegment einen sich an den konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt anschließenden durchmessergleichen, zylindrischen Durchgangsabschnitt zur Übergabe des Faserbandendes an den Kanaleingang. Abhängig von der sich in Führungs richtung erstreckenden Länge des durchmessergleichen, zylindrischen Durchgangsabschnitts kann die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit bedarfsgerecht auf das aufzulösende Faser material abgestimmt werden. In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann wenigstens das den zy lindrischen Durchgangsabschnitt umfassende Bauteil der Vorrichtung oder alternativ das Ein gangskanalsegment ein auswechselbares Bauteil ausbilden, um eine Variabilität der Vorrichtung hinsichtlich verschiedener aufzulösender Fasermaterialien gewährleisten zu können.
Vorzugsweise ist ein Innendurchmesser des Kanaleingangs kleiner als ein dazu korrespondie render Innendurchmesser der Kanalmitte. Der Innenbereich des ringförmigen Kanals nimmt dabei eine querschnittliche Kegelform mit der Konusspitze im Bereich des Kanaleingangs und der Ke gelgrundfläche im Bereich der Kanalmitte ein. Eine solche Kegelform begünstigt das Herauslösen der Einzelfasern aus dem Faserband mit Eintritt des Faserbandendes in den Kanaleingang.
In bevorzugter Weise ist ein Kernelement in dem Durchgang des Auflösekanalsegments zur Aus bildung des ringförmigen Kanals gelagert. Das Kernelement weist folglich eine solche äußere Gestalt auf, dass zwischen einer innenseitigen Oberfläche bzw. Innenwandung des Auflöseka nalsegments und der außenseitigen Oberfläche bzw. Außenwandung des Kernelements ein den ringförmigen Kanal ausbildender Ringspalt mit einer wie vorstehend beschriebenen Durchgangs breite ausgebildet ist, durch welchen das Faserband bzw. die aufgelösten Einzelfasern fluidbe gleitend durchgeleitet werden können.
Weiter bevorzugt wird das Kernelement über wenigstens ein das Auflösekanalsegment mit dem Kernelement verbindende Lagerelement gelagert. Das Lagerelement erstreckt sich folglich von der Innenwandung des Durchgangs des Auflösekanalsegments bis zu der gegenüberliegenden Außenwandung des Kernelements. Das Lagerelement kann innerhalb des ringförmigen Kanals an gewünschter Stelle angeordnet sein. Das Lagerelement weist zur Verringerung eines stören den Einflusses auf die Fluidströmung vorzugsweise eine aerodynamische Form auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer aerodynamischen Form eine solche Form verstanden, welche geeignet ist, möglichst geringe bis keine Verwirbelungen zur Vermeidung einer turbulen ten Strömung in der Fluidströmung zu verursachen. Beispielsweise kann das Lagerelement durch einen möglichst aerodynamischen Steg ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Lagerelement querschnittlich eine in Führungsrichtung des Faserbandes bzw. der Einzelfasern verlaufende Tropfenform ausmachen, welche weiter bevorzugt derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Tropfenspitze entgegen der Führungsrichtung des Faserbandes bzw. der Einzelfasern und die kugelförmige Tropfenseite in Führungsrichtung weist. In bevorzugter weise kann die tropfen artige Ausgestaltung des Lagerelements alternativ oder zusätzlich quer zu der Führungsrichtung, also zwischen Kernelement und dem Auflösekanalsegment verlaufen. Dabei ist die T ropfenspitze mit dem Kernelement und der Tropfengrund mit der Innenwandung des Durchgangs des Auflö sekanalsegments verbunden. Die tropfenartige Ausgestaltung des Lagerelements verringert die Gefahr des Umwindens bzw. Umwickeln des Lagerelements mit Fasern, welches zu einem Ver stopfen des Auflösekanalsegments führen kann. Weiter bevorzugt ist die in Führungsrichtung verlaufende Erstreckungslänge des Lagerelements größer als die größte Faserlänge der aufzu lösenden Einzelfasern des zugeführten Faserbandes. Dies erlaubt eine weitere Reduzierung des Faserwickelrisikos. Das Lagerelement kann in bevorzugter Weise ein in Richtung des Eingangskanalsegments wei sendes stirnseitiges Ende aufweisen, welches in einem Durchgangsbereich des Eingangska nalsegments angeordnet ist, wobei sich das Lagerelement entlang der Führungsrichtung bis in das Auflösekanalsegment erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich das Lagerelement in radi aler Richtung der Vorrichtung sowohl von der Innenwandung des Durchgangs des Eingangska nalsegments als auch von der Innenwandung des Durchgangs des Auflösekanalsegments bis zu der gegenüberliegenden Außenwandung des Kernelements. Alternativ dazu kann sich das La gerelement mit seinem stirnseitigen Ende von einer den Kanaleingang umfassenden Ebene in Führungsrichtung erstrecken, wobei das Lagerelement ausschließlich in dem Durchgangsbereich des Auflösekanalsegments angeordnet ist. Weiterhin bevorzugt kann das Lagerelement als eine von einer Innenwandung des Durchgangs des Eingangskanalsegments und/oder des Auflöseka nalsegments zu der Außenoberfläche des Kernelements führende Rampe für das dem Kernele ment zuzuführende Faserband ausgebildet sein. Die Rampe verbindet folglich entlang der Füh rungsrichtung die Oberflächenseite der Innenwandung des Eingangskanalsegments und/oder des Auflösekanalsegments mit der Oberflächenseite der Außenwandung des Kernelements, wodurch ein definierter Führungsflächenabschnitt für das aufzulösende Faserband entlang der Führungsrichtung bereitgestellt werden kann. Ferner kann dadurch gleichzeitig das Kernelement zuverlässig gelagert werden.
Im Falle der bevorzugten Ausführungsform einer von der Innenwandung des Eingangskanalseg ments zu der Außenwandung des Kernelements ausgebildeten Rampe kann der von der Rampe ausgebildete Führungsflächenabschnitt dabei vorzugsweise eine die Führung des Faserbandes geeignete Gestalt aufweisen. So kann der Führungsflächenabschnitt beispielsweise entlang der Führungsrichtung und/oder quer dazu eben, gewölbt und/oder stufenartig ausgestaltet sein. Der Führungsflächenabschnitt kann ferner in bevorzugter weise entlang der Führungsrichtung einen solchen Steigungswinkel aufweisen, weichereinen sanften Übergang der Faserbandführung zwi schen der Rampe und der Außenwandung des Kernelements ermöglicht. Vorzugsweise ist der Steigungswinkel des Führungsflächenabschnitts größer, identisch oder kleiner als der Steigungs winkel des Außenwandungsabschnitts des Kernelements, welcher ausgehend von dem dem Ein gangskanalsegment zugewandten vorderen Ende des Kernelements in Richtung der mittleren Durchgangsbreite ausgebildet ist. Je kleiner die Differenz zwischen den beiden Steigungswinkeln ist, um so sanfter kann der Übergang der Faserbandführung von der Rampe auf die Außenwan dung des Kernelements erfolgen. Natürlich ist es auch denkbar, dass der Führungsflächenab schnitt mit unterschiedlichen Steigungswinkeln ausgebildet ist, wobei die Steigungswinkel we nigstens zweier ineinander übergehender Führungsflächenzwischenabschnitte derart unter schiedlich sein können, dass der eine größer oder kleiner als der andere ist. Vorzugsweise sind die Steigungswinkel der Führungsflächenzwischenabschnitte derart ausgebildet, dass deren be tragsmäßiger Unterschied zu dem Steigungswinkel des Außenwandungsabschnitts in Führungs richtung abnehmen, wodurch ein sanfter Übergang ermöglicht werden kann.
In besonders bevorzugter Weise ist mehr als ein Lagerelement zur zuverlässigeren Lagerung des Kernelements vorgesehen. Beispielsweise können zwei oder drei oder mehr Lagerelemente vor gesehen sein, welche umfänglich um das Kernelement, insbesondere in einer kreis- oder spiral förmigen Anordnungsrichtung, weiter bevorzugt gleichverteilt, angeordnet sein können.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Lagerelement kann das Kernelement vorzugsweise über mag netische Lagerkräfte in dem Auflösekanalsegment gehalten werden. Dies kann beispielsweise mittels eines regelbaren Elektromagneten realisiert sein, über welchen das auf die erzeugbaren magnetischen Kräfte reagierende Kernelement innerhalb des Auflösekanalsegments definiert bzw. bedarfsgerecht und insbesondere stabil gelagert werden kann. Das Kernelement weist dazu ein auf magnetische Kräfte reagierendes Material auf, welches in oder an dem Kernelement an geordnet ist und eine stabile Lagerung des Kernelements innerhalb des Auflösekanalsegments unter Einwirkung magnetischer Kräfte ermöglicht. Beispielsweise kann das Kernelement aus ei nem solchen Material ausgebildet sein oder ein entsprechendes Material an geeigneten Orten aufweisen.
Weiterhin bevorzugt ist das Kernelement insbesondere im Zuge seiner rein magnetischen Lage rung innerhalb des Auflösekanalsegments in seiner Umfangsrichtung rotierbar gelagert. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung und Regelung des Elektromagneten erfolgen.
In alternativ bevorzugter weise kann das mittels dem wenigstens einem Lagerelement gehaltene Kernelement ein über mechanische Antriebsmittel oder über magnetisch einwirkende Rotations kräfte rotierbares Teilelement umfassen, welches auf einer dem Kanaleingang abgewandten Seite des Kernelementes angeordnet und vom dem weiteren Teilelement des Kernelements ro tierbar gehalten ist, welches von dem wenigstens einen Lagerelement gehalten ist. Die mechani schen Antriebsmittel können in dem weiteren Teilelement angeordnet sein. Im Falle des magne tischen Rotationsantriebs ist das Teilelement zum Zusammenwirken mit den einwirkenden mag netischen Rotationskräften entsprechend ausgestaltet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung ein- oder mehrteilig ausgebildet sein, wobei wenigstens ein Teil der Vorrichtung in weiter bevorzugter Weise durch ein Zerspanungs- und/oder ein additives Fertigungsverfahren ausgestaltet ist. Im Besonderen eignet sich das additive Fertigungsverfahren zur Vermeidung von Trenn- und An schlussstellen. Mögliche additive Fertigungsverfahren können dabei beispielsweise 3D-Druck, Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM), Binder Jetting (BJ), Fused Depo sition Modeling (FDM) oder Lasersintern, insbesondere jeweils mit Werkstoffen aus Metall, sein. Zusätzlich, nachfolgend oder alternativ kann auch ein Sintern und/oder eine Behandlung oder Bearbeitung der Oberfläche zur Erzielung einer bedarfsgerechten Güte erfolgen.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Vorrichtung oder das wenigstens eine Vor richtungsteil aus Keramik und/oder mittels Stereolithographie (SLA) gebildet wird. Wenn die Vor richtung oder das wenigstens eine Vorrichtungsteil dagegen aus Metall gebildet werden soll, ist eine Fertigung mittels Lasersintern, insbesondere selektives Lasersintern (SLS) bevorzugt. Alter nativ kann die Vorrichtung oder das wenigstens eine Vorrichtungsteil aber auch auf andere Weise, insbesondere aus Metall, gebildet und nachfolgend gesintert werden. Zudem ist es mög lich, eine aus mehreren Vorrichtungsteilen bestehende Vorrichtung dadurch zu bilden, dass we nigstens zwei Vorrichtungsteile, insbesondere das Eingangskanalsegment und das Auflöseka- nalsegment, durch Sintern oder in andere Weise trennstellenlos und/oder stoffschlüssig mitei nander verbunden werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spinneinrichtung vorgeschla gen, welche eine Vorrichtung zur Faservereinzelung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmige Ka nals in einem Abschnitt von der mittleren Durchgangsbreite bzw. von der Kanalmitte bis zu der zweiten Durchgangsbreite bzw. bis zu dem Kanalausgang stetig oder abschnittsweise derart er weitert, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die zweite Durchgangsbreite ist. Mit ande ren Worten weitet sich der ringförmige Kanal ab der Kanalmitte, insbesondere kontinuierlich oder stufenweise, in Richtung des Kanalausgangs wieder auf, indem die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die zweite Durchgangsbreite ausgebildet ist. Weiter bevorzugt ist die diesen ringförmi gen Kanalabschnitt begrenzende Innenwandung in einer wie vorstehend bevorzugt beschriebe nen Weise kantenfrei ausgestaltet. Dies ermöglicht eine definierte und kontrollierte Führung der herausgelösten Einzelfasern unter Vermeidung störender Verwirbelungen in der begleitenden Fluidströmung.
In vorteilhafter Weise umfasst die Spinneinrichtung ferner einen zweiten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt aufweisend ein Spinnsegment zum Spinnen eines Fadens aus den zuge führten Einzelfasern, wobei das Spinnsegment dem Auflösekanalsegment in Führungsrichtung des Faserbandendes bzw. der Einzelfasern mit diesem kommunizierend zum Empfangen und rückdublieren der herausgelösten und insbesondere gestreckten Einzelfasern nachgelagert an geordnet ist, und wobei dem Spinnsegment ein Verwirbelungsmittel zum Erzeugen einer die Ein zelfasern miteinander verwirbelnden Wirbelströmung zum Erzeugen eines echtgedrehten Spinn fadens zugeordnet ist. Alternativ zu den bereits allseits bekannten Spinnverfahren wie das Ring spinnen und Rotorspinnen lässt sich mittels der Spinneinrichtung gleichfalls ein echtgedrehtes Garn bzw. ein echtgedrehter Spinnfaden erzeugen, wobei die für die Garn- zw. Fadenerzeugung verantwortliche Einrichtung einfacher mit weniger komplexen Bauteilen aufgebaut ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kanalmitte näher zu dem Kanaleingang als zu dem Kanalausgang angeordnet. Mit anderen Worten ist der ringför mige Kanal derart ausgestaltet, dass eine Wegstrecke des Faserbandes bzw. der Einzelfasern von dem Kanaleingang zu der Kanalmitte kürzer als eine Wegstrecke des Faserbandes bzw. der Einzelfasern von der Kanalmitte zu dem Kanalausgang ist. Die aufgelösten Einzelfasern lassen sich dadurch kontrollierter und zuverlässiger aus dem ringförmigen Kanal für nachfolgende Ver- arbeitungs- und/oder Behandlungsprozesse wie dem Verdrehen unter Einwirkung einer Verwir belungsfluidströmung zum Erzeugen eines echtgedrehten Spinnfadens abführen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet das Kernelement einen sich zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang erstreckenden Doppelkonus mit kongruenten Grundflächen nahe oder in der Durchgangsebene der Kanalmitte aus. Das Kernele ment ist somit exakt, also mit geringen Toleranzen, bauraumreduzierbar sowie kostengünstig ausbildbar.
Vorzugsweise folgt die Ausgestaltung des ringförmigen Kanals der nachfolgenden Formel: mit
Daussen: Aussendurchmesser des ringförmigen Kanals
A: Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals (an jedem Ort des ringförmigen Kanals ent lang der Führungsrichtung)
Dinnen: Innendurchmesser des ringförmigen Kanals
Asteg: Querschnittsfläche des Lagerelementes (an jedem Ort des Lagerelementes entlang der
Führungsrichtung) mit der Bedingung Asteg = 0 an den Stellen, an dem kein Lagerelement vorhanden ist. Die Berücksichtigung dieser Formel ermöglicht einen aerodynamisch möglichst optimiert ausge stalteten ringförmigen Kanal.
In bevorzugter Weise ist das Verwirbelungsmittel durch das magnetisch gelagerte rotierbare Kernelement oder durch das Teilelement ausgebildet. Mittels definierter Rotation des Kernele ments bzw. des Teilelements können in der Fluidströmung erforderliche Verwirbelungen zum Er zeugen des Spinnfadens aus den Einzelfasern in spezifischer weise erzeugt werden.
Alternativ dazu kann das Kernelement rein mittels der zugeführten Fluidströmung innerhalb des ersten Hohlkörperabschnitts der Vorrichtung gelagert sein. Mit anderen Worten legt sich das Kernelement im fluidlosen Zustand der Vorrichtung schwerkraftbedingt auf einer unteren Innen wandung des Auflösekanalsegments ab. Nach Zuführen eines Fluidstromes wird das Kernele ment in eine stabile Lage nahezu mittig oder mittig innerhalb des Durchgangs des Auflöseka nalsegments gehoben und gehalten. Dazu weist das Kernelement eine entsprechend geeignete Form wie beispielsweise die vorstehend bevorzugt beschriebene Form als Doppelkonus auf. We sentlich für die Abhebung ist eine entgegen der Führungsrichtung bzw. Fluidströmungsrichtung ausgebildete Konusspitze des Kernelements, um einen fluidstromseitigen Auftrieb des Kernele ments in die mittlere Lage bei Zufuhr eines Fluidstromes gewährleisten zu können.
In weiter bevorzugter Weise kann das fluidstromseitig gelagerte Kernelement rotierbar gelagert sein, wodurch das Kernelement ebenfalls das Verwirbelungsmittel ausbilden kann. Die Rotation kann insbesondere mittels magnetischer Krafteinwirkung wie beispielhaft nach einer der vorste hend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform erzeugt werden.
Nach einer, insbesondere alternativ, bevorzugten Ausführungsform weist das Spinnsegment we nigstens zwei, an seiner Innenwandung umläufig angeordnete Injektordüsen als Bestandteil des Verwirbelungsmittels oder als das Verwirbelungsmittel auf, wobei die Injektordüsen zum Einbrin gen einer um eine Mittenachse des Spinnsegments umlaufenden und entlang dieser verlaufen den Wirbelströmung angeordnet und ausgebildet sind, wodurch eine Wirbelströmung in dem Spinnsegment zum Herstellen des echtgedrehten Spinnfadens aus den in das Spinnsegment zugeführten Einzelfasern erzeugbar ist. Beispielsweise kann ein in die Injektordüsenmündung endender definierter Injektordüsenkanalabschnitt sowohl winklig zur Umfangsrichtung der Innen wandung des Spinnsegments als auch winklig zur Führungsrichtung der Einzelfasern bzw. der Durchgangsrichtung des Spinnsegments ausgebildet sein, um eine entlang der Innenwandung des zweiten Spinnsegments in Führungsrichtung bzw. Durchgangsrichtung gerichtete, insbeson dere regelbare, Wirbelströmung einzubringen.
Die Injektordüsen können nach einer bevorzugten Ausführungsform einzeln oder in kombinatori scher Weise mit der rotierbaren Auslegung des Kernelements zum Bewirken einer definierten Wirbelströmung innerhalb des Spinnsegments vorgesehen sein, basierend auf welcher der echt gedrehte Spinnfaden erzeugbar ist.
Vorzugsweise kann die Spinneinrichtung oder können Bestandteile der Spinneinrichtung in einer wie vorbeschriebenen Weise mittels eines Zerspanungs- und/oder additiven Fertigungsverfah rens hergestellt sein. Die Spinneinrichtung bzw. der erste Hohlkörperabschnitt der Vorrichtung und der zweite Hohlkörperabschnitt können dabei oder nach einerweiteren bevorzugten Ausfüh rungsform bedarfsgerecht einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Spinnen aus vereinzelten Fasern unter Verwendung einer Spinneinrichtung nach einem der vorstehend be schriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorgeschlagen. Das Verfahren weist dabei einen Schritt des mit Fluid, insbesondere mit Luft, begleitenden Zuführens eines Faserbandendes in das Eingangskanalsegment sowie einen Schritt des Betreibens des Verwirbelungsmittels zum Spinnen eines Fadens aus den über das Auflösekanalsegment zugeführten Einzelfasern in das Spinnsegment auf. Die luftbegleitende Zuführung kann vorzugsweise mit Druckluftzuführung über dem Eingangskanalsegment zugeordnete Druckluftdüsen erfolgen. Die Druckluftdüsen können entlang des Faserbandzuführweges dem Eingangskanalsegment vorgelagert sein. Alternativ o- der zusätzlich kann die luftbegleitende Zuführung mittels Erzeugung eines Saugluftstromes im Eingangskanalsegment über Injektordüsen erfolgen, welche im Eingangskanalsegment oder die sem entlang der Faserbandzuführrichtung nachgelagert angeordnet sind. Beispielsweise können die Injektordüsen zugleich das Verwirbelungsmittel ausbilden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren einen Schritt des Regeins der Fa serbandzuführung, der das Faserband begleitenden Fluidströmung und/oder des Betreibens des Verwirbelungsmittels auf, um einen bedarfsgerechten Spinnfaden zu erzeugen. So können bei spielsweise die Zuführgeschwindigkeiten des Faserbandes und/oder der das Faserband beglei tenden Fluidströmung eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Betrieb des Verwir belungsmittels definiert einstellbar vorgesehen sein, um den Spinnprozess geeignet anpassen zu können. Die Einstellung und/oder Regelung der jeweiligen Systeme kann in bevorzugter weise basierend auf Messwerten erfolgen, welche von einer Sensorik zur Erfassung geeigneter Mess daten der jeweiligen Systeme übermittelt werden können. Die Sensorik kann an entsprechenden geeigneten Orten der Spinneinrichtung vorgesehen sein. Dies begünstigt zum anderen einen au tomatisierten, regelbaren und/oder steuerbaren Spinnprozess.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren und Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Patentansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer bevor zugten Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung einer Spinneinrichtung nach einem Aus führungsbeispiel,
Fig. 2 eine perspektivische Längsschnittsansicht entlang der Schnittebene A-A in schematischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung,
Fig. 3 eine perspektivische Querschnittsansicht entlang der Schnittebene B-B in schematischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung,
Fig. 4 eine Frontansicht in schematischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung,
Fig. 5 eine Rückansicht in schematischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung, und
Fig. 6 eine perspektivische Längsschnittsansicht entlang der Schnittebene A-A in schematischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung nach einem alternativen Ausfüh rungsbeispiel. Mit Figur 1 wird eine Seitenansicht in schematischer Darstellung einer Spinneinrichtung 2 nach einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Spinneinrichtung 2 ist entlang ihrer länglichen Erstre ckungsrichtung LE funktional in mehrere Abschnitte gegliedert, wobei ein in der Figur 1 auf der linken Seite dargestellter endseitiger Abschnitt ein Eingangskanalsegment 3 zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zugeführten Faserbandendes definiert. Ein an dem Eingangska nalsegment 3 angrenzender mittlerer Abschnitt ist als Auflösekanalsegment 6 ausgestaltet, wobei der dem Eingangskanalsegment 3 endseitig gegenüberliegende Abschnitt unter Zwischenlage des Auflösekanalsegments 6 ein Spinnsegment 13 mit Injektordüsen 14 definiert. Diese drei funk tionalen Abschnitte sind für die Spinneinrichtung 2 nach diesem Ausführungsbeispiel wesentlich. Nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können funktional bedarfsgerecht ausgestaltete weitere Abschnitte vorgesehen sein. So könnte beispielsweise dem Spinnsegment 13 ein funktional eigenständiges Ausgangssegment zum Ausleiten oder Abzugsabschnitt zum Abziehen des gesponnenen Fadens vorgesehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest der Ausgangsabschnitt dem Spinnsegment 13 zugeordnet und ein Bestandteil davon, wie im Nachfolgenden detaillierter beschrieben.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Längsschnittsansicht entlang der Schnittebene A-A in schema tischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung 2. Die Spinneinrichtung 2 ist einstü ckig aus einem druckbeaufschlagbaren Hohlkörper symmetrisch zu seiner Längsmittenachse LM ausgestaltet, die sich entlang der Längserstreckungsrichtung LE erstreckt. Das endseitig ange ordnete Eingangskanalsegment 3 weist einen sich entlang der Längserstreckungsrichtung LE in Richtung des Auflösekanalsegments 6 konisch verjüngenden Aufnahmeabschnitt 4 auf, welcher in einen zylindrischen Durchgangsabschnitt 5 übergeht, um das über den Aufnahmeabschnitt 4 aufgenommene Faserband bzw. Faserbandende in Richtung des Auflösekanalsegments 6 zu verlässig fluidbegleitend zu führen. Als Fluid wird in bevorzugter weise ein gasförmiges Medium wie beispielsweise Umgebungsluft verwendet. Dadurch kann auf eine Einkapselung der Spin neinrichtung 2 gegenüber der Umgebungsluft verzichtet werden. Zur Unterstützung des fluidbe gleitenden Führens des Faserbandes kann das Eingangskanalsegment 3 vorzugsweise im Be reich des zylindrischen Durchgangsabschnitts 5 in Richtung des nachgelagerten Auflöseka nalsegments 6 weisende Düsen umfassen, über welche das Fluid in den zylindrischen Durch gangsabschnitt 5 einbringbar ist. Dadurch kann eine Saugströmung im Bereich des Aufnahme abschnitts 4 erzeugt werden, wodurch das Faserband zuverlässiger in das Eingangskanalseg ment 3 bzw. in die Spinneinrichtung 2 einführbar ist. Alternativ dazu wäre es nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, die Düsen außerhalb der Spinneinrichtung 2 dem Aufnahmeabschnitt 4 vorgelagert derart anzuordnen, dass die Düsen in Richtung des Aufnahmeabschnitts 4 weisen.
Weiterhin alternativ kann wie im gezeigten Ausführungsbeispiel auf die Anordnung solcher Düsen verzichtet werden, wobei die sowieso vorhandene Umgebungsluft das zugeführte Faserband in der Spinneinrichtung 2 begleitet und wobei definierte Fluidströmungen innerhalb der Spinnein richtung 2 wenigstens über die in dem Spinnsegment 13 angeordneten Injektordüsen 14 unter stützt durch einen sich entlang der Längserstreckungsrichtung LE verändernden Durchgangs querschnitt erzeugbar sind. Die Führungsrichtung des Faserbandes ist bei diesem Ausführungs beispiel im Wesentlichen entlang der Längserstreckungsrichtung LE der Spinneinrichtung 2 aus gerichtet.
Dem Eingangskanalsegment 3 schließt sich in Führungsrichtung des zuführbaren Faserbandes das Auflösekanalsegment 6 zum Auflösen des fluidbegleitenden zugeführten Faserbandendes in vereinzelte Fasern an. Dazu weist das Auflösekanalsegment 6 nach diesem bevorzugten Aus führungsbeispiel ein Kernelement 8 in Form eines Doppelkonusses auf, wobei der Doppelkonus symmetrisch zu der Längsmittenachse LM und asymmetrisch zu einer senkrecht dazu verlaufen den gemeinsamen Querschnittsebene, in welcher die Grundflächen der beiden den Doppelkonus ausbildenden Konusse angeordnet sind, ausgestaltet ist. Das Kernelement 8 weist endseitig je weils abgerundete erste und zweite Konusspitzen 8a, 8b auf. Das Kernelement 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel innerhalb des Durchgangsabschnitts des Auflösekanalsegments 6 mittig zur Ausbildung eines entlang der Längserstreckungsrichtung LE an jedem Ort des Kernelements 8 gleichförmig ausgestalteten ringförmigen Kanals 10 angeordnet und über drei, umläufig um das Kernelement 8 gleichmäßig verteilt angeordnete, Lagerelemente 9 gehalten (Figuren 3 und 4). Die Lagerelemente 9 sind nahe der zu dem Eingangskanalsegment 3 weisenden ersten Ko nusspitze 8a angeordnet und weisen eine quer zu der Längserstreckungsrichtung LE verlaufende aerodynamische Tropfenform der Gestalt auf, dass die Tropfenspitze an dem Kernelement 8 und der Tropfengrund an der Innenwandung 7 angeordnet ist. Die in umläufiger Richtung des Kern elements 8 verlaufende Tropfenbreite ist dabei entlang der Längserstreckungsrichtung LE annä hernd gleichbleibend. Aerodynamische Aspekte berücksichtigend ist das jeweilige Lagerelement 9 in Richtung des Eingangskanalsegments 3 nach diesem Ausführungsbeispiel verjüngend zu laufend, ebenfalls tropfenartig, ausgebildet, wie in Figur 3 dargestellt. Dadurch können ansonsten mögliche turbulente Fluidströmungen vermieden werden. Wie in Figur 3 ferner angedeutet, ist die Tropfentiefe, welche entlang der Längserstreckungsrichtung LE senkrecht zur Tropfenbreite ver- läuft, derart ausgewählt, dass das Kernelement 8 zuverlässig und möglichst ohne Ausweichbe wegungen und/oder Schwingungen an der dem Eingangskanalsegment 3 abgewandten zweiten Konusspitze 8b gehalten werden kann. Zugleich ist die Tropfentiefe größer als die größte Faser länge des aufzulösenden Fasermaterials ausgewählt, um die Gefahr von Faserwickel an den La gerelementen 9 verringern zu können.
Der Durchgangsabschnitt des Auflösekanalsegments 6 und das Kernelement 8 sind derart aufei nander abgestimmt, dass ein gleichmäßiger ringförmiger Kanal 10 ausgebildet wird, welcher ei nen Kanaleingang 11 an der ersten Konusspitze 8a mit einer ersten Durchgangsbreite und einen davon beabstandeten Kanalausgang 12 an der zweiten Konusspitze 8b mit einer zweiten Durch gangsbreite aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals 10 in einem Ab schnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durchgangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang 11 und dem Kanalausgang 12 angeordneten Kanalmitte stetig oder ab schnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die erste Durch gangsbreite ist. Die sich verjüngende Ausgestaltung bewirkt eine Erhöhung der Strömungsge schwindigkeit in Richtung der Kanalmitte.
Dahingegen vergrößert sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Durchgangsbreite (insbeson dere stetig oder abschnittsweise) von der Kanalmitte bis zu dem Kanalausgang 12. Dadurch wird eine definierte Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Der Grad der Verjüngung als auch der Grad der Erweiterung der Durchgangsbreite über die Erstreckungslänge des ringförmi gen Kanals 10 hinweg kann bedarfsgerecht auf das zu vereinzelnde Faserband abgestimmt aus gewählt werden. Die Ausgestaltung des ringförmigen Kanals 10 nach diesem Ausführungsbei spiel folgt der nachstehenden Formel: mit
Daussen: Aussendurchmesser des ringförmigen Kanals
A: Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals (an jedem Ort des ringförmigen Kanals ent lang der Führungsrichtung)
Dinnen: Innendurchmesser des ringförmigen Kanals
Asteg: Querschnittsfläche des Lagerelementes (an jedem Ort des Lagerelementes entlang der
Führungsrichtung) mit der Bedingung Asteg = 0 an den Stellen, an dem kein Lagerelement vorhanden ist. Der Aussendurchmesser des ringförmigen Kanals 10 korrespondiert bei diesem Ausführungsbei spiel zu dem Innendurchmesser des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6. Der Innendurch messer des ringförmigen Kanals 10 korrespondiert bei diesem Ausführungsbeispiel zu dem Aus- sendurchmesser des Kernelements 8. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Kanals 10 ergibt sich konsequent logisch aus dem Flächenabschnitt eingefasst von dem Aussendurchmesser und dem Innendurchmesser des ringförmigen Kanals 10. Die Querschnittsfläche des Lagerelementes setzt sich an den Stellen, an denen ein Lagerelement vorhanden ist, aus der Gesamtsumme der einzelnen Querschnittsflächen der Lagerelemente 9 zusammen.
Die Berücksichtigung dieser Formel ermöglicht einen aerodynamisch möglichst optimiert ausge stalteten ringförmigen Kanal.
Das nach diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch ausgebildete Eingangskanalsegment 3 mit dem Auflösekanalsegment 6 bildet folglich eine Vorrichtung 1 zur Faservereinzelung eines zuge führten Faserbandendes aus. Mittels Kombination dieser Abschnitte können für unterschiedliche Faserbandmaterialien jeweilige, auf das Material angepasste geeignete Vorrichtungen 1 zur de finierten Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes bereitgestellt werden.
Auch wenn die Vorrichtung 1 nach diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet ist, so kann die Vorrichtung 1 nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgestal tet sein, wobei exemplarisch jeweils das Eingangskanalsegment 3 und das Auflösekanalsegment 6 ein eigenständig ausgebildetes Teil ausformen, welche entsprechend miteinander durch übliche Befestigungs-/Verbindungsmaßnahmen verbunden sind. Im Falle der mehrteiligen Ausgestaltung können die einzelnen Teile weiter bevorzugt zerstörungsfrei auswechselbar vorgesehen sein, wodurch die Variabilität erhöht werden kann.
Dem Auflösekanalsegment 6 folgt entlang der Längserstreckungsrichtung auf der dem Eingangs kanalsegment 3 gegenüberliegenden Seite das Spinnsegment 13. Das Spinnsegment 13 weist einen weiteren Durchgangsabschnitt 15 auf, welcher kommunizierend mit dem Kanalausgang 12 verbunden und sich von dem diesem in Richtung des dem Eingangskanalsegment 3 gegenüber liegenden Ende der Spinneinrichtung 2 fortsetzt. Das Spinnsegment 13 weist drei um den weite ren Durchgangsabschnitt 15 gleichmäßig angeordnete Injektordüsen 14 zum Zuführen einer Wir belströmung, insbesondere einer Druckluftwirbelströmung, auf, wobei die Injektordüsen 14 in Richtung des dem Eingangskanalsegment 3 gegenüberliegenden Ende der Spinneinrichtung 2 weisen. Dadurch wird eine Saugströmung in dem Auflösekanalsegment 6 bewirkt, welche sich bis in das Eingangskanalsegment 3 fortsetzt. Die Saugströmung bewirkt zum einen eine Zu nahme der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die zu vereinzelnden Fasern gestreckt werden können. Zum anderen ermöglicht die umläufige Anordnung und Ausrichtung der Injektordüsen 14 eine Wirbelströmung innerhalb des weiteren Durchgangsabschnitts 15, welche sich bis in den Durchgangsabschnitt zwischen der Kanalmitte und dem Kanalausgang 12 des ringförmigen Ka nals 10 fortsetzt. Dadurch erfahren die in dem Auflösekanalsegment 6 vereinzelten Fasern einen Verwirbelungsimpuls, durch welchen sich die Fasern um die zweite Konusspitze 8b herumwinden und sich am Ende des Auflösekanalsegments 6 zu einem echtgedrehten Spinnfaden vereinen können.
Die Zuführung eines Fluides kann über die Injektordüsen 14 in bekannter Weise geregelt und gesteuert erfolgen. Auch können über die Injektordüsen 14 mit dem zugeführten Fluid Mittel wie Additive zum Anhaften an dem zu spinnenden Faden zugeführt werden, um die Fadeneigenschaft bedarfsgerecht zu beeinflussen. Solche eine Mittelzuführung kann in alternativer oder zusätzli cher Weise durch Vorsehen entsprechender Zuführungen an einem anderen Ort der Spinnein richtung 2 oder dem Eingangskanalsegment 3 vorgelagert angeordnet sein.
Das Spinnsegment 13 umfasst in Spinnrichtung den Injektordüsen 14 nachgelagert einen Aus gangsabschnitt 16, über welchen der gesponnene Faden aus der Spinneinrichtung 2 heraus- und einem der Spinneinrichtung 2 im Fadenlauf nachgelagerten Fadenbehandlungsorgan zugeführt werden kann. Beispielsweise kann der Spinneinrichtung 2 eine Abzugseinrichtung zum Abziehen des gesponnenen Fadens aus der Spinneinrichtung 2 oder eine andere Einrichtung wie eine Sen soreinrichtung zum Detektieren einer Fadeneigenschaft wie bspw. Haarigkeit, Dick- und Dünn stellen, etc. oder ein Fadenspeicher zum Zwischenspeichern des gesponnenen Fadens unmittel bar nachgelagert sein. Der Ausgangsabschnitt 16 weist gegenüber dem Abschnitt mit den Injek tordüsen 14 einen erweiterten Durchgangsabschnitt auf, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit sowie die Wirbelströmungen zum geeigneten Ausleiten des gesponnenen Fadens entspannt wer den können.
Wie im Besonderen mit den Figuren 4 und 5 gezeigt, welche eine Frontansicht und eine Rückan sicht, jeweils in schematischer Darstellung, der Spinneinrichtung 2 nach dem Ausführungsbei spiel zeigen, ist eine Längsmittenachse des Kernelements 8 kongruent mit der Längsmittenachse LM des das Kernelement 8 umgebenden Hohlkörpers bzw. Auflösekanalsegments 6, wobei die Lagerelemente 9 nahe der ersten Konusspitze 8a bzw. dem Kanaleingang 11 des ringförmigen Kanals 10 angeordnet sind. Dadurch kann ein Aufspreizen des Faserbandendes bei Eintritt in den ringförmigen Kanal 10 erreicht werden, welches sich vorteilhaft auf die Auflösung des Faser bandes in Einzelfasern auswirkt. Ferner können nach Zuführen des Faserbandes mittels der nach diesem Ausführungsbeispiel konstruktiv bedingten Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit ent lang der Längserstreckungsrichtung LE der Vorrichtung 1 bis zur Kanalmitte, die Einzelfasern aus dem Faserband zuverlässig herausgelöst und gleichzeitig gestreckt werden. Die Injektordüsen 14 bewirken im Betrieb bei diesem Ausführungsbeispiel die erforderliche Wirbelströmung, damit die sich herauslösenden bzw. herausgelösten Einzelfasern so um den der Kanalmitte nachfol genden konusförmigen Abschnitt des Kernelements 8 innerhalb des ringförmigen Kanals 10 herum geführt werden können, dass sich diese im Bereich der zweiten Konusspitze 8b oder kurz danach zu einem echtgedrehten Spinnfaden verwirbeln bzw. spinnen, welcher über den Aus gangsabschnitt 16 letztendlich aus der Spinneinrichtung 2 herausgeführt werden kann.
Nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verwirbelungsmittel durch das Kern element 8 selbst oder durch den der Kanalmitte nachfolgenden konusförmigen Abschnitt des Kernelements 8 ausgebildet. Ersteres kann insbesondere durch eine berührungslose Lagerung des Kernelements 8 innerhalb des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6 erfolgen, welche beispielhaft über eine magnetische Lagereinrichtung realisierbar ist, welche weiter bevorzugt der art mit dem Kernelement 8 zusammenwirkt, dass dieses in definierte Rotationsbewegungen ver setzbar ist. Alternativ dazu kann die berührungslose Lagerung durch den zugeführten Fluidstrom erfolgen, mittels welchem sich das Kernelement 8 nach Zufuhr des Fluidstroms aus einer Ruhe lage, in welcher das Kernelement 8 schwerkraftbedingt auf einer unteren Innenwandung des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6 abgelegt ist, in eine Betriebslage abhebt, in welcher das Kernelement 8 nahezu mittig oder mittig innerhalb des Durchgangs des Auflösekanalseg ments 6 fluidstrombedingt gehalten bzw. gelagert ist. Sofern in den zugeführten Fluidstrom ferner Wirbelströmungen eingebracht werden, kann das Kernelement 8 in Rotation versetzt werden, um das Verwirbelungsmittel auszubilden.
Nach einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel bildet der den der Kanalmitte nachfol gende konusförmige Abschnitt des Kernelements 8 das Verwirbelungsmittel aus. Dieser konus förmige Abschnitt ist von dem vorausgehenden konusförmigen Abschnitt des Kernelements 8 rotierbar gelagert. Der vorausgehende kegelförmige Abschnitt ist, wie vorstehend beispielhaft be schrieben, über die Lagerelemente 9 in dem Durchgang des Auflösekanalsegments 6 gehalten. Die Rotation des nachfolgenden konusförmigen Abschnitts wird mittels einer magnetisch wirken den Rotationseinrichtung, mittels einer eingebrachten Rotationsströmung oder eines von dem vorausgehenden kegelförmigen Abschnitt umfassten Rotationsantriebs bedarfsgerecht gesteuert und/oder geregelt bewirkt. Figur 6 zeigt eine perspektivische Längsschnittsansicht entlang der Schnittebene A-A in schema tischer Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spinneinrichtung 2 nach einem alternativen Ausfüh rungsbeispiel. Dieses alternative Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 2 ge zeigten Ausführungsbeispiel lediglich durch ein alternativ ausgestaltetes Lagerelement 9' sowie durch ein zusätzliches Lagerelement 9 im Bereich der zweite Konusspitze 8b, wobei das zusätz liche Lagerelement 9 in Führungsrichtung des Faserbandes dieser vorgelagert angeordnet ist. Die übrige Ausgestaltung ist identisch zu der Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels nach Figur 2, wobei gleiche Bezugszeichen zu entsprechend vorbeschriebenen Komponenten der Spinnein richtung 2 korrespondieren, auf dessen Beschreibung für das alternative Ausführungsbeispiel hiermit Bezug genommen ist.
Das alternative ausgestaltete Lagerelement 9' ist im Bereich des vorderen Endes 8a' des Kern elementes 8 angeordnet, welches vorderes Ende 8a' dem Eingangskanalsegment 3 zugewandt ist. Das alternative Lagerelement 9' weist ein in Richtung des Eingangskanalsegments 3 weisen des stirnseitiges Ende 9a' auf, welches in einem Durchgangsbereich des Eingangskanalseg ments 3 angeordnet ist, wobei sich das alternative Lagerelement 9' entlang der Führungsrichtung bis in das Auflösekanalsegment 6 erstreckt. Das alternative Lagerelement 9' erstreckt sich in ra dialer Richtung der Vorrichtung 1 sowohl von der Innenwandung des Durchgangs des Eingangs kanalsegments 3 als auch von der Innenwandung 7 des Durchgangs des Auflösekanalsegments 6 bis zu der gegenüberliegenden Außenwandung des Kernelements 8 und bildet dabei eine Rampe 17 für das dem Kernelement 8 zuzuführende Faserband aus. Die Rampe 17 verbindet folglich entlang der Führungsrichtung die Oberflächenseite der Innenwandung des Eingangska nalsegments 3 mit der Oberflächenseite der Außenwandung des Kernelements 8, wodurch ein definierter Führungsflächenabschnitt 18 für das aufzulösende Faserband entlang der Führungs richtung bereitgestellt wird. Der Führungsflächenabschnitt 18 ist entlang der Führungsrichtung eben und quer dazu konkav ausgestaltet und weist in Führungsrichtung einen Steigungswinkel auf, der 5° größer ist als der Steigungswinkel des an den Führungsflächenabschnitt 18 angren zenden Oberflächenabschnitts der Außenwandung des Kernelements 8.
Vorzugsweise weist die Spinneinrichtung 2 nach einem weiteren nicht gezeigten Ausführungs beispiel eine Sensorik zur Überwachung beispielsweise der Faserbandzuführung, des Faserver einzelungsvorganges, des Spinnvorgangs und/oder des Fadenabzugs aus der Spinneinrichtung 2 auf. Die Sensorik ist an geeigneten Orten der Vorrichtung 1 und/oder des Spinnsegments 13 in oder an dem entsprechenden ersten oder zweiten Hohlkörperabschnitt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abschnitt der Spinneinrichtung 2, welcher den zu überwachenden ringförmigen Kanalabschnitt umfasst, transparent ausgebildet sein. Dadurch ist die Sensorik au ßerhalb der Spinneinrichtung 2 anordenbar, wodurch die Sensorik kostengünstig und vereinfacht vorsehbar ist.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft ge wählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu verstehen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal auf weist.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Faservereinzelung
2 Spinneinrichtung
3 Eingangskanalsegment
4 Aufnahmeabschnitt
5 zylindrischer Durchgangsabschnitt
6 Auflösekanalsegment
7 Innenwandung
8 Kernelement
8a erste Konusspitze
8a' vorderes Ende des Kernelements
8b zweite Konusspitze
9 Lagerelement
9' alternatives Lagerelement
10 ringförmiger Kanal
11 Kanaleingang
12 Kanalausgang
13 Spinnsegment
14 Injektordüse
15 weiterer Durchgangsabschnitt
16 Ausgangsabschnitt
17 Rampe
18 Führungsflächenabschnitt
LE Längserstreckungsrichtung
LM Längsmittenachse

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Faservereinzelung eines zugeführten Faserbandendes, wobei die Vor richtung (1) umfasst einen ersten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt mit einem Eingangskanalsegment (3) zum fluidbegleiteten Aufnehmen und Führen eines zuge führten Faserbandendes in Richtung eines nachgeschalteten Auflösekanalsegments (6), und das mit dem Eingangskanalsegment (3) kommunizierenden und diesem nachgelagerten Auflösekanalsegment (6) zum Auflösen des fluidbegleiteten zugeführten Faserbandendes in Einzelfasern, wobei das Auflösekanalsegment (6) einen mit dem Eingangskanalsegment (3) kommuni zierenden ringförmigen Kanal (10) ausbildet, welcher einen Kanaleingang (11) mit einer ersten Durchgangsbreite und einen davon beabstandeten Kanalausgang (12) mit einer zweiten Durchgangsbreite aufweist, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Ka nals (10) in einem Abschnitt von der ersten Durchgangsbreite bis zu einer mittleren Durch gangsbreite einer zwischen dem Kanaleingang (11) und dem Kanalausgang (12) angeord neten Kanalmitte stetig oder abschnittsweise derart verjüngt, dass die mittlere Durchgangs breite kleiner als die erste Durchgangsbreite ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangskanalseg ment (3) einen konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt (4) für das Faserband aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangskanalseg ment (3) einen sich an den konisch zulaufenden Aufnahmeabschnitt (4) anschließenden zylindrischen Durchgangsabschnitt (5) zur Übergabe des Faserbandendes an den Kanal eingang (11) aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kanal (10) derart ausgebildet ist, dass ein Innendurchmesser des Kanalein gangs (11) kleiner als ein dazu korrespondierender Innendurchmesser der Kanalmitte ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernelement (8) in dem Durchgang des Auflösekanalsegments (6) zur Ausbildung des ring förmigen Kanals (10) gelagert ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (8) über wenigstens ein das Auflösekanalsegment (6) mit dem Kernelement (8) verbindendes La gerelement (9) und/oder mittels magnetischen Lagerkräften in dem Auflösekanalsegment (6) gelagert ist, wobei das Kernelement (8) im Falle magnetischer Lagerkräfte ein auf die magnetischen Lagerkräfte reagierendes Material zur definierten Lagerung des Kernele ments innerhalb des Auflösekanalsegments (6) aufweist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch gelagerte Kernelement (8) in Umfangsrichtung rotierbar gelagert ist.
8. Spinneinrichtung (2) zum Spinnen eines Fadens, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1) zur Faservereinzelung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Durchgangsbreite des ringförmigen Kanals in einem Abschnitt von der mittleren Durchgangsbreite bis zu der zweiten Durchgangsbreite stetig oder abschnittsweise derart kantenfrei erweitert, dass die mittlere Durchgangsbreite kleiner als die zweite Durchgangs breite ist, und einen zweiten druckbeaufschlagbaren Hohlkörperabschnitt (20) umfassend ein Spinnseg ment (13) zum Spinnen eines Fadens aus den zugeführten Einzelfasern, wobei das Spinn segment (13) dem Auflösekanalsegment (6) in Führungsrichtung des Faserbandendes bzw. der Einzelfasern mit diesem kommunizierend zum Empfangen der Einzelfasern nach gelagert angeordnet ist, und wobei dem Spinnsegment (13) ein Verwirbelungsmittel zum Erzeugen einer die Einzelfasern miteinander verwirbelnden Wirbelströmung zum Spinnen eines Fadens zugeordnet ist.
9. Spinneinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalmitte näher zu dem Kanaleingang als zu dem Kanalausgang angeordnet ist.
10. Spinneinrichtung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kern element (8) einen sich zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang erstreckenden Doppelkegel mit kongruenten Grundflächen nahe oder in der Durchgangsebene der Kanal mitte ausbildet.
11. Spinneinrichtung (2) nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass das Verwirbelungsmittel durch das rotierbare Kernelement (8) ausgebildet ist.
12. Spinneinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnsegment (13) wenigstens zwei, an seiner Innenwandung umläufig angeordnete Injektordüsen (14) zum Erzeugen einer Verwirbelungsströmung in dem Spinnsegment (13) als Bestandteil des Verwirbelungsmittels oder als das Verwirbelungsmittel aufweist.
13. Spinneinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Spinneinrichtung (2), die Vorrichtung (1) oder das Spinnsegment (13) ein- oder mehrteilig, insbesondere durch ein Zerspanungs- und/oder ein additives Fertigungsverfah ren, ausgebildet ist.
14. Verfahren zum Spinnen eines Fadens aus vereinzelten Fasern gekennzeichnet durch eine Spinneinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Verfahren einen Schritt des mit Fluid, insbesondere Druckluft, begleitenden Zu führens eines Faserbandendes in das Eingangskanalsegment (3), einen Schritt des Betrei bens des Verwirbelungsmittels zum Erzeugen einer Verwirbelung zum Spinnen eines Fa dens aus den über das Auflösekanalsegment (6) zugeführten Einzelfasern in das Spinnseg ment (13) aufweist.
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